跨越河道下承式鋼拱橋架設施工技術

莊斌

（上海松江經濟技術開發建設集團有限公司，上海 200000）

0 引言

隨著大跨徑斜拉橋、懸索橋的興起，大跨徑拱橋在建造工藝上的競爭力明顯下降，制約了其推廣與發展。然而，懸臂施工法在成橋前后各受力狀態存在差異，需要進行系統過渡，不可避免地會產生較大的波動，因而其經濟性并不理想[1]。同時，在施工過程中的高風險性也表明了工程的安全隱患；近年來連續發生的多起橋梁倒塌事故，從另一個角度證明了危險是客觀存在的[2]。而采用勁性骨架法，雖然可以大幅減少工程建設的風險，但卻需要大量的鋼筋，而采用下承式鋼拱橋架設施工則可以很好的解決上述問題。因此，本文通過實際的工程案例，重點分析跨越河道下承式鋼拱橋架設施工技術及其具體的應用。

1 工程概況

上海市金玉路跨油墩港工程上跨油墩港，主跨結構為105m 的簡支下承式鋼拱橋，兩側引橋采用預制簡支小箱梁結構，共計14 跨。跨徑布置為30m×8+24m、30m×5，主橋全長為519m。單幅布置，主橋寬40.5m，引橋寬31m。

2 工程重難點

該跨河橋主跨施工的重難點分析如下[3]。

（1）油墩港為通航河道，在主橋架設施工過程中需占用航道，水上交通組織難度高，協調壓力大。

（2）主橋施工過程中；需保障船舶航行安全和施工作業兩不誤，通航安全管理嚴。

（3）水上作業，環保及文明施工要求高。

3 橋梁設計概況

鋼拱橋由主拱肋、拱梁結合段、系縱梁、端橫梁、中橫梁、風撐等構件組成。主橋面的中橫梁采用H 型疊合梁，間距2.75m，中橫梁之間采用小縱梁連接；端橫梁為箱梁形式，截面寬3.1m，高2.67~2.90m；系縱梁為箱梁形式，截面寬4.05m，高2m；上部鋪設25～30cm 厚的預制橋面板；主拱肋與系梁之間通過吊桿進行連接，全橋共設17 對吊桿，吊桿間距5.5m。

（1）主拱肋。主拱肋的拱軸線為二次拋物線，主拱肋矢高21m，矢跨比1/50，橋面以上的主拱肋采用鋼箱截面，垂直于橋面布置，鋼箱高度2.3m，寬1.8m，跨中頂板、底板厚20mm，腹板厚20mm；拱梁結合段頂板、底板厚25mm，腹板厚25mm。兩片主拱肋之間設置4 道一字風撐，風撐為箱梁形式；兩拱梁結合段之間設置一端橫梁。

（2）中橫梁。中橫梁為鋼混疊合梁，梁高2.2m，頂板、底板厚20mm，腹板厚14mm，全橋共35 道中橫梁。

（3）端橫梁。拱肋的拱梁結合段之間設置端橫梁連接，兩端各一件。端橫梁為箱型截面，寬3.1m，高2.67~2.90m，頂板、底板厚20mm，腹板厚16mm，加勁板厚14mm。

（4）系縱梁。箱梁形式，截面寬4.05m，高2m；頂板、底板厚20mm，腹板厚20mm，加勁板厚18mm/20mm/30mm。

（5）拱梁結合段。頂板、底板、腹板厚度均為25mm。

（6）一字型風撐。箱型截面寬1.88m，高1.34m，頂板、底板厚20mm，腹板厚14mm。

（7）吊桿。PES7-73 鍍鋅平行鋼絲PE 雙護層拉索吊桿。

（8）主拱橋鋼結構設計重量約2339t；材質Q345qD。

4 設備選型

根據該鋼橋的安裝位置環境，既要考慮到構件分段的運輸，又要兼顧剛拱橋施工安裝的可行性。經綜合考慮后，對鋼拱橋采取分段構件加工、運輸、吊裝就位安裝的施工方案。

根據該鋼拱橋的分段參數，擬選選用2 艘110t 級的浮吊來實施該鋼拱橋分段構件的吊裝施工[4]。

5 鋼結構運輸方案

5.1 運輸方式

拱肋節段構件重29~113t，橋面組合節段構件重27~152t。根據項目現場環境及吊裝方式，鋼構件分段擬采用的運輸方式為水路運輸。

5.2 運輸路線

鋼構件由南通基地制作，場內碼頭裝船。船運路線：南通基地長江碼頭→沿長江往吳淞口方向行駛途經蘇通大橋南下→行至吳淞碼頭拐入黃浦江→途經楊浦大橋、南浦大橋、盧浦大橋、徐浦大橋、閔浦大橋、奉浦大橋、松浦大橋、黃浦江大橋、松浦三橋→右拐進入油墩港→北上直行至施工現場。

