臨海內河雙層鋼箱梁鋼管拱橋施工支架設計與施工技術研究

摘要 為了提高臨海內河雙層鋼箱梁鋼管拱橋施工質量與工效，該文以連接線楠溪江大橋主橋為例，對比先梁后拱與先拱后梁的施工技術方案，確定先梁后拱支架法施工在雙層鋼箱梁鋼管拱橋中的運用。在復雜地質、復雜水文等不利條件下，探討雙層鋼箱梁鋼管拱橋施工支架設計與施工中的相關創新技術，以期研究成果為類似橋梁支架設計與施工提供參考。

關鍵詞 雙層鋼箱梁；鋼管混凝土；系桿拱橋

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-006400-03

0 引言

連接線楠溪江大橋為雙層鋼箱梁鋼管混凝土系桿拱橋，跨越楠溪江V級航道，主跨148 m，通航凈空為130 m×8 m。主墩位于楠溪江中，楠溪江為鄰海內河，漲落潮差大。東岸2#主墩鄰近高速公路，覆蓋層較薄，西岸3#主墩覆蓋層較厚。采用先拱后梁施工空間有限，為了高效高質量完成主橋施工，同時滿足楠溪江通航，主橋采用三層支架法按先梁后拱法進行施工。該文著重介紹三層支架法在雙層鋼箱梁鋼管拱橋支架設計與施工中的應用。

1 工程概況

連接線楠溪江大橋主橋采用跨徑148 m雙層鋼箱梁鋼管拱橋，拱軸線形為二次拋物線，拱肋凈跨徑144 m，凈矢高35 m，矢跨比為1/4.114。拱肋為等截面鋼管混凝土桁架結構，全橋由兩榀桁架組成，兩榀桁架中到中間距為17.55m，每片拱肋由4根Φ800 mm鋼管組成高4.35 m，寬2.45 m的鋼管桁架，水平向由Φ500×20 mm鋼管連接兩根主鋼管，腹桿采用Φ400×14 mm鋼管作為豎向連接。主拱肋鋼管內灌注混凝土，采用早強、緩凝、微膨脹C50混凝土。

連接線楠溪江大橋上下層鋼梁均為單箱五室梁斷面，梁高1.8 m，箱梁頂底板設置單向2%橫坡。頂板設置U型縱向加勁，底板設置肋板式縱向加勁，順橋向約每2.7 m設置一道橫隔板。（如圖1）。

圖1 連接線楠溪江大橋主橋效果圖

2 總體支架設計與施工方案比選

2.1 施工方案比選

為保證高質量高效地完成連接線楠溪江大橋主橋施工，同時保證楠溪江通航，主橋采用三層支架法按先梁后拱的方法施工。該施工方法受力明確，計算簡單，層層施工，工序轉換方便，對場地要求小，同時能夠保證楠溪江通航，且在施工過程中，對主體結構干擾小，施工精度容易控制。

2.2 支架設計方案比選

經過比選，主橋上部結構支架采用臨時支墩下中間設置棧橋法，以此方法施工上部結構臨時支墩，臨時支墩基礎采用鋼管樁基礎。上層鋼箱梁支架與臨時支墩相對位置對應，拱肋支架設置于上層鋼箱梁上，對于較高的拱肋支架，在縱橫向設置聯結系，保證支架及其在拱肋安裝中的穩定性。其優點在于受力明確，計算簡單，對空間利用率高，對機械設備要求低，材料用量少，成本低，對主體鋼結構浮吊等級要求低，同時便于施工過程中檢查、加固，以及主體結構施工。其缺點在于存在交叉施工，對施工組織要求高。

3 支架設計與施工技術

3.1 總體支架設計及施工方案

支架設計與鋼結構分塊、航道情況、地質條件等息息相關，同時還要兼顧支架安裝、檢查和拆除的便利性、經濟性。經過與海事部門、設計等協商，橋位處需要在小里程側預留不小于40 m的通航孔。主橋鋼結構安裝時，遵循從下往上的順序進行。故下層鋼箱梁水中臨時支墩的受力尤為重要，支架頂分配梁設置在鋼箱梁橫隔板附近，盡可能不在通航孔上的鋼箱梁區域設置支架，以減小鋼箱梁受力，對總體線型控制有利。

