大跨度半自錨式斜拉橋梁的設計與施工

袁 鼎 張祥祺

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著社會發展的進步，人們對橋梁的要求，除了滿足使用功能外，對景觀也提出了新的要求[1-4]。橋梁跨度的不斷增大，使橋梁工程在工程材料、結構形式、受力體系、外觀等方面也有著不斷的變化。根據上海市《黃浦江兩岸地區公共空間建設三年行動計劃（2015—2017年）》的要求，2017年開始了黃浦江東岸21 km貫通工程。

本工程名稱為“黃浦江東岸濱江公共空間貫通開放——園橋新建工程”，工程地理位置位于洋涇港、白蓮涇、倪家浜、川楊河4條河流匯入黃浦江入河口處，為黃浦江東岸21 km沿線的4處斷點，工程的目標為將這4處斷點，通過架設景觀園橋，變成4處亮點。4座園橋結合漫步、跑步、騎行功能，為市民游覽、欣賞黃浦江提供一個絕佳的地點。

本工程涉及的4座園橋——洋涇港園橋、白蓮涇園橋、倪家浜園橋及川楊河園橋中（表1），從工程體量、橋梁跨度、施工難度等方面進行對比，其中川楊河園橋無疑是最具有挑戰性的一座橋梁。

從表1中可以看出，川楊河園橋（圖1）的體量是最大的，且結構形式也是最特殊的。

表1 新建園橋項目各橋結構形式及質量

圖1 川楊河園橋效果圖

1 現有常用斜拉索橋梁錨碇體系

一般斜拉索橋梁的主要承重構件主纜都錨固在錨碇上，在少數情況下，為滿足特殊的設計要求，也可將主纜直接錨固在加勁梁上，從而取消了龐大的錨碇，變成了自錨式斜拉索橋。

自錨式斜拉索橋梁有以下的優點：

1）不需要修建大體積的錨碇，所以特別適用于地質條件很差的地區。

2）受地形限制小，可結合地形靈活布置，既可做成雙塔三跨的懸索橋，也可做成單塔雙跨的斜拉索橋。

自錨式斜拉索橋梁在中小跨徑橋梁中是很有競爭力的方案，但也不可避免地有其自身的缺點：

1）由于主纜直接錨固在加勁梁上，梁承受了很大的軸向力，為此需加大梁的截面，對于鋼結構的加勁梁則造價明顯增加，對于混凝土材料的加勁梁則增加了主梁自重，從而使主纜鋼材用量增加，所以采用了這2種材料的跨徑都會受到限制。

2）施工步驟受到了限制，必須在加勁梁、橋塔做好之后再吊裝主纜、安裝吊索，因此需要搭建大量的臨時支架以安裝加勁梁。所以自錨式懸索橋若跨徑增大，其額外的施工費用就會增多。

3）錨固區局部受力復雜。

4）相對地錨式懸索橋而言，由于主纜非線性的影響，使得吊桿張拉時的施工控制更加復雜。

2 半自錨式斜拉橋梁結構體系

本工程中的川楊河園橋所處地理位置為川楊河匯入黃浦江入河口，川楊河作為浦東新區主要船只運輸河道，船流量大，且入河口處設有一海事檢查點，大量船只需要停靠在躉船邊接受檢查。故在這種情況下，為了不對過往船只造成影響，并在建成后的使用中保證橋梁的安全性，川楊河園橋設計為單跨過河，主橋跨徑為165 m，橋寬為8～10 m的半自錨式斜拉索橋梁（圖2）。

圖2 川楊河園橋主橋及基礎示意

半自錨式斜拉索橋梁結構形式，是在自錨式斜拉索橋梁結構的基礎上，保留其優點，并有效改良其缺點而形成的結構形式。它不同于將錨碇設置在鋼結構橋梁上的自錨式橋梁結構，也不同于將錨碇獨立設置在橋梁體系以外的地錨式橋梁結構，而是將斜拉索錨固端設置在橋墩上，斜拉索張拉端設置在橋梁主體鋼結構A塔上。整個橋梁基礎既作為斜拉索固定端，也作為橋梁豎向承重結構。

3 半自錨式斜拉橋梁施工工藝

3.1 施工技術路線及總體吊裝方案

設計及施工方案階段須對主橋吊裝分段進行綜合考慮：跨中段的分段長度應滿足航道允許留設的臨時通航孔凈寬要求；邊跨段分段主要考慮浮吊起重半徑和起重能力；按上述原則擬定分段位置后，各分段在每個施工步驟下的自身穩定性及結構安全性。

綜上考慮，最終確定將主橋分為5段，考慮到工期緊迫，將運輸方案定為大件水上運輸至橋位附近碼頭，浮吊整體吊裝就位。

3.2 工程前期施工準備

3.2.1 相關手續辦理

在施工前期準備階段，由于川楊河園橋為跨河自然橋，且施工技術路線確定需要在河中設置2處臨時水中支墩，根據《中華人民共和國水上水下施工作業通航安全管理規定》以及相關規定的要求，必須完成《通航安全評估報告》的專家評審會議，并且辦理《水上水下施工作業許可證》。

3.2.2 主要措施結構施工

根據川楊河園橋施工技術路線，需要在河中搭設2處臨時橋墩及南北兩岸各搭設1處臨時橋墩，共計4處（圖3）。在每處臨時橋墩頂部設置4個100 t千斤頂，共計16個，為橋梁架設完成后標高調整及卸載做好準備工作。

圖3 川楊河臨時支墩布置（南岸）

本工程中，混凝土橋墩距離一級防汛墻最近處僅8.5 m，在該范圍內需要搭設岸上臨時支墩，對該范圍（約100 m2）采用50 cm碎石、10 cm黃沙進行加固，并鋪設路基箱進行壓力擴散。

