大跨度下承式鋼結構系桿拱橋的施工

宋勝錄

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103

下承式系桿鋼結構拱橋相對于其他類型拱橋，具有無推力或小推力結構的特點[1]，在設計時可以設置為單跨簡支結構，從而大大提高了結構的適應性。在一定跨徑范圍內其與自錨式懸索橋、斜拉橋、大跨連續梁橋等橋型相比，能夠節省主橋規模、相應減少主橋工程造價[2-3]，特別是針對跨徑200 m左右的橋型具有較好的經濟價值。拱橋造型優美，具有很好的橋梁美學價值，特別適合城市橋梁和跨線、跨河橋梁。

本文結合上海市浦星公路跨大治河橋主橋拱橋的施工過程，結合該橋的建造特點，有針對性地對下承式系桿鋼結構拱橋的施工技術進行了詳細的闡述。

1 工程概況

浦星公路跨大治河橋地處上海市東南部，跨越上海市“一環十射”規劃干線航道大治河線航道，為黃浦江進入大治河線航道的第1座上跨橋梁（圖1）。浦星公路跨大治河橋主橋為跨徑230 m的下承式系桿拱橋，主橋面寬43.4 m。主拱為鋼箱提籃式拱肋，拱肋截面采用2.5 m×3.6 m矩形截面，拱軸線為二次拋物線，拱矢高約46 m，拱肋內傾角度12°。系梁為鋼-混凝土組合梁，截面采用2.6 m×3.0 m閉口鋼箱梁。整個拱肋設置6道風撐，風撐截面為矩形截面。整個拱橋鋼結構質量約8 000 t。

圖1 主橋效果圖

2 施工方案概述

上海市浦星公路跨大治河橋為全焊接下承式鋼結構拱橋，該橋的特定條件為：部分主跨位于航道尚未開挖的岸上，部分主跨位于水中但可充分利用老橋基礎作為臨時支撐。因此根據現場條件及該橋的結構形式較適合采用“先梁后拱”法施工，從而可降低主橋造價，與其他施工方法相比也降低了施工難度與風險。

本橋鋼結構主要節段具體吊裝安裝方法為：拱腳、系梁、橫梁及拱肋采用600 t浮吊進行安裝，懸臂梁采用160 t浮吊進行吊裝安裝，預制橋面板（超高性能混凝土板）采用2臺130 t汽車吊進行安裝。

3 臨時支撐結構體系

針對本橋施工采用“先梁后拱”法進行施工，重點需要考慮臨時支撐結構的設計和施工，其直接關系到主橋鋼結構施工的安全和經濟效益。通過方案比選和技術研究，臨時支撐方案設計如下（圖2）：

圖2 臨時支撐結構現場安裝示意

1）整個臨時支撐基礎采用利用老橋基礎、φ609 mm鋼管樁基礎、岸上土體注漿加固＋路基箱＋型鋼獨立基礎等3種基礎形式。

2）臨時支撐鋼結構支撐采用φ609 mm鋼管和標準節格構柱這2種結構形式。

4 “先梁后拱”法鋼結構拱橋主要施工要點

本橋采用“先梁后拱”的施工方法，施工工藝流程為：系梁支架基礎施工→系梁支架搭設→拱腳支座安裝→鋼拱腳安裝及端橫梁安裝焊接→系梁吊裝安裝及橫梁安裝焊接→搭設拱肋支架→安裝拱肋、垂直吊桿及橫撐→拱肋落架及拆除部分拱肋支架→吊桿初張拉→系梁支架落架→拆除鋼結構支架→預制混凝土橋面板安裝→吊桿二次調索張拉→預制橋面板濕接縫施工及養護→橋面附屬工程施工及鋼結構涂裝。

4.1 鋼結構加工及運輸

主橋拱肋、系梁、橫梁、風撐、小縱梁，人行道挑梁等主體結構采用Q345qD和Q370qD鋼材，材料技術條件應滿足相關標準的要求。鋼結構制造前應對鋼板進行抽檢和復驗。鋼結構拱肋及系梁等大型構件加工采用短線截面匹配加工的方法并結合三維激光掃描虛擬預拼裝的方法來控制鋼結構的加工精度。

綜合考慮臨時支撐結構布置、水上運輸能力（水閘通行限制等）、現場吊裝設備等各個方面，針對系梁及拱肋進行相應的階段劃分并進行工廠加工，其中拱肋共劃分為14段，系梁共劃分為12段，包括拱梁結合段（拱腳）、橫梁、橫撐等共有95個節段。

