跨河弧形多腔室鋼箱梁橋施工技術研究

蔣永揚，吳曉宇,王俊杰,儲聿嘉

(浙江中南綠建科技集團有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引言

隨著城市的發展，為實現交通便捷及道路轉向功能，新建了一大批弧形鋼橋。該類弧形鋼橋多采用具有合理受力形式、節省鋼材的弧形多腔室鋼箱梁。如何高質量完成跨河弧形鋼橋的搭設成為建筑領域的重要研究方向[1]。

1 工程概況

作為溫州市2018年打造甌江沿線亮麗城市名片重要組成部分的甌江路道路及景觀改造提升工程，西起環城東路，東至香源路，全長約6.5 km。項目建設從“三線貫通”“交通可達”“生態修復”“文化重塑”“活力濱江”“配套完善”6點出發，全面提升溫州甌江路“甌江外灘”整體品質，全力打造甌江特色窗口、彰顯溫州獨特魅力。

上陡門浦橋位于甌江路北側，甌江河流之南岸。甌江路呈東西走向，是溫州市區北面的一條次干道。全橋主軸線長度206 m，橋梁寬度為5.75 m。具體構造形式見圖1。

本橋梁起點樁號N0+038.303，終點樁號N0+241.217,主跨為七跨總長度為202.914 m，分為A，B兩個節段。其中A節段：長度97.2 m，主跨分4跨，搭接段一段，寬度5.75 m；B節段(如圖2～圖4所示):長度107.967 4 m，主跨分3跨，搭接段一段寬度5.5 m～14 m。橋梁下部結構為φ1 500 mm鉆孔灌注樁單樁基礎，單樁長度50 m左右，共11根，下承臺為φ3 000 mm現澆鋼筋混凝土結構，上蓋梁為φ4 600 mm現澆鋼筋混凝土結構，接樁部分采用三根φ600 mm鋼管混凝土柱，空間三角體布局。

2 施工關鍵點及所面臨的問題

傳統跨河弧形多腔室鋼箱梁橋所含鋼柱常采用大噸位汽車吊進行吊裝，鋼箱梁采用大型吊裝機械進行分塊吊裝，臨時支撐體系輔助就位。此方法在該工程施工過程中面臨以下問題：

1)上陡門浦橋原有道路寬度及承載能力難以滿足大噸位吊裝機械及其他起重設備的施工要求；若采用水上吊裝機械進行鋼橋所含鋼柱的吊裝，吊裝難度大，造價成本較高。

2)臨時支撐需設置在橋梁零彎矩處，因施工條件限制，搭設所需成本較高；若僅考慮成本，安裝臨時支撐并確定鋼箱梁分段點，會致使分段線位置焊縫的內應力較大，在安裝過程中容易出現質量事故[2]。

3 實際施工方案

基于跨河弧形多腔室鋼箱梁橋施工過程中存在的問題，采用如下解決措施。

3.1 鋼棧橋輔助主梁施工方法

關鍵部分：搭設滿足施工承載能力要求的操作平臺，根據上陡門浦橋的現有周邊作業環境，在上陡門浦新橋北側搭設由下部結構墩柱、上部結構單層貝雷梁及型鋼與防滑花紋鋼板橋面組成的鋼棧橋。其中，為增加鋼棧橋基礎的整體穩定性，每排鋼管樁間均采用[16型槽鋼連接成整體；橋面所用鋼材采用橫縱向鋪設方式，構件間采用焊接的方式進行連接，以提高橋面的整體穩定性。搭設樁基平臺，平臺采用鋼管圍護樁、管樁連接系、樁頂橫梁及倒扣滿鋪槽鋼形成的平臺面組成，以實現打樁工序經濟高效的完成。設定合理鋼棧橋及樁基平臺結構形式的同時，根據施工圖紙和相關規范，采用有限元分析軟件建立鋼棧橋及樁基平臺的結構模型，驗算鋼棧橋及樁基平臺是否滿足承載能力要求，驗證操作平臺在建造過程中的安全性能。

3.1.1 作業環境分析

鋼橋所含鋼柱施工需用到打樁設備、鋼筋籠、鋼模板，以及吊裝空間三角形立柱(每個重8 t)，橋北側還需安裝高達4 m的耐候板，因此，需采用大噸位汽車吊進行施工，同時，吊裝設備均需要有站立點。原有上陡門浦橋北側人行道寬有8 m，新橋加寬有5.5 m～5.75 m，即使相關部門允許甌江路半封閉施工，依舊難以滿足大噸位的汽車吊施工作業面要求。由于新建橋梁東西側為架空板，承載力小。上方不足以承受大噸位的吊車和其他起重設備。因此在上陡門浦新橋北側設置滿足50 t履帶吊站位的鋼棧橋及滿足打樁需求的樁基平臺[3]。原有上陡門浦橋現場如圖5所示。

