京雄高速公路白溝河特大橋現場施工技術

趙杰

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125

1 工程概況

白溝河特大橋為京雄高速河北段主線上跨越白溝河的一座特大景觀橋梁。大橋主要跨越白溝河兩岸防洪大堤及整個河床，橋梁全長1763m。采用上承式鋼箱連拱結構，兩側引橋分別采用40m及30.67m預應力混凝土T梁。

2 結構形式

上部結構為17孔空腹式鋼箱連拱，拱圈計算跨徑均為91m。其中第9孔橋跨中心為整個連拱對稱中心，橋面設計標高為+39.958m，計算矢高最大18m，且由中心向兩端逐漸降低至最小7.44m，矢跨比由1/5.06減小至1/12.23，拱軸線均采用圓曲線。主橋理論起拱線均位于同一水平線，設計標高為+19.143m。

主要結構劃分為拱腳、拱肋、實腹區拱梁結合段、空腹區鋼箱梁。

3 施工流程及方案

鋼箱節段在工廠制造完成后，運至現場，鋼結構塊體運輸寬度限制在4.0米以內，高度限制在3.5以內。現場需預留鋼梁二次拼裝的場地，將運輸節段拼裝為吊裝節段。吊裝節段通過起吊設備按相應節段順序架設至臨時支架上（臨時吊點和臨時支點的位置必須設在縱向腹板和橫隔板的交叉處）。調整各節段高程、平面線形及節段間距，確認無誤后，進行現場焊接連成整體，再進行外涂裝防護。最后在鋼梁頂面鋪設橋面鋪裝層，安裝伸縮縫等結構工程。

施工總體工藝流程為：

原材料拋涂預處理→零件加工→板單元制作→節段塊體制作→預拼裝→節段塊體涂裝 →節段塊體運輸→吊裝單元塊體拼接→吊裝單元安裝及連接→焊縫補涂。

3.1 工廠施工

白溝河特大橋工廠施工在專業鋼結構工廠制造，其主要完成所有鋼結構的材料采購、技術準備、工裝胎架設計、切割下料、板單元制作、運輸節段拼裝、涂裝、運輸至橋位預拼車間。充分發揮工廠加工設備先進和施工條件好的優勢，實現本項目制造自動化、機械化和車間化。拱腳、拱肋、兩端拱梁結合段、合攏段拼接位置各留30～50mm工藝余量。

為確保拱肋架設順利，接口對接準確，鋼拱肋在工廠內要進行預拼裝，若發現節段尺寸有誤或預拱度不符時，可在工廠內進行尺寸修正，避免在高空調整，減少高空作業難度和加快安裝速度，消除現場施工風險。

按照《工程測量規范》三等導線網的技術要求建立鋼拱肋測量控制網。平面基準網采用一點一方向建立坐標系，通過車間外測點與車間內坐標系建立聯系。所有測點間通視良好，沒有遮擋和障礙。

鋼拱肋拼裝完成后，使用全站儀在測量控制網內對鋼拱肋上監控點進行三維坐標采集，鋼拱肋塊體上設有測量監控點，監控點設置在端口位置。

3.2 橋位布置方案

橋位節段采用龍門吊吊裝工藝，龍門吊軌道平行于橋梁中心線，第10～17孔計劃分兩個作業面吊裝，每個作業面配備兩臺70噸龍門吊，跨度為52米，包含單側8米寬運輸通道，另配置30噸小鉤用于梁段的翻轉。

3.3 支架設計

每孔拱橋均采用龍門吊分段吊裝，由兩端向中間對稱進行安裝，即拱腳、拱肋、兩端拱梁結合段、中間拱梁結合段合攏段。除拱腳以外每一個吊裝分段均采用兩端臨時支架支撐。支架頂部預平臺安裝千斤頂，作為標高調整系統。單孔鋼拱橋分段依次安裝時，支撐架承受豎向非中心對稱荷載以及水平方向的風荷載，因此支撐架承受豎向荷載和傾覆力矩同時作用。

為防止支撐架傾覆，擬采用的主要抗傾覆措施：①盡量加大格構柱子之間距離（擬采用2500mm×2500mm）；②支撐架底部與混凝土基礎預埋件采用焊接連接固定；③橋寬方向相鄰支撐架之間進行剛性連接，增加支撐架橫向整體穩定性；④橋跨方向拱橋分段依次吊裝就位后及時進行臨時連接，以抵抗橋跨方向傾覆力矩[1]。

