竹溪河大橋斜跨鋼箱主拱安裝施工方案研討

蔡棟林，程琳剛，仵彥波

(1.中鐵大橋局集團第八工程有限公司，重慶 400026；2.中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266061)

重慶萬福路橋梁工程，線路全長710 m，道路等級為城市主干路，路幅寬度36 m，雙向6車道。其中竹溪河大橋全長434.5 m，主橋為(48+114+48)m斜跨鋼箱梁拱橋，主橋鋼梁為正交異性鋼箱梁，橋面標準寬度為32.5 m；主拱拱肋為單箱單室鋼拱肋，跨徑為131.5 m，與主橋橋軸線斜交，斜交角度為22°；吊索設(shè)置在主梁跨中中央隔離帶區(qū)。人行拱橋位于主橋鋼梁橋面下方，為單箱單室鋼筋混凝土拱；拱肋跨徑為94 m，矢高13.8 m，人行拱橋混凝土拱肋與主橋橋面斜交，斜交角度為22°，與主橋鋼拱肋對稱布置在主橋鋼梁兩側(cè)；景觀吊索設(shè)置在主橋鋼梁底面。主橋鋼拱拱座與人行拱橋拱座間設(shè)置有飄帶步道，飄帶步道采用現(xiàn)澆混凝土[1]。竹溪河大橋橋型布置如圖1所示，效果圖如圖2所示。

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圖2 竹溪河大橋效果圖

橋位地貌上總體屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，地形坡度整體較緩，局部有陡坎。基巖主要為強風化帶和中等風化帶，局部地段有軟砂巖分布。橋位區(qū)域內(nèi)有魚塘、水田零星分布，水量小。大橋跨越的竹溪河為嘉陵江支流，河段河流略呈S形，流向由北向南，河道寬敞，常年河寬約25 m～38 m，流量約80 L/s～120 L/s，常年枯水位253.8 m，百年一遇最高洪水位約265.5 m，不通航。

1 工程特點與難點

1)主拱與主橋鋼梁成22°斜交，吊索不在同一豎直平面內(nèi)，為空間索面，結(jié)構(gòu)新穎，風格獨特，施工難度大。

2)主橋鋼梁、鋼拱肋制造、安裝、焊接精度要求高，必須嚴密組織、規(guī)范施工、嚴格監(jiān)控，從而保證制造和安裝質(zhì)量。

3)鋼拱肋拱腳節(jié)段與拱座為鋼混結(jié)合段，采用PBL剪力鍵連接，連接處鋼結(jié)構(gòu)件、穿插鋼筋多，加工與安裝精度要求高，控制難。

4)人行拱橋斜跨于主橋鋼梁下方，斜交角度為逆時針22°，與拱肋成44°斜交。空中俯視人行拱橋與拱肋成蝶形布置，造型獨特、優(yōu)美，交叉施工干擾大，施工組織難。

2 施工方案

2.1 主橋鋼箱梁施工方案

根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場施工條件，主橋采用先梁后拱[2]的施工方案。主橋鋼箱梁加工精度要求高，采用工廠加工制造后再運輸至現(xiàn)場拼裝的方案。因竹溪河不通航，鋼梁、鋼拱肋構(gòu)件及大型吊裝設(shè)備無法從水路運輸，采用公路運輸。鑒于公路運輸對結(jié)構(gòu)構(gòu)件長寬的限制，結(jié)合設(shè)計單位意見，將主橋鋼箱梁節(jié)段縱橋向分為19個梁段，橫橋向分為9塊，共計分為171塊梁段單元。為減少高空吊裝和焊接工作量，在現(xiàn)場預(yù)拼場將主橋鋼箱梁的梁段單元由橫橋向的9塊組拼焊接成1個整節(jié)段[3]，選擇2臺120 t龍門吊機，采用抬吊方式進行主橋鋼梁的安裝。

主橋鋼箱梁架設(shè)順序為：1)吊裝跨中吊索區(qū)梁段；2)對稱吊裝其他梁段至P4墩、P5墩；3)吊裝竹溪河?xùn)|岸側(cè)剩余梁段；4)吊裝竹溪河西岸側(cè)剩余梁段。