拱腳、系梁、拱肋等大型構件均采用水運方式運至施工現場。現場南北側均有構件水運至岸邊，再通過600 t浮吊卸貨倒運至安裝位置。鋼拱肋分段水平放置運輸，運輸到現場時，水平吊裝至地面翻身，臨時擱置固定并安裝吊索然后再吊裝至設計位置（禁止在運輸船上吊裝翻身，防止船側翻）。橫梁、懸臂梁及次縱梁等小型構件均采用平板車陸路運輸至現場進行安裝。

4.2 拱橋鋼結構吊裝施工

拱腳、端橫梁、橫梁、系梁、拱肋、橫撐均采用600 t浮吊在大治河水上進行吊裝施工。中橫梁、小縱梁和懸挑段等小型構件采用160 t浮吊進行吊裝施工，部分岸上小縱梁采用25 t汽車吊進行吊裝施工。吊裝順序如圖3所示。

圖3 拱橋鋼結構吊裝順序

鋼系梁、鋼拱肋吊裝就位采用碼板定位，碼板分別設置于拱肋4個角。上翼緣碼板每塊采用6根M24螺栓連接，下翼緣采用焊接。拱肋吊裝就位浮吊松鉤前，需確保碼板焊接與螺栓連接已完成，且同時確保鋼系梁、鋼拱肋腹板（靠上翼緣側）焊接總高度達到1/3。系梁及拱肋箱形截面節段連接焊接順序：先焊隔（腹）板對接焊縫或T形角焊縫（先焊上部1/3，再焊以下2/3），主要受拉焊縫，再焊橋面板的連接對接焊縫，最后焊橋底板的連接對接焊縫。對接焊縫應2個焊工對稱同方向同速進行焊接。現場安裝焊縫的焊接，縱向焊縫從跨中向兩端，橫向焊縫從中間向兩側對稱施焊，以減少焊接變形和焊縫約束應力。

4.3 預制橋面板施工

主橋采用預制橋面板鋪設，混凝土強度為C50，橋面板采用A、B、C這3種類型。具體型號及參數見表1。

表1 預制橋面板統計

主橋橋面板安裝采用130 t汽車吊單機吊裝。運輸車輛從兩側引道上橋，分左右幅停靠，支腿停靠主橋鋼橫梁和主縱梁，運輸通道鋪設路基箱板或鋼板，支腿下鋪設路基箱板。橋面板采用對稱式安裝，即南側、北側同時進行，全斷面一次安裝就位。橋面板安裝就位后及時進行板間預留鋼筋的焊接，將橋面板連接成整體，橋面板四周與鋼梁鉚釘之間用定位筋進行相對位置固定，將橋面板、鋼梁連接、固定成一體，防止橋面板安裝過程中的發生偏移。

4.4 吊桿張拉施工

吊桿順橋向間距7.8 m，每個吊點為單吊桿。全橋共2×27根吊桿，中間吊桿采用37股φl5.2 mm環氧鋼絞線，端吊桿和次端吊桿采用43股φl5.2 mm環氧鋼絞線。吊桿索體基材采用力學及物理性能符合國家標準的1×7型低松弛鋼絞線，每股公稱面積139 mm2，公稱抗拉強度1 860 MPa，彈性模量1.95×105MPa。吊桿應采用成品環氧鋼絞線吊桿。吊桿錨具構造要滿足調整索力及系桿更換的需要。拉索錨具組件表面鍍鋅處理，錨具叉耳表面采用熱鍍鋅處理。吊桿錨固、張拉端均采用一整套密閉的防水系統，避免雨水進入索套管。吊桿的張拉端設在系梁內部，在系梁體內采用張拉桿進行吊桿張拉。吊桿安裝采用拱肋運至現場后在場地內進行安裝然后與拱肋一起進行吊裝安裝，采用該方法減少了后續吊桿高空危險作業的工況。

吊桿施加預應力是系桿拱進行體系轉換的關鍵工序，不同的張拉順序對整個拱橋的受力影響很大。吊桿采用分級、分批對稱張拉：共采用4對（8只）400 t穿心千斤頂，張拉順序為從1/4跨分別至跨中和拱腳進行對稱張拉。

通過成橋吊桿索力實測值和最終設計索力值比較，全橋吊桿受力控制均勻，各個吊桿實測值與設計目標值吻合較好，實測值與目標值的誤差均在規范誤差以內（圖4）。

圖4 成橋后索力與設計比較

5 結語

上海浦星公路跨大治河橋的施工充分利用原有地形情況及原有橋梁結構基礎及后續的河道疏浚的特點，并充分利用水上大節段吊裝能力，體現了下承式系桿拱橋在該項目建設過程中的優越性，在本橋的建設過程中取得了一定的社會效益和經濟效益。