4 現場安裝

4.1 支架受力工況分析

連續拱橋中，橋中孔矢高最大、重量最大，每孔拱橋的中部支架高度最大，承受拱橋重量荷載最大、承受風荷載最大，因此選擇中部支架進行驗算。

中部支架受力主要分為以下三個狀態：

（1）兩端拱梁結合段吊裝就位過程中，支架承受分段重量、施工活荷載、可能產生的 沖擊荷載以及施工安全允許風速級別對應的風荷載，在上述荷載組合情況下進行工況分析；

（2）合攏段吊裝就位過程中，支架承受分段重量、施工活荷載、可能產生的沖擊荷載 以及施工安全允許風速級別對應的風荷載；

（3）拱圈焊接完成，且實腹區橋面系安裝過程中，支架承受拱橋重量、施工活荷載、可能產生的沖擊荷載以及施工安全允許風速級別對應的風荷載。

根據吊裝施工安全管理要求，超過五級風（8.0～10.7m/s）禁止吊裝，拱橋分段吊裝 過程中，拱橋及支架最大承受五級風荷載作用。

支架的結構驗算：

1.恒荷載（DL）

作用在支架上的恒荷載DL包括：

a支架自重荷載DL1=g1=180KN

b.拱梁結合段分段的重量荷載DL1=G1/2=490KN

2.施工活荷載（LL）

作用在支架上的施工活荷載包括：

施工均布荷載LL1，包括施工人員、工機具等自重荷載，取2KN/m2

LL1=2KN/m2×2.5m×2.5m=12.5KN

3.風荷載（WL）

吊裝過程中最大風力為五級，風速V0范圍為8.0～10.7m/s，取大值，即V0=10.7m/s

根據《建筑結構荷載規范》GB50009-2012

工程現場地面粗糙度為B類，拱橋離地高度20～25m，風壓高度變化系數UZ=1.31，

風荷載體型系數Us=1.8，風振βZ=1

風荷載標準值：Wk1=βZ×UZ×Us×W0 =0.17KN/m2

拱梁結合段橫向截面承受風荷載合力W1x= Wk1×A1=0.17×（8×2）=2.7KN

支架離地高度約20m，風壓高度變化系數UZ=1.23

風荷載體型系數Us=1.9，風振βZ=1

風荷載標準值：Wk2=βZ×UZ×Us×W0=0.16KN/m2

支架自身承受風荷載合力Wgx= Wk2×A2=0.16×25=4KN

4.假定跨徑方向沖擊荷載

拱橋分段采用龍門吊進行吊裝，吊裝時分段移動比較緩慢，假定拱橋分段對支架產生沖擊荷載ILx，取沖擊荷載為拱橋分段重量的5%

ILx= G1/2×5%=490KN/×5%=24.5KN

5.荷載組合

恒荷載的分項系數取1.35，活荷載、沖擊荷載、風荷載分項系數取1.4，活荷載組合系數取0.7，風荷載組合系數取0.6

6.支架受力計算

R2=R2’=502KN（支座反力向上，支座及基礎受壓）

R1=R1’=26.5KN（支座反力向上，支座及基礎受壓）

Qx=29.6KN （與風力方向相反）

4.2 節段合攏順序

考慮到龍門吊利用效率，按橋中往兩側安裝、間隔合攏的順序。

4.3 總體安裝工藝

鋼梁總拼按照“臨時支架搭制→拱腳→兩側拱肋→拱梁結合段兩側分段→拱梁結合段合龍段→拱肋系梁→橫向慢行系統→空腹區鋼箱梁”的順序，實現立體階梯式推進，逐段組裝與焊接。

下面以典型孔為例進行節段組裝順序說明，具體制作工藝流程如下：

（1）臨時支架搭制。場地三通一平，整修施工便道，滿足運梁平車行走及龍門吊和履帶吊施工要求。搭設鋼梁拼裝臨時支架。復測橋臺支座高程，支架標高，以及墩臺軸線。

（2）拱腳定位安裝。吊裝拱腳節段并進行粗定位。利用臨時支架上的千斤頂將拱腳精確調整就位，精確定位。澆筑完成后全站儀和經緯儀進行測量，修割端部余量。

拱腳分段吊裝前，拱腳內的預埋預應力套管先進行預埋定位，考慮到拱腳分段重量較重，高度較高，定位時為保證拱腳的穩定和便于調節，采用剛性臨時支架進行定位，在橋墩的兩端各設置一個臨時定位支架，確保拱腳定位的穩定和便于調節，拱腳定位時在兩個方向采用全站儀和經緯儀進行測量定位，保證定位精度后臨時支架固定[2]。

（3）拱肋定位安裝。精確調整就位并完成橋上連接。拱腳與拱肋對接口環縫焊接。

（4）拱梁結合段安裝。精確調整就位并完成橋上連接。拱梁結合段與拱肋對接口環縫焊接。

（5）橫梁安裝。先吊裝中間拱梁結合段，再吊裝兩側橫梁，然后吊裝兩側拱梁結合段，再吊裝中間橋面板單元和懸臂板單元。

（6）拱梁結合段合龍段安裝。精確調整就位并完成橋上連接。拱梁結合段與拱肋合攏口環縫焊接。

完成實腹區拱梁結合段合龍。注意拱肋的環形焊縫和拱肋內部加勁肋連接焊縫必須連續施工焊接。

（7）全橋合龍安裝。安裝空腹區鋼箱梁，空腹區鋼箱梁梁段利用兩臺龍門吊抬吊整跨整體起吊安裝。

5 現場注意事項

主拱因線形復雜，全部構件需進行平面輾轉試拼裝，以確保結構的空間尺寸能夠吻合。

鋼箱節段應單層放置，支點必須位于隔板或腹板下，應盡量使各點受力均勻，不允許出現支點脫空的情況。堆放場地應堅固可靠，不允許堆放地基出現不均勻沉降；梁體與支撐間應設置厚度不小于150mm 的木塊。

6 結語

本文分析了上承式鋼箱梁連拱結構橋梁的施工特點，設計了相關的技術方案，確保能夠促進上承式鋼箱梁連拱結構橋梁項目的順利實施，給中國橋梁建筑行業的發展提供更加可靠的保障[3]。