在縱橋向根據(jù)主橋鋼箱梁節(jié)段吊裝長度布置臨時支墩[4-5]，全橋共設(shè)置18個，臨時支墩布置如圖3所示。

單位：cm

2.2 主拱施工方案

主拱先在加工廠劃分為小節(jié)段加工制造，再陸運至橋位。鋼箱拱采用“支架法低位組拼+提升塔整體提升”安裝施工方案。

其施工步驟如下：1)在現(xiàn)場預(yù)拼場利用龍門吊機將拱腳錨固段和主拱懸臂段鋼箱拱小節(jié)段組拼成大節(jié)段；2)采用支架法安裝拱腳錨固段和主拱懸臂段；3)在主橋鋼箱梁橋面上利用龍門吊機安裝跨中節(jié)段拼裝支架和提升塔，組拼跨中大節(jié)段；4)利用提升塔整體提升跨中節(jié)段進行合龍[6-7]。

2.2.1 主拱分段原則及節(jié)段劃分

主拱分段按照“大節(jié)段、少支架、少吊裝、快成拱”的原則，減少拱肋支架搭拆和節(jié)段高空吊裝、焊接的工作量，快速形成拱肋閉合的穩(wěn)定狀態(tài)。

主拱為箱型單箱單室截面，由頂板、底板、縱腹板、橫隔板和吊索鋼錨箱組成。拱肋斷面成倒梯形截面，底面寬度為2.6 m，頂板寬度從跨中段3 m變化到拱腳3.43 m，跨中段梁高2.4 m，承臺段拱腳梁高5 m。鋼拱肋橫跨主橋鋼梁，與主橋鋼梁成22°夾角，采用樣條曲線，拱軸線拱肋跨度為131.5 m，拱肋高度為63.5 m。

鋼箱主拱加工精度要求高，委托具有鋼結(jié)構(gòu)加工制造資質(zhì)和業(yè)績的專業(yè)公司在工廠加工制造，再公路運輸至橋位現(xiàn)場拼裝。鑒于公路運輸對結(jié)構(gòu)構(gòu)件長寬的限制，結(jié)合設(shè)計單位意見，將鋼主拱分為19個小節(jié)段，小節(jié)段長度從4.035 m～12 m，寬度范圍3 m～3.4 m。小節(jié)段運輸至橋位后，在現(xiàn)場鋼梁預(yù)拼場及鋼箱梁橋面的臨時支架上組裝成7個大節(jié)段(包含2個拱腳錨固段)。大節(jié)段劃分示意如圖4所示，各節(jié)段參數(shù)如表1所示。

表1 大節(jié)段參數(shù)

單位：cm

2.2.2 主拱安裝支架與提升塔支架布置

主拱安裝支架采用易于搭拆的Φ820 mm×10 mm鋼管門式支架拼裝，縱橫向設(shè)置Φ630 mm×8 mm鋼管連接系，頂部設(shè)置豎向起頂調(diào)節(jié)裝置。主拱安裝支架沿主拱投影線布置14組，縱向間距為6 m～9 m，每組2根鋼管，按2 m的橫向間距對稱布置在主拱投影線兩側(cè)，橋下布置4組，橋上布置10組。

提升塔采用鋼管立柱、鋼管連接系、縱橫向分配梁、縱向提升裝置和橫向滑移裝置等組成。提升塔布置在主橋鋼箱梁橋面上，高為48 m，上下游各布置1座，2座提升塔縱向間距為31 m。提升塔單組鋼管立柱縱橫向間距為4 m×3 m，采用Φ820 mm×10 mm鋼管，縱橫向連接系采用Φ630 mm×8 mm鋼管。提升塔縱向分配梁采用H型鋼設(shè)置在鋼管立柱頂上，橫向分配梁采用貝雷梁。在貝雷梁上設(shè)置小分配梁及滑道。滑道上方設(shè)置縱向提升裝置及橫向滑移裝置。主橋鋼箱梁相應(yīng)支撐點處征得設(shè)計單位同意后進行局部加強，同時利用主橋鋼箱梁安裝時的臨時支墩分散支撐力[8-10]。主拱安裝支架和提升塔安裝完成后進行驗收，采用千斤頂及拉索進行荷載試驗。主拱安裝支架與提升塔布置如圖5所示。

