莊斌

（上海松江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)建設(shè)集團(tuán)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(jìng)爭(zhēng)力明顯下降，制約了其推廣與發(fā)展。然而，懸臂施工法在成橋前后各受力狀態(tài)存在差異，需要進(jìn)行系統(tǒng)過(guò)渡，不可避免地會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)，因而其經(jīng)濟(jì)性并不理想[1]。同時(shí)，在施工過(guò)程中的高風(fēng)險(xiǎn)性也表明了工程的安全隱患；近年來(lái)連續(xù)發(fā)生的多起橋梁倒塌事故，從另一個(gè)角度證明了危險(xiǎn)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(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，但卻需要大量的鋼筋，而采用下承式鋼拱橋架設(shè)施工則可以很好的解決上述問(wèn)題。因此，本文通過(guò)實(shí)際的工程案例，重點(diǎn)分析跨越河道下承式鋼拱橋架設(shè)施工技術(shù)及其具體的應(yīng)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(jié)構(gòu)為105m 的簡(jiǎn)支下承式鋼拱橋，兩側(cè)引橋采用預(yù)制簡(jiǎn)支小箱梁結(jié)構(gòu)，共計(jì)14 跨?？鐝讲贾脼?0m×8+24m、30m×5，主橋全長(zhǎng)為519m。單幅布置，主橋?qū)?0.5m，引橋?qū)?1m。

2 工程重難點(diǎn)

該跨河橋主跨施工的重難點(diǎn)分析如下[3]。

（1）油墩港為通航河道，在主橋架設(shè)施工過(guò)程中需占用航道，水上交通組織難度高，協(xié)調(diào)壓力大。

（2）主橋施工過(guò)程中；需保障船舶航行安全和施工作業(yè)兩不誤，通航安全管理嚴(yán)。

（3）水上作業(yè)，環(huán)保及文明施工要求高。

3 橋梁設(shè)計(jì)概況

鋼拱橋由主拱肋、拱梁結(jié)合段、系縱梁、端橫梁、中橫梁、風(fēng)撐等構(gòu)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(shè)25～30cm 厚的預(yù)制橋面板；主拱肋與系梁之間通過(guò)吊桿進(jìn)行連接，全橋共設(shè)17 對(duì)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(jié)合段頂板、底板厚25mm，腹板厚25mm。兩片主拱肋之間設(shè)置4 道一字風(fēng)撐，風(fēng)撐為箱梁形式；兩拱梁結(jié)合段之間設(shè)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(jié)合段之間設(shè)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(jié)合段。頂板、底板、腹板厚度均為25mm。

（6）一字型風(fēng)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(hù)層拉索吊桿。

（8）主拱橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重量約2339t；材質(zhì)Q345qD。

4 設(shè)備選型

根據(jù)該鋼橋的安裝位置環(huán)境，既要考慮到構(gòu)件分段的運(yùn)輸，又要兼顧剛拱橋施工安裝的可行性。經(jīng)綜合考慮后，對(duì)鋼拱橋采取分段構(gòu)件加工、運(yùn)輸、吊裝就位安裝的施工方案。

根據(jù)該鋼拱橋的分段參數(shù)，擬選選用2 艘110t 級(jí)的浮吊來(lái)實(shí)施該鋼拱橋分段構(gòu)件的吊裝施工[4]。

5 鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方案

5.1 運(yùn)輸方式

拱肋節(jié)段構(gòu)件重29~113t，橋面組合節(jié)段構(gòu)件重27~152t。根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及吊裝方式，鋼構(gòu)件分段擬采用的運(yùn)輸方式為水路運(yùn)輸。

5.2 運(yùn)輸路線

鋼構(gòu)件由南通基地制作，場(chǎng)內(nèi)碼頭裝船。船運(yùn)路線：南通基地長(zhǎng)江碼頭→沿長(zhǎng)江往吳淞口方向行駛途經(jīng)蘇通大橋南下→行至吳淞碼頭拐入黃浦江→途經(jīng)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(jìn)入油墩港→北上直行至施工現(xiàn)場(chǎng)。

