鸭绿江界河公路大桥主桥最大双悬臂施工临时墩应用分析

吴宏业

（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166）

鸭绿江界河公路大桥主桥最大双悬臂施工临时墩应用分析

吴宏业

（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166）

本文首先分析了大跨度斜拉桥临时墩的设置目的，并调研国内主要大跨度斜拉桥临时墩的设置情况。结合中朝鸭绿江界河公路大桥的结构特点讨论了大桥临时墩的设计原则，并对鸭绿江界河公路大桥进行了临时墩设置有限元模拟分析，确定了临时墩需承受的拉压荷载，指导了本桥的监控与施工。

斜拉桥；临时墩；悬臂施工

1 工程概况

鸭绿江界河公路大桥长3026m，主桥总体布置如图1所示，主桥采用主跨636m的钢箱梁斜拉桥。大桥跨越鸭绿江，建成后将成为中朝两国的陆路口岸通道，是我国目前最大的界河桥梁。

本桥孔布置 （86+229+636+229+86）m， 为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，连续半漂浮体系。主梁采用正交异性钢桥面板扁平钢箱梁结构，主梁横断面布置如图2所示。梁高3.5m，宽33.5m。H型索塔，高194.6m，采用箱形变截面，塔底截面尺寸10.0×7.0m，塔顶截面7.0×5.0m，基础采用40根直径2.5m的钻孔桩基础。辅助墩及过渡墩采用箱型墩，承台底面设置10根直径2.5m的钻孔桩。斜拉索为高强平行钢丝斜拉索，扇形布置，主梁上的标准索距16.0m，全桥共4×19对斜拉索，分别为PES7-121～PES7-253等5种类型。根据现场条件，主桥的施工方案为：中方侧梁段采用桥面吊机架设，对称悬臂拼装；朝方侧江侧梁段采用桥面吊机架设，岸侧采用支架施工。

2 临时墩设置的机理及原则

由于吊装无法做到同步，在大跨径斜拉桥悬臂施工过程中，双悬臂的两侧梁段会存在一定的吊装时间差，且由于节段截面构造尺寸较大，重量相对较重，这种工况就会产生较大的临时性不平衡荷载，带来较大的不平衡弯矩，施工方案示意图如图3所示。该不平衡弯矩需要由塔梁临时固结措施来抵抗，进而传递给塔柱及基础。值得注意的是，当双悬臂状态达到一定长度 （通常指悬臂长度达150m以上时），这种不平衡施工荷载将对索塔尤其是塔根部产生巨大的倾覆力矩，如果出现意外落梁情况及横桥向强风等非正常荷载时，就可能会导致索塔结构受损，严重的会导致安全事故。因此当双悬臂较大或施工环境恶劣时，在施工过程中一般在边跨适当位置设置临时墩。主梁架设时，将主梁与临时墩进行临时锚固，起着竖向或横桥向的约束作用，如果出现意外落梁或横桥向强风，临时墩将有效改善塔梁的受力状况。

图3 施工方案示意图 （单位：m）

3 中朝鸭绿江界河公路大桥考虑的不平衡荷载

3.1 目前国内同类桥梁设置情况

国内已经建成或在建的主跨600m以上钢箱梁斜拉桥主梁施工的最大双悬臂长度设置情况统计见表1所示。

表1 国内主跨600m以上钢箱梁斜拉桥的主梁最大双悬臂长度统计

从表1统计情况可以看出，国内跨度在600m以上的钢箱梁斜拉桥在施工中多数采用设置临时墩的方式减小最大双悬臂长度，主梁最大双悬臂长度均小于160m。施工期计算偏载安全系数以1.3或2.0为主。

3.2 本桥已采用的临时锚固措施

目前鸭绿江大桥设计采用了两种塔梁临时固定措施，第一种为纵向临时拉索如图4所示，设置位置与阻尼器相同，主要目的是为了抵抗不平衡弯矩及水平荷载；第二种为纵向限位器如图5所示，焊接在钢箱梁腹板外侧，靠近索塔塔柱设置，主要目的是为了抵抗不平衡水平扭矩。

图4 临时拉索布置图

图5 纵向限位器布置图

3.3 本桥采用的施工期计算偏载安全系数及荷载工况计算

主要计算以下竖向不平衡力荷载： （最大双悬臂工况竖向不平衡力按照 “一个节段意外落梁冲击力+横向风荷载引起的竖向升举力”考虑。）

（1）落梁冲击力

《公路斜拉桥设计细则》 （JTG/T D65-01-2007）并未对落梁的冲击系数提出具体要求，而《公路斜拉桥设计规范 （试行）》 （JTJ027-96），对于悬臂拼装的结构，要乘以落梁冲击系数2.0，但此设计规范已随着设计细则的实施而作废。因而经综合比较，在鸭绿江界河公路大桥设计中，设计采用的钢箱梁悬臂拼装施工阶段不平衡荷载工况为：一个拼装梁段 （意外落梁）重量的1.3倍 （含冲击力）+横向风的升举力。

