王雪能 劉 為

（中鐵四局集團(tuán)有限公司 蘇州 215100）

2011年國務(wù)院通過“國發(fā)號(hào)［2011］2號(hào)文”發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于加快長(zhǎng)江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見》，提出要利用10年左右的時(shí)間，建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運(yùn)體系，大力推進(jìn)高等級(jí)航道網(wǎng)建設(shè)，實(shí)施航道升級(jí)整治工程。航道等級(jí)升級(jí)后，通航凈空加大，眾多既有跨河橋梁需拆除改建。研究如何降低新建橋梁施工對(duì)既有航道的運(yùn)營干擾，對(duì)順利推進(jìn)等級(jí)航道網(wǎng)建設(shè)、保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展具有積極意義。

蘇南運(yùn)河三級(jí)航道橋梁工程戚墅堰大橋橫跨京杭運(yùn)河常州段，主橋采用111m跨徑的下承式鋼管混凝土系桿拱。目前京杭運(yùn)河水運(yùn)繁忙，過往船只川流不息，且過千噸級(jí)的船舶及拖掛船隊(duì)很多，為降低社會(huì)影響，海事部門往往要求施工期間不得斷航，如在河道內(nèi)搭設(shè)施工支架，其凈跨度不得小于40m，通航限高不得小于7m。為解決新建橋梁施工與航道運(yùn)營的矛盾，采用“大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍”施工技術(shù)，在戚墅堰大橋成功實(shí)施，該技術(shù)較好地解決了通航河道上新建鋼管混凝土系桿拱橋施工對(duì)航道運(yùn)營干擾大的難題，實(shí)現(xiàn)了施工預(yù)制化、拼裝化、機(jī)械化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

戚墅堰大橋位于常州市戚墅堰區(qū)，橋梁橫跨京杭運(yùn)河，是蘇南運(yùn)河航道“四改三”升級(jí)改造項(xiàng)目中的重點(diǎn)工程，現(xiàn)有橋梁跨越橋位處水面寬約61m，航道中心線與路線中心線交角為74.86°。蘇南運(yùn)河系規(guī)劃的三級(jí)航道，通航凈空80m×7 m，設(shè)計(jì)最高通航水位3.3m。因航道拓寬，現(xiàn)有橋梁凈空不滿足三級(jí)航道要求，故需拆老橋建新橋，新建橋梁位于原橋位處，新建橋梁主橋?qū)?0 m，橋型結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 橋型結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

主橋采用下承式鋼管混凝土系桿拱，計(jì)算跨徑111m，矢跨比1／5，矢高為22.20m，拱軸線為二次拋物線。系桿采用箱形截面，梁高2.2m，寬1.4m；拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，鋼管外徑1.3m，鋼管及腹板壁厚16mm，內(nèi)充C40微膨脹混凝土，拱肋高度為3.0m；每片拱設(shè)吊桿19根，吊桿為剛性吊桿，采用OVM.GJ15－19鋼絞線成品索；風(fēng)撐采用8道K撐，由外徑130cm和90 cm鋼管焊接而成，壁厚分別為16，12mm。

施工圖設(shè)計(jì)中明確了主橋采用先拱后梁的施工方法，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上兩端拱腳之間設(shè)置了格構(gòu)式勁性骨架，主肢為4根200mm×200mm×24mm的角鋼，內(nèi)設(shè)L75mm×50mm×8mm剪刀撐；系桿混凝土澆筑時(shí)，勁性骨架上可附設(shè)模板，并由吊桿的外套鋼管吊掛，從而完成系桿的澆筑施工。

戚墅堰大橋主橋岸地鋼管拱肋、勁性骨架以及拱腳和端橫梁均采用支架法施工，跨河部分采用大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍，拼裝成形包括拱肋、吊桿、吊索、勁性骨架、系桿鋼筋、系桿底模全部安裝就位，鋼管拱肋只在分段接頭處設(shè)置鋼管支墩。

2 施工控制重點(diǎn)

大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍施工技術(shù)難點(diǎn)如下：

（1）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋、勁性骨架對(duì)接。根據(jù)圖紙推薦方案，跨河部分采用岸上組裝大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架成形的方法進(jìn)行施工，在組裝及吊裝過程中稍有變形將導(dǎo)致對(duì)接不上，因此給岸上組拼、測(cè)量、吊裝提出了很高的精度要求。

（2）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋岸地組拼成形吊裝對(duì)組拼支架的設(shè)計(jì)有要求，支點(diǎn)少了拱肋容易發(fā)生變形，導(dǎo)致對(duì)接不上；支點(diǎn)過多導(dǎo)致拱肋整體外移困難。因此拱肋岸地支架設(shè)計(jì)是重難點(diǎn)，需要精確計(jì)算確定支墩個(gè)數(shù)。