5.3 裝運(yùn)作業(yè)程序

（1）構(gòu)件運(yùn)載前，向海事有關(guān)部門(mén)辦妥一切相關(guān)的手續(xù)。

（2）構(gòu)件分段裝船后，兩側(cè)前后用鐵鏈或鋼絲繩進(jìn)行捆扎、緊固，在與構(gòu)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(shè)警示繩，懸掛示寬燈[5]。

（3）運(yùn)載過(guò)程中，嚴(yán)格按規(guī)定的時(shí)間和路線進(jìn)行。

6 鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)措施

鋼拱橋分段構(gòu)件在吊裝就位作業(yè)過(guò)程中，基本上實(shí)施河道全封航措施，確保施工安全。施工工藝采用岸上設(shè)臨時(shí)支架，先拱后梁的方式進(jìn)行建設(shè)。

6.1 吊裝施工原則

（1）為保證先拱后橋?yàn)榘惭b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(yù)拼裝，拆裝前做好預(yù)拼裝的基準(zhǔn)線，標(biāo)記、編號(hào)及裝配的臨時(shí)靠山詳細(xì)標(biāo)明，保證安裝精度，確保拱肋、主跨鋼箱梁在吊桿位置的準(zhǔn)確性。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件，明確拱梁結(jié)合段、端橫梁、拱肋段等各分段構(gòu)件吊裝順序和進(jìn)場(chǎng)方向，并確定分段構(gòu)件出廠裝船的方向。

（3）施工過(guò)程中的測(cè)量定位，采取安裝位置角度測(cè)距和地面放線垂準(zhǔn)同步控制。

（4）浮吊吊裝作業(yè)區(qū)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(jié)合段（僅做一個(gè)構(gòu)件的典型工況）

拱梁結(jié)合段吊裝定位后，兩端及時(shí)加以固定，底部用型鋼撐實(shí)，并焊接。

6.2.2 吊裝系梁過(guò)度組合段

系梁過(guò)渡段吊裝就位后，及時(shí)設(shè)置近河岸的下支架斜撐。

臨時(shí)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(shí)斜撐在系梁過(guò)渡段定位安裝完畢后，即可進(jìn)行安裝；上臨時(shí)斜撐在邊拱分段定位安裝后進(jìn)行。

6.2.3 吊裝拱肋分段GL1

邊拱肋吊裝定位后，頂?shù)装逄幰怨S設(shè)置的固定板螺栓緊固連接，同時(shí)在兩側(cè)腹板（近頂?shù)装逄帲┦┖?，每處施焊長(zhǎng)度30cm，支架處墊實(shí)臨時(shí)固定后，方可松鉤。

6.2.4 設(shè)置臨時(shí)水平拉索（初張拉）

先設(shè)吊裝側(cè)的（另側(cè)暫緩設(shè)置，待吊裝前再設(shè)置）

鋼拱橋的鋼結(jié)構(gòu)吊裝分段計(jì)劃、節(jié)段安裝順序及相關(guān)施工步驟，已經(jīng)設(shè)計(jì)及監(jiān)控單位復(fù)核確認(rèn)；臨時(shí)水平索的張拉按設(shè)計(jì)要求，分3 次張拉：第一次初張拉數(shù)值約700kN，第二次張拉數(shù)值約1700kN，第三次張拉數(shù)值約2500kN。這個(gè)數(shù)值在施工過(guò)程中可能會(huì)有調(diào)整，具體須根據(jù)監(jiān)控單位給出的準(zhǔn)確數(shù)值進(jìn)行張拉。