該項目臨時支墩為雙層鋼管拱橋的鋼箱梁及以上結構的支撐結構，臨時支墩棧橋主要用于安拆臨時支墩、作為臨時支墩結構的檢查通道、作為鋼箱梁縱向焊縫焊接登高車的施工通道。臨時支墩棧橋主要考慮100 t履帶吊、100 t汽車吊等荷載。臨時支墩主要考慮：下層鋼箱梁、上層鋼箱梁及其支架、鋼管拱及其支架、端橫梁內混凝土荷載、風荷載、水流荷載等。中層支架主要考慮：上層鋼箱梁及其支架自重、鋼管拱及其支架、風荷載等。拱肋支架主要考慮拱肋及其支架自重、風荷載。

3.2 三層支架法設計及計算

3.2.1 三層支架設計概述

主梁臨時支墩采用鋼管樁加分配梁的結構形式，下部采用φ800×10 mm和φ1000×10 mm鋼管樁基礎，聯結系采用2［20a型鋼，樁頂分配梁采用2I56b橫梁。其中2#墩位于斜巖面上，覆蓋層薄，約5 m，且均為淤泥層，故該處的臨時支墩采用φ1000×10 mm鋼管樁+鉆孔樁基礎，可以保證結構穩定性。3#墩及其余臨時支墩處覆蓋層均很厚，其中淤泥17 m，淤泥以下為約30 m的卵石層及碎石層，故采用φ800×10 mm鋼管樁基礎，鋼管樁均進入碎石層。因下層鋼箱梁端橫梁設計有混凝土，故在承臺上設置一排鋼管樁作為支撐混凝土結構[1]。

主梁上層鋼箱梁支架采用鋼管加分配梁的結構形式，通航孔上的節段為合龍段，合龍段兩側支墩鋼管采用φ800×10 mm鋼管，其余支墩處采用φ400×8 mm鋼管，聯結系采用2［16a型鋼，鋼管頂分配梁采用2I56b橫梁。

拱肋拼裝支架采用鋼管樁加分配梁的結構形式，拱肋中間節段為合龍段，合龍段兩側支墩均采用φ800×10 mm鋼管，其余支墩處采用φ400×8 mm鋼管，聯結系采用2［16a型鋼，樁頂分配梁采用2I56b橫梁。

3.2.2 三層支架設計計算

采用Midas civil建立整體施工階段模型。建立的模型如下圖2：

模型中僅計算主梁及拱肋拼裝支架的承載力情況，模型中主體結構僅用來模擬其等效重力對下方拼裝支架產生的作用，需保證等效重量及分布與實際相等。主梁拼裝支架均按實際情況建立以模擬各構件的受力情況。

荷載取值包括支架結構自重、鋼箱梁及鋼管拱自重、風荷載、水流力、汽車吊荷載。主要計算主梁拼裝支架的承載力。

工況一：搭設下層支架，拼裝下層鋼梁。

工況二：搭設中層支架，拼裝上層鋼梁。

工況三：搭設拱肋拼裝支架，拼裝拱肋支架。

計算結果取以上各工況最不利結果包絡。經過計算，分別計算出下層鋼箱梁支架、上層鋼箱梁支架、拱肋支架的最不利強度、剛度結果如下：

下層鋼梁拼裝之間的橫向分配梁最大組合應力為102 MPa，最大剪應力為53 MPa，豎向變形為7.5 mm。

上層鋼梁拼裝之間的橫向分配梁最大組合應力為126 MPa，最大剪應力為34 MPa，豎向變形為0.3 mm。

拱肋拼裝之間的橫向分配梁最大組合應力為43 MPa，最大剪應力為27 MPa，豎向變形為0.8 mm。

鋼管樁最大組合應力為100 MPa，最大樁反力為125 t。

支架設計滿足要求。

3.2.3 通航孔鋼梁拼裝應力及變形

由計算可知：下層鋼梁最大應力為28 MPa，上層鋼梁最大應力為29 MPa；下層鋼梁最大相對變形為16 mm，上層鋼梁最大相對變形為17.2 mm，主體鋼箱梁結構強度剛度均滿足要求。