（2）向风荷载产生的竖向升举力

斜拉桥钢箱主梁的风荷载竖向升举力P计算如下：

式中：CL—升举系数，依规范本桥取0.35；V—设计风速，本桥主桥高度处设计风速为32.5m/s。施工阶段风速重现期按20年考虑，风速重现期系数η=0.88；S—阵风系数，本桥岸侧取1.61；b—箱梁宽度，本桥箱宽为33.5m；

计算结果为，岸侧升举力P1=15.5kN/m，江测升举力P2=0.5·P1=7.75kN/m。

4 本桥理论仿真计算及结果

采用Midas Civil程序建立了本桥有限元杆系模型，如图6所示。全桥离散为510个梁单元，152个受拉索单元。

边界条件为：

（1）索塔底部固结。钢箱梁与下横梁约束竖向位移，与塔柱约束横向和转动位移。

（2）辅助墩处约束竖向位移。

（3）过渡墩处约束竖向和横向位移。

（4）临时墩处约束竖向位移。

图6 鸭绿江大桥主桥计算模型

经计算当钢箱梁A12/J12梁段安装完毕，悬臂端A13/J13梁段意外落梁为最不利工况。对应的是A7号斜拉索位置。因此考虑鸭绿江大桥在边跨A7号斜拉索梁端锚点里程处 （距索塔中心117m）设置临时支墩，其墩顶支反力计算结果见表2。表中支反力为正值时，表示墩顶需要受压；支反力为负值时，表示墩顶需要抗拔。

表2 主梁临时支墩墩顶支反力计算结果 （单位：kN）

在主梁最大双悬臂 （辅助墩合龙前）、和最大单悬臂 （中跨合龙前）等特殊工况下，临时支墩的最大正反力为4800kN（受压，↑），最大负反力为-3050kN （抗拔，↓）。

5 鸭绿江界河公路大桥临时墩结构布置型式

作为临时性工程，临时墩的设置原则是安全、经济、有效。本桥临时墩施工过程中主要承受塔梁不平衡拉压荷载。安装过程中首先需承受钢箱节段的自重荷载，待吊装该梁段后，将钢梁与临时墩临时锚固。在边跨合龙后，为避免过渡墩两侧出现挑扁担的受力形式，双悬臂体系转化为单悬臂体系，同时解除临时约束。

本桥的临时墩由钢管桩、钢立柱、上下平联、斜撑、支撑梁、锚固梁等组成，布置图见图7所示。锚固梁上端设置吊耳与桥面钢箱梁连接。采用打入钢管桩基础，在最低水位以上焊接钢管平联形成框架墩，再将框架墩垂直向上延伸，形成临时墩结构。临时墩下部结构为Ф820×10的钢管桩，桩间采用Ф426×8的钢管作平联，2I25a的型钢作斜撑，上设5I56a支撑梁。上部结构为Ф820×10的钢立柱，Ф426×8的钢管作平联，2I25a作为斜撑。

图7 临时墩立面布置图

6 结论

通过对鸭绿江界河公路大桥临时墩设计的讨论可以得出以下结论：

（1）主梁临时支墩拟设在边跨A7斜拉索梁端锚点的钢箱梁横隔板处 （距离索塔中心117m）。

（2）在主梁原最大双悬臂 （辅助墩合龙前）、和最大单悬臂 （中跨合龙前）等特殊工况下，临时支墩墩顶的最大正反力为4800kN（受压，↑），最大负反力为-3050kN （抗拔，↓）。

（3）在正常施工过程中，可要求岸侧 （边跨侧）的梁段首先起吊，待稳定后方进行江侧 （中跨侧）梁段的起吊，可有效避免临时墩承受过大的拉力荷载，方便临时墩的设计。

（4）在主梁悬臂架设过程中，辅助墩和过渡墩支座未出现负反力。过渡墩支座在个别工况下正反力较小，为了防止支座出现负反力，在过渡墩合龙后，将解除临时墩约束。

［1］刘士林，王似舜.斜拉桥设计 ［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］上海长江隧桥B5标中交二航局项目经理部及成都合众桥梁科技有限公司.上海长江大桥临时结构反力计算 ［Z］.2006.

［3］上海长江隧桥B5标中交二航局项目经理部.上海长江大桥钢箱梁安装方案 ［Z］.2007

［4］李宗平.上海长江大桥主桥临时墩设计及施工技术研究［J］ .桥梁建设， 2008 （04）： 70-73.

Application Analysis of the Largest Double Cantilever Construction Temporary Pier of the Main Bridge of Yalu Boundary River Bridge

WU Hong-ye

In this paper,the purpose of setting temporary pier of long-span cable-stayed bridge is analyzed and the setting of temporary pier of the main long-span cable-stayed bridge is investigated in China.Combining with the characteristics of the structure of the Yalu river border highway bridge,the design principle of temporary pier is discussed,the finite element simulation analysis of temporary pier of the Yalu river highway bridge is set up to determine the temporary pier under tension and compression loads so as to guide the monitoring and construction of this bridge.

cable-stayed bridge,temporary pier,cantilever construction

U445.4

A

1008-3812（2017）06-001-04

2017-09-29

吴宏业 （1981— ），男，黑龙江省绥化市人，工学硕士，高级工程师。研究方向：现代桥梁理论与设计，桥梁养护与检测。