臨時(shí)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(jié)合段、邊拱分段及橋面組合梁過(guò)渡段安裝完成后，進(jìn)行第一次張拉。在完成了拱肋合攏段、風(fēng)撐及橋面組合段1、2 的安裝后，進(jìn)行第二次張拉。在完成了橋面組合梁3、4、5 安裝后，進(jìn)行第三次張拉。在臨時(shí)水平索的三次張拉過(guò)程中，嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單位的指令進(jìn)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(jié)合段的施工縫必須焊接完畢。由于河岸邊沒(méi)有中拱分段卸船擺放的場(chǎng)地，故只能在運(yùn)輸船上翻身、起吊。兩艘浮吊各設(shè)置兩個(gè)吊鉤，靠近拱肋中點(diǎn)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?gòu)?fù)述[6]。

合攏段卸載前，預(yù)張拉臨時(shí)水平索至監(jiān)控?cái)?shù)值且拱肋兩端與邊拱肋的施工縫焊接總長(zhǎng)度需達(dá)到2.4m。

6.2.6 張拉臨時(shí)系桿水平索

張拉臨時(shí)系桿水平索至設(shè)定數(shù)值（張拉數(shù)值由設(shè)計(jì)或監(jiān)控單位提供），拆卸梁上臨時(shí)支架、安裝拱肋吊桿。

6.2.7 系主梁對(duì)接

實(shí)施橋面組合節(jié)段的系主梁對(duì)接作業(yè)；按設(shè)計(jì)要求調(diào)整吊桿索力值。

6.2.8 體系轉(zhuǎn)換

移除臨時(shí)系桿水平索，完成體系轉(zhuǎn)換，拆除地面臨時(shí)支架，鋼箱拱橋吊裝完成。

在臨時(shí)水平索第二次張拉后，在監(jiān)控的指令下即可拆卸拱肋臨時(shí)內(nèi)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(jiān)控的指令，再行拆卸整個(gè)型鋼支撐座。③拆卸臨時(shí)支架。

要求：①切割操作人員在實(shí)施切割操作過(guò)程中要時(shí)刻與監(jiān)控保持聯(lián)系，并聽(tīng)從監(jiān)控的指令。②在切割整個(gè)型鋼支撐座前，必須再次聯(lián)系監(jiān)控，確認(rèn)是否實(shí)施切割拆卸作業(yè)。

6.3 吊索選型及驗(yàn)算

6.3.1 組合橋面節(jié)段吊裝吊索受力計(jì)算

設(shè)吊索的吊裝角為60°，吊耳4 個(gè)，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(jì)算

吊索的吊裝角按T1 記取，吊耳4 個(gè)，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(jì)算

吊索的吊裝角按T1 記取，吊耳4 個(gè)，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(yàn)算

6.4.1 A-20 吊耳承載力計(jì)算

吊耳承載力計(jì)算如圖1 所示。

圖1 吊耳承載力計(jì)算

（1）拉應(yīng)力計(jì)算。根據(jù)圖1，拉應(yīng)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(yīng)力計(jì)算。局部擠壓應(yīng)力的最不利位置在吊耳與銷軸的結(jié)合處。

20t 級(jí)吊耳考慮配備25t 的美標(biāo)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(jì)算

（1）拉應(yīng)力計(jì)算。根據(jù)圖1，拉應(yīng)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(yīng)力計(jì)算。根據(jù)圖1，剪應(yīng)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(yīng)力計(jì)算。局部擠壓應(yīng)力的最不利位置在吊耳與銷軸的結(jié)合處。

30t 級(jí)吊耳考慮配備35t 的美標(biāo)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(jié)論：吊、索具安全性符合規(guī)范要求。

7 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)該下承式鋼拱橋架設(shè)步驟進(jìn)行介紹，并經(jīng)過(guò)相關(guān)受力計(jì)算分析結(jié)果可知該架設(shè)方案滿足施工安全、技術(shù)方面的相關(guān)規(guī)定。至目前，該鋼拱橋在水務(wù)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(yàn)收。此方法可為以后類似的工程施工提供借鑒。