臨時支撐采用5塊路基箱作為基礎，面積為75 m2，4根15 m鋼箱梁作為壓力傳遞構件，4根φ1 000 mm鋼立柱作為豎向支撐，4根φ609 mm短柱作為支撐短柱，若干角鋼作為斜向支撐（圖4、圖5）。

圖4 岸上臨時支墩立面

圖5 岸上臨時支墩側視

在大跨度鋼結構橋梁施工過程中，如何在交通繁忙的航運主干道上既滿足施工安全、質量及進度的要求，又不影響航道的正常通航，是最突出的矛盾點。水中臨時橋墩可以很好地平衡兩者之間的關系。通過在水中避開主航道區域，利用浮吊掛振動錘打設鋼管樁，樁頂通過箱梁及臨時支座起到臨時支點作用，并可兼作施工操作平臺。

3.2.3 河道疏浚工作

本橋梁采用水上浮吊吊裝作業，分為2部分：第1部分為跨河主梁吊裝；第2部分為引橋水上運輸至現場，由浮吊船起吊至岸上，交由汽車吊進行吊裝工作。因此在施工準備階段，須由勘察單位配合，對浮吊作業范圍、運輸船停靠范圍進行河道及岸邊下部疏浚工作。

由于川楊河南岸為國際友好城市公園，并非船只專用碼頭，故為了減少清淤工作量，項目部提前查閱歷年潮水資料，確定在吊裝作業當日的高潮位進行吊裝工作。

3.2.4 相關單位協調工作

川楊河園橋位于川楊河匯入黃浦江河口，上游建有一楊思水閘。川楊河作為浦東新區貨船運輸主力航道，每日通航船只較多。故項目部將確定的施工日期提前報備楊思海事所，確定浮吊施工作業時間，航道全封閉，并提前做出公告，減少對往來船只的影響。在浮吊施工期間，閘門封閉6 h，確保施工時的安全性。

吊裝浮吊船采用700 t非自航起重船（秦航工66），施工時需要在浮吊船四周設置5處臨時錨固點固定船身，其中2處錨固點需要設置在黃浦江內。項目部提前和海事所溝通，作業時對黃浦江進行半航道封閉。

每日水上吊裝作業時間有限，且采用吊裝作業的船只較多，故需要尋找一碼頭，在非作業時間供施工船只及運輸船臨時停靠。經項目部實地走訪，發現川楊河北岸為原耀皮碼頭，碼頭結構完好，歸于申江集團管理。經過項目部多次溝通，申江集團同意將該碼頭借予項目部臨時使用（圖6）。

圖6 施工船舶停靠位置示意

3.3 川楊河園橋主橋水上吊裝施工

川楊河園橋主橋水上吊裝施工主要流程為：駁船就 位→吊裝期間川楊河封航→楊思水閘內及浮吊船上游兩側各100 m處設警戒船監護，并提醒黃浦江東側航行船舶減速慢行→臨時停泊區1、2泊位禁止停泊→浮吊船頭設手拉葫蘆，與鋼箱梁連接，以便最后微調整鋼箱梁角度→前錨采用臨時錨點或者固定錨點，后錨采用軍艦錨。

3.4 預應力斜拉索施工

川楊河園橋主橋兩側各設置6根預應力拉索，共計12根。對張拉全過程實行專業監理和項目工程師旁站跟蹤制度，嚴格按照已審批方案進行施工。

安裝預應力拉索時，采用對稱安裝，即南北兩岸拉索同時進行安裝。先安裝下部錨固端，再使用汽車吊配合卷揚機將上部鎖頭與鋼結構橋梁進行連接。

張拉預應力拉索時，將12根拉索分為3組。張拉過程共分為2次，第1次張拉分為5個階段，第2次張拉根據監測單位測量數據進行補張拉工作。

第1次張拉：鋼結構主橋吊裝完成，但河中臨時支撐未拆除。

第2次張拉：鋼結構主橋吊裝完成，且河中臨時支撐拆除完畢。

通過監測采集器得到數據后，對測量后發現與設計要求張拉力存在較大差距的拉索進行補張拉工作。

3.5 橋梁整體線形調整

針對川楊河橋主橋為矮塔斜拉鋼桁架結構，165 m一跨過河，用鋼量逾1 700 t的特點，在前期準備階段，對臨時支墩施工時做出預拋高的對策。水中臨時支墩標高提高50 mm，岸上臨時支墩標高提高40 mm。在主橋橋梁架設完成后，在橋梁上設置13處標高控制點（圖7）。

圖7 標高控制點布置

在測量期間，1號標高控制點與設計值對比，發現低了22 mm，立即安排施工人員使用臨時支墩上預安裝的100 t千斤頂進行頂升工作，將其向上頂高25 mm。

經過數日的觀測，橋梁整體線形穩定，過渡平緩，并滿足設計及規范要求，達到了預定的目標。

4 結語

大跨度半自錨式斜拉橋梁設計與施工技術在川楊河園橋橋梁工程中成功實施，且目前反響良好。通過本工程的建造，可為以后的大型人行跨河園橋工程提供參考，也可為特殊環境、復雜工況下的橋梁施工提供解決方案。

[1] 徐志學.大跨徑公路斜拉橋鋼箱梁施工技術分析[J].交通世界,2019 (20):136-137.

[2] 崔娟.大跨度懸挑預應力結構穩定性分析及關鍵節點受力性能研 究[D].北京:北京交通大學,2009.

[3] 程剛,周劍,劉釗.節段預制拼裝連續剛構橋合龍方案研究[J].世界 橋梁,2013(5):72-75.

[4] 余夢.橋梁墩頂起始段鋼管支架反力點預壓施工技術[J].安徽建筑, 2019(7):87-88.