3.3 支架與主橋鋼結構施工技術

3.3.1 臨時支墩及其棧橋施工

東岸2#墩處臨時支墩位置河床覆蓋層較淺，東岸臨時支墩鋼管樁基礎位于斜巖面上，需要與巖層之間采用鋼筋混凝土錨固。臨時支墩鋼管樁采用80 t履帶吊+DZ—60型振動錘的方法插打至斜巖面上，利用聯結系作為沖擊鉆鉆孔平臺，鋼管樁作為臨時鋼護筒，采用鉆孔樁的施工方法施工東岸臨時支墩基礎[2]。待鋼管樁基礎內鋼筋混凝土都灌注完成后，再施工東岸臨時支墩的鋼管接長、聯結系安裝、分配梁安裝等。

承臺上的臨時支墩，在承臺施工時預埋鋼管預埋件，在承臺施工完成后，利用汽車吊安裝鋼管立柱，與預埋件焊接牢固，再安裝聯結系及分配梁。

西岸臨時支墩及其棧橋同步施工，考慮東西岸地質差異較大，西岸覆蓋層有淤泥、卵石層，鋼管樁承載滿足要求，采用100 t履帶吊+DZ—90型振動錘的方法進行釣魚法施工棧橋及臨時支墩。

因楠溪江鄰近海域，漲落潮差大，避開高平潮施工聯結系及鋼管接長，將分配梁、貝雷片安裝時間安排在高潮期間。

因臨時支墩棧橋設計在臨時支墩中間，為方便施工，在將棧橋推進至最遠端的過程中，依次施工臨時支墩兩側結構、中間鋼管柱以及聯結系。待棧橋及兩側結構施工完成后，再用倒退法依次施工中間鋼管樁、聯結系與立柱頂分配梁[3]。

雖然棧橋被臨時支墩中間鋼管分為兩部分，但是不影響小型吊機與登高車等工程車輛進入支架底部進行作業。

3.3.2 主體結構、中層支架與拱肋支架施工

根據工期，按先下層、再中層、最后拱肋的順序，利用運輸船依次將鋼箱梁及拱肋等構件運輸至橋位。主橋下層鋼箱梁采用300 t浮箱拼裝式浮吊進行吊裝。

根據上下層鋼箱梁、拱肋等分節段重量，以及浮吊參數表，采用60 m長吊桿安裝下層鋼箱梁，待下層鋼箱梁安裝完成后，將浮吊吊桿接長至80 m，采用80 m長吊桿安裝上層鋼箱梁支架、上層鋼箱梁、拱肋支架、拱肋及風撐等。

臨時支墩施工中，需要控制鋼管樁的平面位置，可以保證鋼管樁頂分配梁在鋼箱梁橫隔板位置，對結構受力有利。臨時支墩施工完成后，復測所有樁頂分配梁標高，在下層鋼箱梁設計支點處設置2I32a型鋼作為臨時抄墊，臨時抄墊與鋼箱梁之間設置鋼板增大鋼箱梁與抄墊間受力面積，保護梁底結構及油漆面。當浮吊將下層鋼箱梁吊裝至設計位置后，利用全站儀復測鋼梁平面位置及高程，尤其需要控制下層鋼箱梁兩側主吊桿的吊耳平面位置。在鋼箱梁完全就位前，利用倒鏈與焊接在鋼箱梁上的碼板調節鋼箱梁平面位置，利用千斤頂精調鋼箱梁高程[4]。

