城市寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋設計與施工關鍵技術分析

武余波， 何 杰

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司;公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

引江濟淮工程是一項以城鄉供水和發展江淮航運為主，結合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態環境為主要任務的大型跨流域調水工程。工程范圍涵蓋安徽省12市和河南省2市，涉及面積約7.06萬km2，工程估算總投資912.71億元，總工期72個月。

引江濟淮工程在肥西城內利用派河原有河道進行改擴建，原翡翠路橋的橋位處河道寬60 m，老橋為(40+70+40)m連續梁橋，橋面寬32 m。引江濟淮航道需要滿足凈寬110 m、凈空10 m的Ⅱ級航道通航要求，需拆除原位復建。

考慮原有道路交通組織及河道開挖與橋梁施工工作面交叉、工期緊。橋梁需滿足雙向八車道及兩側人非車道要求，橋面寬度需56.6 m，橋面較寬。橋位人口密集，環境及生態、橋梁景觀等要求高。

綜合技術、工期、經濟、美觀等綜合比選，翡翠路橋采用寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋橋型，如圖1所示。

圖1 翡翠路橋總體效果

1 系桿拱橋設計

1.1 橋型選取

隨著科學技術的發展，生產力水平提高，拱橋的發展無論是從跨越能力、結構形式的組合以及各種新型材料的應用等方面都有了充分的發展[1]。

作為集拱與梁優點于一身的拱梁組合體系的下承式系桿拱橋，充分發揮了梁受彎、拱受壓的組合作用。通過張拉系桿索抵消拱肋水平力，使橋墩無須承受水平力；該橋型建筑高度小，在滿足通航要求前提下，可最大限度降低橋面標高，縮短橋梁長度，節約工程造價，并且彌補了拱橋對地基要求高和普通橋梁美觀性的不足，成為航道上的首選橋型。

新建主橋采用135 m簡支鋼箱系桿拱橋，全寬56.6 m，整幅設置，雙向八車道，兩側人非車道處采用7.5 m大懸臂結構。主梁由三片箱形鋼主縱梁與橫梁及混凝土橋面板組成，主縱梁箱截面尺寸為1.8 m×2.92 m(中)/2.50 m(邊)。主拱采用3片鋼箱截面，豎直布置，主拱失高32.75 m，矢跨比1/4，主拱箱截面尺寸為1.8 m×2.5 m，拱軸線為二次拋物線，下部主墩采用矩形墩，承臺接群樁基礎，如圖2所示。

圖2 主橋總體布置(單位：cm)

1.2 結構選取

簡支系桿拱橋屬于無推力的拱橋，外部為靜定結構，內部為超次靜定結構，按照系桿的受力特點，可分為[2]：

(1)柔性系桿剛性拱。柔性系桿主要用來平衡拱腳水平推力的拉桿，并擱置在吊桿兩側的橫梁上(矢跨比f/1=1/4～1/5)。采用高強度低松弛鋼絲索外加防護的構造，鋼絲索的兩端錨固在拱腳與固端橫梁固結點處的端表面上。該類拱橋的傳力途徑是：行車道板——橫梁——吊桿——拱肋及柔性系桿——支座——下部結構。

(2)剛性系桿剛性拱。剛性系桿一般設計成預應力混凝土箱形截面或工字形截面的加勁縱梁(矢跨比f/1=1/5～1/6.5)。它與端橫梁及中橫梁固結，構成平面穩定的框架，在與拱肋及橫撐固結后，形成空間穩定體系。此處的剛性系桿為拉彎桿件，并對中橫梁具有縱橫向的彈性約束作用。

由于該橋在河道開挖前施工，有效施工工期19個月，其中跨越一個汛期，不允許滿堂支架施工。

綜合考慮結構受力，施工工期及施工方案，本橋采用柔性系桿剛性拱設計，系桿采用鋼箱系桿配合系桿索，拱肋采用鋼箱拱，如圖3所示。

圖3 主橋橫斷面布置(單位：cm)

橋面系采用組合橋面系，該橋面系利用工業化拼裝技術，橋面板及鋼梁均采用工廠內成型，現場拼裝，大幅節約了工期，減少了河道開挖與橋梁施工工作面交叉時間。且組合橋面系建筑高度小，在滿足通航要求前提下，可最大限度縮短橋梁長度，節約工程造價，避免了高填方路基，降低了對道路兩側居民的干擾。

