吳淞江（紀鶴路-金沙江西路）系桿拱橋拱腳施工技術

吳志進

(上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200000)

1 工程概述

紀鶴路-金沙江西路吳淞江橋采用單跨105 m鋼管拱肋系桿拱橋，主橋上部結構由鋼管拱肋、預應力混凝土系梁與橫梁、柔性吊桿及整體化橋面系組成。采用先拱后梁的施工工藝。

全橋橫向采用4片拱肋，分別布置于中央分隔帶和機非分隔帶位置。拱肋采用鋼管拱肋，拱肋斷面采用矩形鋼管拱，拱肋寬1.5 m，高度2.4 m,鋼管壁厚22 mm，設R=330 mm倒角；拱肋內設吊桿張拉端錨具。拱肋高24.0 m，矢跨比f/L=1/4.375，拱軸線為二次拋物線。拱肋間設置5道“一”字型風撐，保證橋梁整體穩定安全。系梁與橫梁采用預應力混凝土結構，C55混凝土。系梁采用矩形斷面，寬1.8 m，高度2.2 m；中橫梁為T形斷面，梁高1.4 m～1.635 m。詳見圖1。

圖1 主橋正立面圖（單位：mm）

2 拱腳現澆段及鋼拱肋預埋段施工技術

拱腳結構施工是整個工程實施的關鍵工序之一，其施工質量的好壞將直接關系到后續拱肋安裝、結構受力和安全等狀態，因此拱腳結構施工重點圍繞拱腳現澆結構的支架體系設計、鋼拱預埋段的支撐架設計及其測量定位控制等關鍵技術工藝[1]。

2.1 結構說明

2.1.1 拱腳混凝土結構

該橋共有8塊拱腳，為保證結構的整體性，采用拱腳與端橫梁、現澆中橫梁一次現澆成型。現澆混凝土距地面高為3 m，總長9.2 m，寬19.35 m。每塊拱腳方量為73.5 m3，重量約191.1 t，每個端橫梁方量為113.3 m3，重量約294.6 t，現澆中橫梁方量為28.8 m3，重量約74.9 t。詳見圖2、圖3。

2.1.2 鋼拱肋預埋段

拱肋預埋段總長5.5 m，預埋拱腳內部長度為2.5 m，外露長度為3 m；寬1.5 m，高度為2.5 m，鋼板壁厚為2.5 cm。剛性吊桿外形尺寸，高度為2.22 m，長度1.1 m，寬0.5 m。本次拱肋預埋段總重約為19 t。詳見圖4。

圖2 拱腳剖面圖（單位：mm）

圖3 拱腳現澆位置平面圖（單位：mm）

圖4 拱肋預埋段結構尺寸示意圖（單位：mm）

2.2 拱腳現澆施工技術

2.2.1 現澆支架型式和布置

該工程拱腳支架采用碗扣式滿堂鋼管支架，碗扣型腳手架材料采用φ48 mm×3.25 mm(Q235)熱軋鋼管。碗扣式支架使用與立桿配套的橫桿及立桿可調底座、立桿可調托撐，采用50型可調U型標準頂托，可調高度為35 cm，按下部支撐鋼管每根布置，頂托伸出長度不大于30 cm，同時根據支架參數調整高度[2]。詳見圖5。

現澆段施工混凝土平均高度最高為拱腳處4.4 m，最低為橋面板處0.25 m。拱腳段支架搭設參數見表1。

2.2.2 現澆支架體系計算

拱腳與拱腳鋼拱肋預埋段部位換算成結構計算高度平均為4.8 m，端橫梁兩側壁計算高度為2.9 m，端橫梁腹板處計算高度為1.2 m，橋面板計算高度0.3 m，現澆中橫梁計算高度1.6 m。

由于碗扣支架的縱向間距相同，橫向間距不相同，并且所支撐結構部位也不相同，故不同部位支架所承受的荷載并不相同，因此支架受力分四部分進行計算。根據《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》（JGJ 166—2008）5.3.3節單肢立桿軸向承載力應符合：

