京雄高速公路白溝河特大橋現(xiàn)場施工技術(shù)

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(jié)構(gòu)，兩側(cè)引橋分別采用40m及30.67m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。

2 結(jié)構(gòu)形式

上部結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計標高為+19.143m。

主要結(jié)構(gòu)劃分為拱腳、拱肋、實腹區(qū)拱梁結(jié)合段、空腹區(qū)鋼箱梁。

3 施工流程及方案

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

施工總體工藝流程為：

原材料拋涂預(yù)處理→零件加工→板單元制作→節(jié)段塊體制作→預(yù)拼裝→節(jié)段塊體涂裝 →節(jié)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(yè)鋼結(jié)構(gòu)工廠制造，其主要完成所有鋼結(jié)構(gòu)的材料采購、技術(shù)準備、工裝胎架設(shè)計、切割下料、板單元制作、運輸節(jié)段拼裝、涂裝、運輸至橋位預(yù)拼車間。充分發(fā)揮工廠加工設(shè)備先進和施工條件好的優(yōu)勢，實現(xiàn)本項目制造自動化、機械化和車間化。拱腳、拱肋、兩端拱梁結(jié)合段、合攏段拼接位置各留30～50mm工藝余量。

為確保拱肋架設(shè)順利，接口對接準確，鋼拱肋在工廠內(nèi)要進行預(yù)拼裝，若發(fā)現(xiàn)節(jié)段尺寸有誤或預(yù)拱度不符時，可在工廠內(nèi)進行尺寸修正，避免在高空調(diào)整，減少高空作業(yè)難度和加快安裝速度，消除現(xiàn)場施工風(fēng)險。

按照《工程測量規(guī)范》三等導(dǎo)線網(wǎng)的技術(shù)要求建立鋼拱肋測量控制網(wǎng)。平面基準網(wǎng)采用一點一方向建立坐標系，通過車間外測點與車間內(nèi)坐標系建立聯(lián)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(wǎng)內(nèi)對鋼拱肋上監(jiān)控點進行三維坐標采集，鋼拱肋塊體上設(shè)有測量監(jiān)控點，監(jiān)控點設(shè)置在端口位置。

3.2 橋位布置方案

橋位節(jié)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(yè)面吊裝，每個作業(yè)面配備兩臺70噸龍門吊，跨度為52米，包含單側(cè)8米寬運輸通道，另配置30噸小鉤用于梁段的翻轉(zhuǎn)。

3.3 支架設(shè)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(jié)合段、中間拱梁結(jié)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(yù)平臺安裝千斤頂，作為標高調(diào)整系統(tǒng)。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(fēng)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(gòu)柱子之間距離（擬采用2500mm×2500mm）；②支撐架底部與混凝土基礎(chǔ)預(yù)埋件采用焊接連接固定；③橋?qū)挿较蛳噜徶渭苤g進行剛性連接，增加支撐架橫向整體穩(wěn)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(xiàn)場安裝

4.1 支架受力工況分析

連續(xù)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(fēng)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(tài)：

（1）兩端拱梁結(jié)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(chǎn)生的 沖擊荷載以及施工安全允許風(fēng)速級別對應(yīng)的風(fēng)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(chǎn)生的沖擊荷載 以及施工安全允許風(fēng)速級別對應(yīng)的風(fēng)荷載；

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

根據(jù)吊裝施工安全管理要求，超過五級風(fēng)（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(fēng)荷載作用。

支架的結(jié)構(gòu)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(jié)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(fēng)荷載（WL）

吊裝過程中最大風(fēng)力為五級，風(fēng)速V0范圍為8.0～10.7m/s，取大值，即V0=10.7m/s

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012

工程現(xiàn)場地面粗糙度為B類，拱橋離地高度20～25m，風(fēng)壓高度變化系數(shù)UZ=1.31，

風(fēng)荷載體型系數(shù)Us=1.8，風(fēng)振βZ=1

風(fēng)荷載標準值：Wk1=βZ×UZ×Us×W0 =0.17KN/m2

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

支架離地高度約20m，風(fēng)壓高度變化系數(shù)UZ=1.23

風(fēng)荷載體型系數(shù)Us=1.9，風(fēng)振βZ=1

風(fēng)荷載標準值：Wk2=βZ×UZ×Us×W0=0.16KN/m2

支架自身承受風(fēng)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(chǎn)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(shù)取1.35，活荷載、沖擊荷載、風(fēng)荷載分項系數(shù)取1.4，活荷載組合系數(shù)取0.7，風(fēng)荷載組合系數(shù)取0.6

6.支架受力計算

R2=R2’=502KN（支座反力向上，支座及基礎(chǔ)受壓）

R1=R1’=26.5KN（支座反力向上，支座及基礎(chǔ)受壓）

Qx=29.6KN （與風(fēng)力方向相反）

4.2 節(jié)段合攏順序

考慮到龍門吊利用效率，按橋中往兩側(cè)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(cè)拱肋→拱梁結(jié)合段兩側(cè)分段→拱梁結(jié)合段合龍段→拱肋系梁→橫向慢行系統(tǒng)→空腹區(qū)鋼箱梁”的順序，實現(xiàn)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(jié)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(shè)鋼梁拼裝臨時支架。復(fù)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(jié)段并進行粗定位。利用臨時支架上的千斤頂將拱腳精確調(diào)整就位，精確定位。澆筑完成后全站儀和經(jīng)緯儀進行測量，修割端部余量。

拱腳分段吊裝前，拱腳內(nèi)的預(yù)埋預(yù)應(yīng)力套管先進行預(yù)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(wěn)定和便于調(diào)節(jié)，采用剛性臨時支架進行定位，在橋墩的兩端各設(shè)置一個臨時定位支架，確保拱腳定位的穩(wěn)定和便于調(diào)節(jié)，拱腳定位時在兩個方向采用全站儀和經(jīng)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(diào)整就位并完成橋上連接。拱腳與拱肋對接口環(huán)縫焊接。

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

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

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

完成實腹區(qū)拱梁結(jié)合段合龍。注意拱肋的環(huán)形焊縫和拱肋內(nèi)部加勁肋連接焊縫必須連續(xù)施工焊接。

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

5 現(xiàn)場注意事項

主拱因線形復(fù)雜，全部構(gòu)件需進行平面輾轉(zhuǎn)試拼裝，以確保結(jié)構(gòu)的空間尺寸能夠吻合。

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

6 結(jié)語

本文分析了上承式鋼箱梁連拱結(jié)構(gòu)橋梁的施工特點，設(shè)計了相關(guān)的技術(shù)方案，確保能夠促進上承式鋼箱梁連拱結(jié)構(gòu)橋梁項目的順利實施，給中國橋梁建筑行業(yè)的發(fā)展提供更加可靠的保障[3]。