1.3 施工流程

系桿拱橋常用施工方法有“先梁后拱”和“先拱后梁”，“先拱后梁”的施工方法也叫無支架施工方法，即先整孔吊裝鋼制拱肋，再利用鋼拱肋吊掛吊桿和橫梁，然后現澆橋面板連接段和橋面系結構。該施工工藝適用于航運繁忙地段，成本較高且施工復雜，某些情況下還需要采用臨時拉索抵抗拱肋施工過程中的拱腳水平力[3]。

“先梁后拱”的施工方法則與其相反，是先施工縱橫梁和橋面系結構，再在橋上搭設支架現場拼接拱肋，待拱肋達到強度后安裝并張拉吊桿。該施工工藝經濟且易于控制，在不影響航運的情況下，是比較合適的施工方案。

本橋采用先梁后拱的施工方案，支架采用鋼管樁少支點支架(支撐體系在充分利用老橋結構承臺、樁基基礎上，輔以擴大基礎)。該方案施工安全、節約成本、設備簡單、速度快且工業化程度高，主要施工流程如圖4所示。

圖4 主橋施工流程圖

2 施工關鍵技術

2.1 橋面板接縫澆筑

主橋橋面板為鋼筋混凝土板，分塊預制，橋面板主要采用兩種尺寸：758 cm×310 cm×26 cm(邊板)、575 cm×310 cm×26 cm(中板)，板間通過現澆濕接縫連接，懸臂部分橋面板橫向整體預制，拱肋之間橋面板橫向分三塊預制，縱向分塊，預制板采用C50混凝土，現澆濕接縫采用C55補償收縮混凝土。

兩個邊系梁中間橋面板橫橋向形成一個整體，中系梁位置橋面板截面承受較大的負彎矩作用，易導致橋面板混凝土開裂，因此，在橋面板接縫澆筑順序上需考慮結構受力要求。

此外，由于主梁為鋼混組合截面，混凝土收縮徐變將使橋面板產生拉應力，導致橋面板開裂，降低結構耐久性[4]。為降低混凝土收縮徐變效應，預制板安裝前存放6個月。而在橋面板接縫澆筑順序上需減小濕接縫混凝土收縮徐變影響，如圖5所示。

圖5 橋面板布置(單位：cm)

綜上考慮，橋面板接縫混凝土的澆筑順序為：

(1)中板與邊板縱向隔行交錯澆筑橫接縫；

(2)澆筑兩邊拱肋頂面縱接縫；

(3)澆筑中拱肋縱接縫，最后澆筑橋面兩端橫梁段混凝土，且各個階段之間保證14 d齡期差。

2.2 系桿索張拉

系桿拱橋張拉系桿，相當于縱橋向施加壓力。不僅可以平衡拱肋水平推力，同時可以對鋼混組合梁的橋面板施加壓力，本橋采用先施工橋面板后張拉系桿工藝[5]。

建立結構分析空間模型，如圖6所示，對比橋面板形成整體前與形成整體后張拉系桿的跨中橋面板應力情況，結果見表1。

圖6 結構分析空間模型

表1 張拉系桿時跨中橋面板應力情況

2.3 懸臂預壓

本橋人非車道采用大懸臂鋼橫梁結構(懸臂7.5 m)。為改善懸臂部分橋面板受力，懸臂鋼梁架設完成后橋面板形成整體前，在大懸臂鋼橫梁端部施加15 t局部壓重；待大懸臂現澆接縫橋面板接縫連接并養護7 d且達到90%強度后拆除壓重，此時，懸臂為鋼混組合結構。隨著局部壓重的拆除，懸臂處的組合結構施加一個向上的預壓力，有效減少使用過程中大懸臂向下撓曲變形[4]。

3 結束語

城市寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋建筑高度小，工程造價低，施工速度快，景觀效果佳，對地基承載力要求低，成為航道上的首選橋型。目前該橋已順利通車運行，且運行狀態良好。

本文針對城市寬幅組合橋面系鋼箱系桿拱橋分析了設計階段結構體系、結構選取、施工流程設計以及施工過程中系桿張拉、橋面板澆筑、懸臂預壓等關鍵技術，可供類似橋梁設計與施工時參考。