φ·A·f=0.469×424×205=40.7（kN）

圖5 拱腳、端橫梁現澆段支架示意圖（單位：mm）

表1 拱腳段支架搭設參數表

根據結構所劃分的不同區域進行荷載的組合，運用無組合風荷載時單肢立桿軸向力計算公式確定立桿承載力，并與容許承載力進行比較。表2為碗扣支架立桿承載力計算表。

此外，按照《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》(JGJ 166-2008)規定，當模板支撐架有風荷載作用時，應進行內力計算，并驗算連接扣件的抗滑能力。架體內力計算應將風荷載化解為每一節點的集中荷載W；W在立桿及斜桿中產生內力WV、WS。據此自上而下疊加斜桿的最大內力，驗算斜桿兩端連接扣件抗滑強度。通過詳細計算可知，斜桿連接扣件抗滑強度均滿足施工使用的要求。

2.2.3 抗傾覆墩設計

根據總體施工工藝程序，預制中橫梁在分次對稱吊裝過程中會對拱腳處產生不平衡力矩，因此在拱腳位置考慮設置抗傾覆墩。

抗傾覆墩按照設計給定的最大豎向力4 990 kN進行設計，抗傾覆墩立柱采用600 mm×900 mm的矩形立柱，立柱高度為4.0 m，混凝土采用C40。考慮到施工過程中會橫向移動，在墩頂設置四氟板水平滑動層，上方設置鋼墊板。由于在混凝土施工時支架會承擔一定水平力，在支架搭設時水平滑動采用抗剪螺栓臨時鎖定，待混凝土硬化支架拆除后進行抗剪螺栓的拆除。抗傾覆墩設置在拱肋中心線上，距離支座中心線的距離統一為4.75 m。

結合場地條件，抗傾覆墩結構形式分兩種，兩側邊拱肋按照邊承臺設計，由于中央分隔帶處兩個拱肋距離較近，采用一起設計，按照中承臺設計，邊承臺尺寸為3 500 mm×1 800 mm，中承臺尺寸為3 500 mm×6 600 mm，高度均為1.5 m，承臺頂標高和主墩承臺頂標高一致。基礎下樁基采用800 mm直徑的鉆孔灌注樁，由于吳淞江兩側地質情況不同，嘉定段采用樁長57 m，閔行段采用樁長64 m。詳見圖6。

2.3 鋼拱肋預埋施工技術

2.3.1 定位支架設計

圖6 抗傾覆墩布置立面圖 (單位:mm)

拱腳處預埋拱肋的安裝是拱腳施工的關鍵一步，其施工質量關系到整個拱肋安裝，乃至整個主橋施工的質量和安全，為此，根據該橋的結構特點和質量控制要求進行拱腳預埋段安裝定位的專項設計。

支架結構設計采用4根P273 mm×10 mm作為立桿，在拱腳預埋段最低點設置2I25a臨時拱腳擱置梁，前端在拱肋預埋段的上方下翼緣部位設置2I25a橫梁擱置。其余結構采用I25a，L75 mm×75 mm×10 mm組合焊接組成。詳見圖7。

圖7 定位支架三維視圖

表2 碗扣支架立桿承載力計算表

2.3.2 定位支撐架設計計算

拱肋預埋段最大重量為16.8 t，通過Midas軟件計算得出，定位支架在調整工況下最大位移為0.98 mm，最大組合應力為29.3 MPa，剪應力1.4 MPa，滿足定位架的強度和變形要求。計算分析模型詳見圖8；同樣，通過Midas軟件計算分析，定位支撐架結構受力體系轉換后最大位移為1.395 mm，最大組合應力為30 MPa，剪應力15.5 MPa，可以滿足定位架的強度和變形要求[3]。計算分析模型詳見圖9。