5.3 裝運作業程序

（1）構件運載前，向海事有關部門辦妥一切相關的手續。

（2）構件分段裝船后，兩側前后用鐵鏈或鋼絲繩進行捆扎、緊固，在與構件接觸部位用包角填襯后使用緊繩器或手拉葫蘆收緊繩索；并拉設警示繩，懸掛示寬燈[5]。

（3）運載過程中，嚴格按規定的時間和路線進行。

6 鋼結構吊裝技術措施

鋼拱橋分段構件在吊裝就位作業過程中，基本上實施河道全封航措施，確保施工安全。施工工藝采用岸上設臨時支架，先拱后梁的方式進行建設。

6.1 吊裝施工原則

（1）為保證先拱后橋為安裝原則，工廠制作的主跨分段橋梁、拱肋按要求在工廠完成整體預拼裝，拆裝前做好預拼裝的基準線，標記、編號及裝配的臨時靠山詳細標明，保證安裝精度，確保拱肋、主跨鋼箱梁在吊桿位置的準確性。

（2）根據現場工況條件，明確拱梁結合段、端橫梁、拱肋段等各分段構件吊裝順序和進場方向，并確定分段構件出廠裝船的方向。

（3）施工過程中的測量定位，采取安裝位置角度測距和地面放線垂準同步控制。

（4）浮吊吊裝作業區域需要提前做好疏浚事宜。

6.2 鋼橋吊裝

6.2.1 吊裝拱梁結合段（僅做一個構件的典型工況）

拱梁結合段吊裝定位后，兩端及時加以固定，底部用型鋼撐實，并焊接。

6.2.2 吊裝系梁過度組合段

系梁過渡段吊裝就位后，及時設置近河岸的下支架斜撐。

臨時斜撐的安裝先由吊車將桿件吊放在安裝位置的下方，然后采用手拉葫配合起吊安裝。

下臨時斜撐在系梁過渡段定位安裝完畢后，即可進行安裝；上臨時斜撐在邊拱分段定位安裝后進行。

6.2.3 吊裝拱肋分段GL1

邊拱肋吊裝定位后，頂底板處以工廠設置的固定板螺栓緊固連接，同時在兩側腹板（近頂底板處）施焊，每處施焊長度30cm，支架處墊實臨時固定后，方可松鉤。

6.2.4 設置臨時水平拉索（初張拉）

先設吊裝側的（另側暫緩設置，待吊裝前再設置）

鋼拱橋的鋼結構吊裝分段計劃、節段安裝順序及相關施工步驟，已經設計及監控單位復核確認；臨時水平索的張拉按設計要求，分3 次張拉：第一次初張拉數值約700kN，第二次張拉數值約1700kN，第三次張拉數值約2500kN。這個數值在施工過程中可能會有調整，具體須根據監控單位給出的準確數值進行張拉。

臨時水平索三次張拉的階段要求如下。

在兩岸的拱腳、端橫梁、拱梁結合段、邊拱分段及橋面組合梁過渡段安裝完成后，進行第一次張拉。在完成了拱肋合攏段、風撐及橋面組合段1、2 的安裝后，進行第二次張拉。在完成了橋面組合梁3、4、5 安裝后，進行第三次張拉。在臨時水平索的三次張拉過程中，嚴格按照現場監控單位的指令進行操作。

6.2.5 吊裝拱肋分段合攏段GLH

合攏段拱肋吊裝就位前，邊拱肋與梁拱結合段的施工縫必須焊接完畢。由于河岸邊沒有中拱分段卸船擺放的場地，故只能在運輸船上翻身、起吊。兩艘浮吊各設置兩個吊鉤，靠近拱肋中點的為主吊鉤，近拱肋外端的為輔助吊鉤，配合拱肋的翻身立直。