在下層鋼箱梁施工過程中，在岸邊規劃好的場地上將上層鋼箱梁支架提前焊接成整體。在下層鋼箱梁上有作業空間后，即可利用浮吊將拼裝好的支架依次吊裝至下層鋼箱梁上設計位置。每個支架安裝完成后，復測所有鋼管頂分配梁標高，在上層鋼箱梁設計支點處設置2I32a型鋼作為臨時抄墊，臨時抄墊與鋼箱梁之間設置鋼板增大鋼箱梁與抄墊間受力面積，保護梁底結構及油漆面。上層鋼箱梁吊裝的控制措施與下層鋼箱梁相同。

在上層鋼箱梁施工過程中，在岸邊將拱肋支架提前焊接成整體，在上層鋼箱梁上有作業空間后，即可利用該浮吊將拱肋支架吊裝至上層鋼箱梁上。

在拱肋支架驗收合格后，即可利用浮吊將拱肋及風撐吊裝至支架上。

在上下層鋼箱梁及拱肋安裝過程中，需要特別注意吊桿孔、吊桿索導管的中心位置，在結構安裝過程中，尤其要注意吊耳平面位置、索導管平面位置的精度，對結構受力影響較大。

4 方案創新與應用

4.1 先梁后拱施工技術

楠溪江大橋雙層鋼箱梁桁架式鋼管混凝土拱橋采用先梁后拱法施工，利用浮吊依次安裝下層鋼箱梁、上層鋼箱梁、拱肋及風撐，該方法適應橋位處的地形地質條件，與纜索塔架法相比，節約了索塔及臨時吊索的費用，減少了不必要的主墩后方占地，而且三層支架法在雙層梁的拱橋施工中，可以減少對已架設構件的碰撞，提高了安裝精度，增加了施工過程中的安全保障，且節約成本，提高工效。

4.2 鉆孔樁基礎優化為鋼管樁基礎施工技術

采用釣魚法施工臨時支墩，相比于鉆孔樁基礎，減少了施工平臺的投入，減少了后期鉆孔樁處理措施，不僅方便安裝，也方便拆除，同時降低了水上施工的風險性。

4.3 臨時支墩中間設置棧橋施工技術

臨時支墩棧橋設置在主橋正下方，縮短施工設備工作半徑，減小棧橋及臨時支墩施工的履帶吊噸位，減小了棧橋的承載能力；為浮吊吊裝半徑提供空間，降低了浮吊噸位等級的要求；為鋼箱梁縱橫向焊縫提供了作業通道；便于支架的安裝、檢查、拆除。同時在用鋼量、機械設備、施工進度上達到了降本增效的作用。

5 結論

連接線楠溪江大橋主橋為雙層鋼箱梁鋼管拱橋，橋位處于鄰海內河與高速公路附近，場地狹窄，施工受航道、潮汐影響大。采用三層支架法依次施工下層、上層鋼箱梁、拱肋的施工技術，與采用先拱后梁的纜索吊裝法和采用先下層梁再拱最后上層梁的施工方法相比，三層支架法施工便利，精度易于調整、對場地要求更小、成本更低、航道干擾較小，且先梁后拱法施工降低了施工風險。該文總結了臨時支墩與棧橋同步安拆施工工藝、浮箱拼裝式浮吊吊裝主體與臨時鋼結構工藝等施工經驗，提供了一整套的創新方法，對類似的雙層系桿拱橋先梁后拱支架法施工具有很大的參考意義。

參考文獻

[1]黃邦，王海峰，許倫鋒.京滬跨蘊藻浜河1—112 m提籃拱先梁后拱施工技術[J].中國水運（下半月），2018（6）：188-189.

[2]李玉潔.拱橋先梁后拱施工技術及控制措施[J].交通世界，2022（31）：134-136.

[3]張齊東.先梁后拱法下承式系桿拱橋系梁拱肋施工技術研究[J].公路交通科技（應用技術版），2017（12）：265-268.

[4]賴欽亮.汕頭市濠江區某下承式鋼箱提籃拱橋頂推施工安全與控制分析[J].工程技術研究，2022（5）：64-66.