圖8 定位支撐架調整工況（單位：kN）

圖9 定位支撐架體系轉換后工況（單位:kN）

2.3.3 鋼拱肋定位施工

（1）立桿定位：立桿定位考慮到避讓模板以及拱肋定位，計算4根立桿的平面位置坐標，采用全站儀進行放樣。

（2）后端支架橫桿：橫桿布置前，將拱肋結構后端下口高程，放樣至立桿位置，使橫桿頂標高控制在拱肋結構后端下口高程±5 mm之內。橫桿焊接完成后，將拱肋軸線中心以及0.77 m邊線放樣至橫桿上。詳見圖10。

（3）前端支架橫桿：橫桿布置前，將拱肋結構前端下口高程，放樣至立桿位置，使橫桿頂標高控制在拱肋結構前端下口高程±5 mm之內。橫桿焊接完成后，將拱肋軸線中心以及0.77 m邊線放樣至橫桿上。詳見圖10。

圖10 立桿放樣示意圖

（4）拱肋預埋段中的點位設置：拱肋上、下平面位置畫出中心線，并在兩個開口的位置標出上、下中線點。下平面中心位置，采用已經布置在橫桿上的設計拱肋中心線進行對中，利用全站儀對前后兩個端口所標出的上、下中線點位置，進行觀測。高程測量，采用水準儀直接測量出兩個端口下緣標高。

（5）拱肋預埋段調整：后端支架橫桿上布置強制對準裝置詳見圖11，即預先在后端支架橫桿上放樣拱肋預埋段下口高程及X軸線，安裝過程中強制對準。隨后只調整Y軸及上口高程即可。詳見圖12、圖13。

圖11 底口強制對準裝置

圖12 后端左右調整裝置

圖13 前端上下及左右調整裝置

3 拱腳施工的關鍵技術控制

（1）考慮施工的關聯性，方案設計時應結合各道前后工序，避免因為只注重局部而造成后道工序難以實施或者損失。拱腳現澆段施工時應特別注意對預應力張拉及中橫梁吊裝過程的施工措施的綜合考慮，如抗傾覆墩的設計及施工應在拱腳現澆段施工時就一并實施。

（2）施工中為了保證結構受力均勻，必須保持對稱施工，嚴禁單側加載[4]。

（3）拱肋預埋段支撐架在設計時要充分考慮諸如支架本身的承載力、澆筑施工時支撐架的穩定性、支撐架與相關施工是否有干涉、預埋段的調整是否方便、調整完畢后預埋段的固結措施及施工的便利性等。

（4）嚴格控制拱肋預埋段的安裝精度及施工質量。拱肋預埋段的施工質量關系到整個主橋施工質量的關鍵工序，拱腳處的預埋拱肋安裝是拱腳施工的第一步，只有安裝到位，滿足要求，才能進行下一步的工序。

（5）條件允許的情況下，適當增加拱肋預埋段定位支架的強度及剛度，防止因混凝土澆筑不當，造成支架變形。

4 結語

本文通過吳淞江橋系桿拱橋拱腳施工技術的總結，具體闡述了拱腳施工中現澆支架的設計施工、拱腳預埋段定位支架的設計施工等關鍵工藝技術環節。從實際運用結果看，相關的設計和施工完全滿足結構施工質量和安全的控制，取得了良好的效果。下承式拱橋在公路、鐵路及市政橋梁工程中具有很高的應用價值。吳淞江橋拱腳施工技術的順利運用，為同類橋梁的施工提供了一些借鑒。

[1]JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術規范[S]．

[2]王思龍.下承式系桿拱橋先拱后梁施工技術[J].交通科技，2013（5）：38-39.

[3]邵旭東,程翔云,李立峰.橋梁設計與計算[M].北京:人民交通出版社,2007.

[4]袁小兵.下承式預應力混凝土系桿拱橋的安裝施工要點[J].城市道橋與防洪,2010（2）：78-81.