第二片合攏段的吊裝工況類同第一片，故不再復述[6]。

合攏段卸載前，預張拉臨時水平索至監控數值且拱肋兩端與邊拱肋的施工縫焊接總長度需達到2.4m。

6.2.6 張拉臨時系桿水平索

張拉臨時系桿水平索至設定數值（張拉數值由設計或監控單位提供），拆卸梁上臨時支架、安裝拱肋吊桿。

6.2.7 系主梁對接

實施橋面組合節段的系主梁對接作業；按設計要求調整吊桿索力值。

6.2.8 體系轉換

移除臨時系桿水平索，完成體系轉換，拆除地面臨時支架，鋼箱拱橋吊裝完成。

在臨時水平索第二次張拉后，在監控的指令下即可拆卸拱肋臨時內支架。

步驟：①用氣割割除支架上部與拱肋底部連接的支撐型鋼頂端約2cm，脫離拱肋底部。②征詢監控的指令，再行拆卸整個型鋼支撐座。③拆卸臨時支架。

要求：①切割操作人員在實施切割操作過程中要時刻與監控保持聯系，并聽從監控的指令。②在切割整個型鋼支撐座前，必須再次聯系監控，確認是否實施切割拆卸作業。

6.3 吊索選型及驗算

6.3.1 組合橋面節段吊裝吊索受力計算

設吊索的吊裝角為60°，吊耳4 個，則單支吊索受力P=122/4×cos 30°=35.2t，選用直徑65mm 的6×37+1—170 鋼絲繩，破斷拉力266.5t，允許拉力：（266.5×0.82）÷6=36.4t＞P=35.2t，滿足吊裝安全要求[7]。

6.3.2 邊拱分段吊裝吊索受力計算

吊索的吊裝角按T1 記取，吊耳4 個，則單支吊索受力T1=52/4×cos 30°=15t，選用直徑43mm 的6×37+1—170 鋼絲繩，破斷拉力118.5t，允許拉力：（118.5×0.82）÷6=16.2t＞T1=15t，滿足吊裝安全要求。

6.3.3 中拱分段吊裝吊索受力計算

吊索的吊裝角按T1 記取，吊耳4 個，則單支吊索受力T1=113/4×cos 34°=34t，選用直徑60.5mm 的6×37+1—185 鋼絲繩，破斷拉力252.5t，允許拉力：（252.5×0.82）÷6=34.5t＞T1=34t，滿足吊裝安全要求。

6.4 吊耳驗算

6.4.1 A-20 吊耳承載力計算

吊耳承載力計算如圖1 所示。

圖1 吊耳承載力計算

（1）拉應力計算。根據圖1，拉應力最不利截面為2-2 截面。

斷面處的截面面積S1=（（R1-R3）×t1+（R2-R3）×t2×2）×2=（90×16+55×18×2）×2=6840mm2。

σ=K×T/S1=1.5×200kN/6840mm2=43.86N/mm2<[σ]=295N/mm2，滿足要求。

（2）局部擠壓應力計算。局部擠壓應力的最不利位置在吊耳與銷軸的結合處。

20t 級吊耳考慮配備25t 的美標弓形卸扣，銷軸直徑d=50.8mm。

接觸處總板厚t=t1+2×t2=16+18×2=52mm。

F =K ×T/（t ×d）=1.5 ×200kN/（52mm ×50.8mm）=113.57N/mm2<0.9[σ]=265.5N/mm2，滿足要求。6.4.2 A-30 吊耳承載力計算

（1）拉應力計算。根據圖1，拉應力最不利截面為2-2 截面。

斷面處的截面面積S1=（（R1-R3）×t1+（R2-R3）×t2×2）×2=（100×20+65×10×2）×2=6600mm2。

σ=K×T/S1=1.5×300kN/6600mm2=68.18N/mm2<[σ]=295N/mm2，滿足要求。

（2）剪應力計算。根據圖1，剪應力最不利截面為1-1 截面。

斷面處的截面面積S2=（R1-R3）×t1+（R2-R3）×t2×2=100×20+65×10×2=3300mm2。

τ=K×T/S2=1.5×300kN/3300mm2=136.36N/mm2<[τ]=170N/mm2，滿足要求。

（3）局部擠壓應力計算。局部擠壓應力的最不利位置在吊耳與銷軸的結合處。

30t 級吊耳考慮配備35t 的美標弓形卸扣，銷軸直徑d=57.2mm。

接觸處總板厚t=t1+2×t2=20+10×2=40mm。

F =K ×T/（t ×d）=1.5 ×300kN/（57.2mm ×40mm）=196.68N/mm2<0.9[σ]=265.5N/mm2，滿足要求。

結論：吊、索具安全性符合規范要求。

7 結語

本文通過對該下承式鋼拱橋架設步驟進行介紹，并經過相關受力計算分析結果可知該架設方案滿足施工安全、技術方面的相關規定。至目前，該鋼拱橋在水務管理單位的配合以及我施工單位人員的努力下已順利完成通車驗收。此方法可為以后類似的工程施工提供借鑒。