大跨度鋼箱拱橋拱肋施工理論研究和應用

朱 斌

柳州市城市軌道交通建設促進中心，廣西 柳州 545000

1 工程概況

官塘大橋主橋為中承式鋼箱拱橋，一跨過江，結構體系為有推力提籃式拱橋。主橋全長462m，橋梁有效寬度為39.5m，雙向六車道。主拱計算跨徑為457m，凈跨徑為450m，凈矢高為100m，矢跨比為1∶4.5，拱平面與豎直平面的夾角為10°。鋼混結合段拱肋截面寬度為5.012m，截面高度為10.36～10.58m；主梁跨徑布置為（17.5+24.5+36×10.5+21+21）m。主橋節段劃分及橫撐布置如圖1所示。

圖1 主拱節段及橫撐布置側面圖（單位：cm）

2 施工重難點

該工程的施工重難點如下：（1）全橋共58個拱肋節段，鋼箱拱肋節段最大重量達304.1t，最大吊裝重403.2t，最大吊裝高度為107.93m，吊裝難度大；（2）主拱肋向橋梁中線內傾10°，結構構造特點使拱肋安裝難度較大、精度要求高；（3）鋼箱拱肋安裝及施工措施項目水中作業量大，施工周期較長，需跨越1個洪水期，洪水期具有暴漲暴落、流速快的特點；（4）東岸為新區開發地塊，多條路網同時施工，西岸為三門江國家森林公園，珍稀植被多，移植工作繁重；（5）柳江為水運主要通道，過往船舶較多，水上作業對航道正常運行影響大。

3 施工方案比選

該項目立項之初計劃采用“纜索吊裝，斜拉扣掛”法安裝拱肋，后經深入研討，此方式存在如下缺點：（1）起吊重量有限，目前最大的起吊重量約為300t，這在鋼管混凝土拱橋中較適用，但是對于大跨徑鋼箱拱形式的拱肋，拱肋節段重量較大，這種方式需要設置更為龐大的臨時設施，從而增加了施工成本；（2）施工周期長，由于臨時設施龐大，高空作業多，特別是各節段懸拼過程中均需要精確定位、焊接；（3）異形拱線形控制難，為了增加橫向穩定性、提升美觀度等，鋼箱型拱肋往往設置成空間異形，這就增加了懸拼過程中的定位難度，同時隨著懸拼數量的增加，累計誤差將會逐漸增加；（4）對地理環境要求高，該工程東岸涉及珍稀植物大量移植，西岸需避開多條路網施工，交叉作業風險極高。

經過與各方專家研討，進行方案比選，最后決定采用“低位拼裝+段拱肋整體提升”的創新方法進行拱肋安裝，以保證拱肋安裝的安全性，提高安裝精度，施工總體布置如圖2所示。

圖2 低位拼裝+中段拱肋門架法整體提升施工設計圖（單位：mm）

4 方案可行性分析

“低位拼裝+段拱肋整體提升”的創新方法主要是將主拱分為邊拱段、中拱段和合龍段，邊段采用浮吊在支架上拼裝，中拱段拱肋采用已設置好的提升門架將重達5885t的中段拱肋進行整體提升。方案總思路為中拱段在設計橋位處以下67.27m搭設低位拼裝支架，拼裝支架根據柳江通航、行洪條件設計，確保施工期間柳江航道的正常通航及行洪。中拱段合龍完成后張拉臨時水平約束索，采用門式提升支架+連續提升系統整體提升67.27m后，660t浮吊依次吊裝合龍段至設計橋位處，人工輔助就位，實現鋼箱拱肋合龍。

為了確保拱肋能順利實施，使結構受力合理，拱肋安裝施工前，采用Midas、Ansys建立有限元模型對拱肋安裝工況進行精細的分析計算，分析拱肋、支架及各構件的應力、強度、剛度和穩定情況，主拱肋安裝施工步驟如表1所示。

表1 各工序理論分析匯總表

5 結束語

根據該工程理論分析結果表明，拱肋安裝及合龍過程中，拱肋的應力水平較低，支架應力未發生明顯的增加情況，拱肋、臨時支架及各構件的應力、強度、剛度均滿足要求。另外，該工程于2018年5月12日完成主拱肋的安裝，軸線安裝偏差為13mm，高程安裝偏差為24mm，達到了規范允許值的1/7，高效、優質地完成了拱肋安裝施工任務，為類似工程施工積累了寶貴的經驗。