（3）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋的吊裝。拱肋構(gòu)件水平投影長(zhǎng)度51.31m，重約1 924.1kN，吊裝高度約27m。水上吊裝時(shí)，浮吊的額定起重能力、臂長(zhǎng)、傾角等要滿足要求，鋼絲繩的捆綁應(yīng)牢固準(zhǔn)確、鋼絲繩的安全系數(shù)不應(yīng)太?。涣砩行铏z算該段鋼管拱肋在吊裝過程中的應(yīng)力與變形，確保變形在可恢復(fù)的彈性范圍內(nèi)，并小于規(guī)定的容許變形。

（4）由于大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋是在岸上整體拼裝包括鋼筋、勁性骨架、吊桿、吊索、底模全部安裝就位吊至支架上的，前期拱肋安裝主要是依靠勁性骨架克服水平推力，現(xiàn)在由于跨河部分采用大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍受封航時(shí)間限制，不可能有足夠的時(shí)間來對(duì)焊勁性骨架。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍施工工藝流程見圖2。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形

（1）拱肋組拼。大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拱肋在現(xiàn)場(chǎng)專門設(shè)計(jì)的胎架上采用平臥法組拼，拱肋在工廠制作運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，通過汽車吊將拱肋吊放至臥拼胎架上，拱軸線精調(diào)就位后，利用胎架將拱肋對(duì)接口固定牢固，然后進(jìn)行對(duì)接焊縫施焊以及焊縫質(zhì)量檢測(cè)。

（2）系梁勁性骨架組拼。在拱肋與系梁勁性骨架組裝支架上進(jìn)行系桿勁性骨架組拼。組拼前，采用汽車吊將工廠集中分段制作的系梁勁性骨架按組拼編號(hào)在胎架上就位，焊接成長(zhǎng)節(jié)段，安裝系梁底層鋼筋和吊桿下錨，按模板設(shè)計(jì)要求安裝吊模系統(tǒng)的底模，之后綁扎系梁剩余鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力孔道和系梁心模。系梁勁性骨架與鋼筋骨架在每個(gè)合龍口預(yù)留1～2m的合龍段，在拱肋合龍后在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝、焊接。

圖2 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍工藝流程圖

（3）大跨鋼管系桿拱橋拱肋與系梁勁性骨架組裝。采用浮吊將平臥組拼好的大跨鋼管系桿拱橋半跨骨裸拱翻身，吊至按設(shè)計(jì)搭設(shè)好的組裝支架上，并設(shè)置八字斜撐將拱肋支撐牢固，以防傾覆。之后，安裝吊桿和吊索，使長(zhǎng)節(jié)段拱肋與系梁勁性骨架組裝成一組合體。組裝支架采用格構(gòu)式鋼管樁支墩，支墩頂部的拱肋定位胎架與其下的系梁勁性骨架軸線水平投影重合。為減少岸上拼裝場(chǎng)地占地，多片組合體組裝支架并排布置，相鄰2片組合體組裝支架共用一排立柱。組裝支架布置見圖3。

圖3 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形使用支架布置圖

3.2.2 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝吊點(diǎn)選擇

大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝吊點(diǎn)設(shè)置于拱肋上，吊點(diǎn)設(shè)置應(yīng)根據(jù)骨架體長(zhǎng)度與重量、浮吊噸位與數(shù)量計(jì)算確定，按吊點(diǎn)位置對(duì)拱肋起吊工況的受力情況進(jìn)行驗(yàn)算，確保拱肋安全、變形滿足要求。同時(shí)，為減少吊環(huán)制作與焊接工作量，吊點(diǎn)宜設(shè)置在吊桿位置，采取捆綁拱肋的方式連接，同時(shí)應(yīng)對(duì)吊桿套管與拱肋連接焊縫的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。

3.2.3 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨吊裝吊繩選擇

吊繩的夾角宜控制在30°～60°之間，根據(jù)浮吊的有效起吊高度合理確定。吊繩規(guī)格應(yīng)根據(jù)確定的夾角和起吊重量計(jì)算確定，吊繩的破斷拉力與計(jì)算拉力相比，安全系數(shù)不應(yīng)小于6.0。

3.2.4 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨單片吊離組裝支架

由于大跨鋼管系桿拱橋半跨骨的系梁勁性骨架布置于拱肋組裝支架立柱內(nèi)（見圖4），因此，在起吊時(shí)必須首先采用浮吊將單片組合體豎向稍微提升，使其與組裝支架脫離；然后，將系梁勁性骨架橫移方向側(cè)的支架鋼管立柱底部段采用氣割迅速割除；之后，浮吊后退，使單片組合體吊離組裝支架，直接進(jìn)行總裝。具體步驟見圖4。

圖4 大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊出組裝支架施工步驟

拆除已吊離大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝支架外側(cè)立柱后，再采取同樣工藝、步驟將依次將其余骨架吊出。最后一片骨架吊出后，組裝支架僅依靠單排立柱支承，體系的穩(wěn)定性偏弱，應(yīng)迅速拆除組裝支架或截除底部段增設(shè)臨時(shí)支撐；并且在支架設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)此工況的支架體系進(jìn)行強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3.2.5 拼裝成形的大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架整體吊裝合龍