3.1.2 鋼棧橋及樁基平臺的組成

對跨河鋼橋下部結構施工作業面缺乏的問題，以甌江路道路及景觀改造提升工程(跨線橋-城投)上陡門浦橋橋梁工程為例，搭設鋼棧橋及樁基平臺。

在上陡門浦新橋北側搭設由下部結構墩柱、上部結構單層貝雷梁及型鋼與防滑花紋鋼板橋面組成的鋼棧橋。其中，為增加鋼棧橋基礎的整體穩定性，每排鋼管樁間均采用[16形槽鋼連接成整體；橋面所用鋼材采用橫縱向鋪設方式，構件間采用焊接的方式進行連接，以提高橋面的整體穩定性。

鋼棧橋長為180.0 m，寬為6.4 m，頂部標高為+7.00 m。

樁基平臺長12.0 m，寬6.0 m，頂面標高+7.00 m，鋼管樁選用φ630×10型號，設計樁長20 m，入土深度16 m。承臺梁采用45b工字鋼結構，跨徑為6 m一個單元；鋼管樁之間采用[16型槽鋼斜撐剪刀撐；本橋橋面系采用22槽鋼滿鋪，槽鋼長度為6 m[4]。

3.1.3 結構分析

1)鋼棧橋有限元模型創建(見圖6)。

選橫向跨度為6 m、縱向跨度為1×12 m為一聯跨度進行計算。

荷載施壓于中間跨最不利位置，通過履帶傳遞至下方，運用Midas軟件，建立模型，輸入邊界條件、釋放梁端約束、定義荷載工況并輸入壓力荷載。

2)鋼棧橋模型計算(見圖7)。

強度：板單元最大應力為21.6 MPa<[σ]=215 MPa；鋼板強度滿足要求。

貝雷梁單元最大應力為174.2 MPa<[σ]=310 MPa(貝雷梁材料為低合金高強鋼)；貝雷梁強度滿足要求。

撓度：貝雷梁最大撓度為17 mm

3)樁基平臺有限元模型創建(見圖8)。

計算樁基基礎所含受力45b工字鋼，運用Midas軟件，建立模型。輸入邊界條件、定義荷載工況并輸入節點荷載。

4)樁基平臺模型計算(見圖9)。

強度：最大應力為32.3 MPa<[σ]=215 MPa；工字鋼強度滿足要求。

撓度：最大撓度為3 mm

3.2 鋼橋主梁安裝技術

關鍵部分：根據工程實際情況，先將一跨梁段吊裝至設計位置處臨時固定好，然后在待安裝的梁段上設置一掛架，在已安裝好的梁段上設置位移調節裝置，待安裝梁段一端支撐在橋墩上，另一端通過掛架和位移調節裝置支撐在已安裝梁段上，可避免或減少臨時支撐架的搭設，從而節省工期、節約成本。同時，鋼梁在分段時可以不受施工條件限制，根據受力情況將分段線設置在零彎矩處，從而減少分段線位置焊縫的內應力，間接提高兩段鋼梁的連接強度[5]。其中，位移調節裝置除了能夠支撐掛架外，還能夠調整待安裝梁段X,Y,Z三個方向的空間位置，從而更好地控制安裝精度。確定臨時結構的具體制作及安裝方式，從而實現橋梁的高效安裝。

3.2.1 連續鋼梁橋安裝用臨時結構的組成

連續鋼梁橋安裝用臨時結構由掛架1和位移調節裝置2組成。其中，掛架1由掛架主梁、掛架橫梁、掛架主梁加勁板、掛架主梁吊耳、橋頂面吊耳、銷軸組成；位移調節裝置2由豎向千斤頂、橫向千斤頂、反力座、頂部墊塊、限位槽、限位槽底部鋼墊板、不銹鋼板、橋頂面鋼墊板組成，如圖10所示。

3.2.2 臨時結構的使用

1)根據施工方案，先將選定的一跨完整梁段吊裝至設計位置處臨時固定好，作為第一個已安裝梁段。

2)安裝1掛架：將掛架主梁、掛架橫梁、掛架主梁加勁板、掛架主梁吊耳、掛架橫梁組成的整體通過銷軸同橋頂面吊耳連接成整體，從而使掛架1同待安裝梁段連接成整體。

3)安裝位移調節裝置：將限位槽與限位槽底部鋼墊板組成的整體擱置在不銹鋼板頂面上；將豎向千斤頂放入限位槽內，并將頂部墊塊焊接固定在豎向千斤頂的頂部；將3個橫向千斤頂擱置在設計位置，并通過焊接同反力座及已安裝梁段的頂面臨時固定在一起。

4)吊裝待安裝梁段和1掛架組成的整體，并調整位置，使得掛架主梁支撐在豎向千斤頂頂部的頂部墊塊上。

5)通過豎向千斤頂調整待安裝梁段的豎向位置，通過橫向千斤頂調整待安裝梁段的橫向位置，直至待安裝梁段和已安裝梁段之間的拼縫基本對齊。

6)在待安裝梁段和已安裝梁段之間的拼縫處焊接限位馬板。

7)起重機械松鉤，并將待安裝梁段和已安裝梁段焊接成整體。

8)直至整個連續梁吊裝完成并焊接成整體。

9)連續鋼梁整體卸載，完成安裝。

4 結語

本文對跨河鋼橋施工技術所涉及的施工用操作平臺結構形式及結構分析方法、連續鋼梁橋安裝用臨時結構組成形式及使用方法進行了詳細介紹，對類似工程具有良好的參考價值。