(a)立面

2.2.3 拱腳錨固段安裝

拱腳錨固段為主拱與混凝土拱座之間的鋼混結(jié)合段，包括1#大節(jié)段和7#大節(jié)段。拱腳錨固段長8.897 m，板厚40 mm，節(jié)段重86.2 t，穿過混凝土底座深入承臺深度1 m，埋入深度共6.213 m，采用吊裝鋼箱梁的120 t龍門吊機安裝。為保證鋼拱肋在架設(shè)完成后的垂直精度，設(shè)計了專門的定位支架，并在拱腳下緣4個角點位置設(shè)置扁形千斤頂，通過千斤頂?shù)纳嫡{(diào)整鋼拱肋錨固段頂面標高。埋入段鋼拱肋壁板及腹板上開Φ60 mm圓孔，穿過Φ20 mm HRB335的鋼筋與進入該孔的混凝土一起形成PBL剪力鍵。圓孔的頂?shù)装寤鹃g距為180 mm，腹板基本間距為150 mm，在豎向上圓孔基本間距200 mm，在埋入段鋼拱肋壁板及腹板鋼筋縱橫向間距中間設(shè)置剪力釘，剪力釘與鋼筋錯開布置與PBL剪力鍵共同承擔鋼塔柱與混凝土塔柱間力的傳遞[11]。為保證埋入段箱內(nèi)外混凝土的整體性，在鋼拱肋錨固箱下半段的壁板及腹板上開有若干個長方孔，以便混凝土能內(nèi)外流動。混凝土澆筑過程中，安排責任心強、經(jīng)驗豐富的作業(yè)人員，確保拱腳錨固段的混凝土振搗密實，并避免振搗時碰觸到埋入的拱腳錨固段。

2.2.4 主拱懸臂節(jié)段安裝

主拱懸臂節(jié)段包括2#、3#、5#和6#大節(jié)段，其中2#、6#大節(jié)段吊重為114.7 t，3#、5#大節(jié)段吊重為137.4 t，均采用龍門吊機吊裝，支架法架設(shè)[12]。主拱小節(jié)段運輸至橋位后，先在預(yù)拼場采用龍門吊機組裝焊接成4個大節(jié)段，組裝時使用專用胎架，按主拱拱肋線性設(shè)置胎架線性。再采用2臺120 t龍門吊機抬吊，左右對稱依次安裝2#、6#、3#和5#大節(jié)段。2臺龍門吊機抬吊前先進行試吊，試吊成功后指定專人對兩機進行統(tǒng)一指揮，使兩者互相配合，動作協(xié)調(diào)。在整個吊裝過程中，2臺龍門吊機的吊鉤滑車組，都應(yīng)該基本保持垂直狀態(tài)，吊機起升、行走速度一致、平穩(wěn)、均衡。每節(jié)鋼箱拱吊裝到位后，精確調(diào)整鋼箱拱姿態(tài)、線形和標高，確認滿足設(shè)計要求后及時焊接環(huán)向焊縫，完成節(jié)段連接，采取設(shè)置擋塊等措施約束已安裝主拱節(jié)段的位移。

2.2.5 主拱跨中節(jié)段整體提升安裝

主拱跨中節(jié)段為4#大節(jié)段，由7個小節(jié)段組成，采用龍門吊機在主橋鋼箱梁橋面支架上低位組拼而成。組拼成的跨中整體節(jié)段，拱肋軸線長59.152 m，節(jié)段重214.4 t，利用橋面上已搭設(shè)的2座提升塔整體提升，提升高度29.5 m[13-14]。為克服吊裝時跨中節(jié)段向外分開，在跨中節(jié)段底腳設(shè)置對拉鋼絞線以平衡張力[15]。跨中節(jié)段提升過程中為避開與已安裝節(jié)段的位置沖突，在橋面低位組拼時就繞拱肋投影中心線中點逆時針旋轉(zhuǎn)8°，跨中節(jié)段組拼成整體后用提升塔吊起，繞過已安裝節(jié)段后再采用橫向滑移裝置順時針旋轉(zhuǎn)8°，調(diào)整至拱肋中心線正上方后下放合龍，及時焊接環(huán)向焊縫。施工過程中采取千斤頂對拉或掛設(shè)風纜等措施約束跨中節(jié)段的偏轉(zhuǎn)。施工臨時支架、提升塔在主拱與主梁合龍后張拉完吊索后拆除。主拱跨中節(jié)段整體提升安裝示意如圖6所示。

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3 結(jié)束語

1)本橋作為城市景觀橋梁，在滿足車輛行人通行功能之外，以其獨特優(yōu)美的蝶形空間造型為城市增添了靚麗的色彩，但同時對施工方案提出了較大的挑戰(zhàn)。

2)本文提出了通過小節(jié)段低位拼裝、大節(jié)段整體提升相結(jié)合的施工方法，采用大噸位龍門吊機及橋面提升塔以解決本橋主拱的安裝施工，不僅減少了現(xiàn)場支架搭拆、高空吊裝、焊接作業(yè)，提高了施工質(zhì)量，而且加快了施工速度，節(jié)省了工期。

3)希望能為其他復(fù)雜異形城市景觀橋梁的施工提供有益的參考。