（1）拱肋合龍。橋位合龍時(shí)，重點(diǎn)控制鋼管拱肋合龍對(duì)接精度，拱肋水平位置依靠總裝支架頂部設(shè)置的胎架進(jìn)行控制。總裝前，預(yù)先測(cè)量將定位胎架的平面位置確定并固定牢固；總裝時(shí)，依靠胎架進(jìn)行粗定位，并通過三維坐標(biāo)進(jìn)行精確定位控制，與設(shè)計(jì)坐標(biāo)比較指導(dǎo)精調(diào)，直至合龍精度滿足規(guī)范要求，然后焊接碼板實(shí)現(xiàn)拱肋合龍，碼板的數(shù)量和焊縫長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)拱肋合龍后的軸力計(jì)算確定。

（2）系梁勁性骨架合龍。系梁勁性骨架在岸上施工組合體時(shí)，即在每端預(yù)留1～2m的合龍口，合龍口采用4根直徑32mm精扎螺紋鋼對(duì)拉系梁勁性骨架實(shí)現(xiàn)臨時(shí)合龍，以平衡拱肋合龍后的水平推力。臨時(shí)合龍裝置設(shè)計(jì)見圖5。在拱肋對(duì)接焊縫施焊完成后，安裝合龍口勁性骨架和鋼筋骨架。

圖5 系梁勁性骨架臨時(shí)合龍裝置

（3）浮吊落鉤。拱肋碼板焊接完畢、系梁勁性骨架臨時(shí)合龍措施對(duì)拉就位后，即可進(jìn)行浮吊落鉤，撤離航道。

3.2.6 落架

拱肋合龍對(duì)接焊縫施焊和系梁勁性骨架合龍段安裝就位、施焊完畢并經(jīng)檢測(cè)合格后，即可進(jìn)行拱肋支架落架。落架時(shí)，采用氣割割除總裝支架頂部的定位胎架來實(shí)現(xiàn)落架，落架順序嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

4 施工注意事項(xiàng)

（1）拱肋臥倒拼裝時(shí)嚴(yán)格控制拼裝線形及拱肋臥倒后的水平面，控制吊桿的相對(duì)位置。

（2）拱肋擱置在拼裝支架上后嚴(yán)格控制垂直度，確保拱肋在支架上垂直，以便能夠在后期與岸上段順利對(duì)接。

（3）準(zhǔn)確測(cè)量預(yù)留大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架跨河凈空與大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝長(zhǎng)度關(guān)系，確定骨架修切量。

（4）系梁水平拉桿應(yīng)在吊裝之前安裝在大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架系梁骨架上，跟從大跨骨架一同起吊，待拼裝成形的半跨骨架整體吊裝合龍就位立即拉桿帶緊。

（5）大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝吊點(diǎn)應(yīng)采用軟件空間準(zhǔn)確模擬計(jì)算，確保起吊后角度和變形控制在要求的范圍內(nèi)。

（6）由于拱肋吊裝時(shí)結(jié)構(gòu)處于連續(xù)加懸臂結(jié)構(gòu)，改變了拱肋的受力狀態(tài)，因此吊裝過程中盡可能不要附載，減小拱肋變形。

5 結(jié)語

戚墅堰大橋主橋于2012年5月10日開始在岸上組裝跨河段拱肋與勁性骨架，2012年6月15號(hào)完成橋位總裝合龍，總工期歷時(shí)36d。拱肋合龍精度為分別為上游拱肋水平偏差8mm、豎向偏差8mm，下游拱肋水平偏差9mm、豎向偏差6 mm。施工過程封航僅5次，封航時(shí)長(zhǎng)均為省級(jí)海事部門可批準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)4h。

實(shí)踐證明，采用“大跨鋼管系桿拱橋半跨骨架拼裝成形整體吊裝合龍技術(shù)”施工跨通航河道的鋼管系桿拱橋，有效縮減了封航次數(shù)，安全、質(zhì)量可控，并且加快了施工速度，降低了施工成本，該技術(shù)較好地解決了通航河道上新建鋼管混凝土系桿拱橋施工對(duì)航道運(yùn)營干擾大的難題，實(shí)現(xiàn)了施工預(yù)制化、拼裝化、機(jī)械化，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 蘇南運(yùn)河三級(jí)航道橋梁工程（常州段）戚墅堰大橋施工圖設(shè)計(jì).

［2］ 蘇南運(yùn)河三級(jí)航道橋梁工程（常州段）戚墅堰大橋主橋施工技術(shù)方案.

［3］ 陳寶春.鋼管混凝土拱橋［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］ 程翔云.世界大跨徑鋼筋混凝土拱橋（續(xù)）［J］.中南公路工程，1991.

［5］ 馮翔林.下承式預(yù)應(yīng)力系桿鋼管混凝土拱橋施工［J］.橋梁建設(shè)，1992.

［6］ 許曉鋒.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.重慶：重慶交通科研設(shè)計(jì)院，2004.