京雄高速公路白沟河特大桥现场施工技术

赵杰

上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200125

1 工程概况

白沟河特大桥为京雄高速河北段主线上跨越白沟河的一座特大景观桥梁。大桥主要跨越白沟河两岸防洪大堤及整个河床，桥梁全长1763m。采用上承式钢箱连拱结构，两侧引桥分别采用40m及30.67m预应力混凝土T梁。

2 结构形式

上部结构为17孔空腹式钢箱连拱，拱圈计算跨径均为91m。其中第9孔桥跨中心为整个连拱对称中心，桥面设计标高为+39.958m，计算矢高最大18m，且由中心向两端逐渐降低至最小7.44m，矢跨比由1/5.06减小至1/12.23，拱轴线均采用圆曲线。主桥理论起拱线均位于同一水平线，设计标高为+19.143m。

主要结构划分为拱脚、拱肋、实腹区拱梁结合段、空腹区钢箱梁。

3 施工流程及方案

钢箱节段在工厂制造完成后，运至现场，钢结构块体运输宽度限制在4.0米以内，高度限制在3.5以内。现场需预留钢梁二次拼装的场地，将运输节段拼装为吊装节段。吊装节段通过起吊设备按相应节段顺序架设至临时支架上（临时吊点和临时支点的位置必须设在纵向腹板和横隔板的交叉处）。调整各节段高程、平面线形及节段间距，确认无误后，进行现场焊接连成整体，再进行外涂装防护。最后在钢梁顶面铺设桥面铺装层，安装伸缩缝等结构工程。

施工总体工艺流程为：

原材料抛涂预处理→零件加工→板单元制作→节段块体制作→预拼装→节段块体涂装 →节段块体运输→吊装单元块体拼接→吊装单元安装及连接→焊缝补涂。

3.1 工厂施工

白沟河特大桥工厂施工在专业钢结构工厂制造，其主要完成所有钢结构的材料采购、技术准备、工装胎架设计、切割下料、板单元制作、运输节段拼装、涂装、运输至桥位预拼车间。充分发挥工厂加工设备先进和施工条件好的优势，实现本项目制造自动化、机械化和车间化。拱脚、拱肋、两端拱梁结合段、合拢段拼接位置各留30～50mm工艺余量。

为确保拱肋架设顺利，接口对接准确，钢拱肋在工厂内要进行预拼装，若发现节段尺寸有误或预拱度不符时，可在工厂内进行尺寸修正，避免在高空调整，减少高空作业难度和加快安装速度，消除现场施工风险。

按照《工程测量规范》三等导线网的技术要求建立钢拱肋测量控制网。平面基准网采用一点一方向建立坐标系，通过车间外测点与车间内坐标系建立联系。所有测点间通视良好，没有遮挡和障碍。

钢拱肋拼装完成后，使用全站仪在测量控制网内对钢拱肋上监控点进行三维坐标采集，钢拱肋块体上设有测量监控点，监控点设置在端口位置。

3.2 桥位布置方案

桥位节段采用龙门吊吊装工艺，龙门吊轨道平行于桥梁中心线，第10～17孔计划分两个作业面吊装，每个作业面配备两台70吨龙门吊，跨度为52米，包含单侧8米宽运输通道，另配置30吨小钩用于梁段的翻转。

3.3 支架设计

每孔拱桥均采用龙门吊分段吊装，由两端向中间对称进行安装，即拱脚、拱肋、两端拱梁结合段、中间拱梁结合段合拢段。除拱脚以外每一个吊装分段均采用两端临时支架支撑。支架顶部预平台安装千斤顶，作为标高调整系统。单孔钢拱桥分段依次安装时，支撑架承受竖向非中心对称荷载以及水平方向的风荷载，因此支撑架承受竖向荷载和倾覆力矩同时作用。

为防止支撑架倾覆，拟采用的主要抗倾覆措施：①尽量加大格构柱子之间距离（拟采用2500mm×2500mm）；②支撑架底部与混凝土基础预埋件采用焊接连接固定；③桥宽方向相邻支撑架之间进行刚性连接，增加支撑架横向整体稳定性；④桥跨方向拱桥分段依次吊装就位后及时进行临时连接，以抵抗桥跨方向倾覆力矩[1]。

4 现场安装

4.1 支架受力工况分析

连续拱桥中，桥中孔矢高最大、重量最大，每孔拱桥的中部支架高度最大，承受拱桥重量荷载最大、承受风荷载最大，因此选择中部支架进行验算。

中部支架受力主要分为以下三个状态：

（1）两端拱梁结合段吊装就位过程中，支架承受分段重量、施工活荷载、可能产生的 冲击荷载以及施工安全允许风速级别对应的风荷载，在上述荷载组合情况下进行工况分析；

（2）合拢段吊装就位过程中，支架承受分段重量、施工活荷载、可能产生的冲击荷载 以及施工安全允许风速级别对应的风荷载；

（3）拱圈焊接完成，且实腹区桥面系安装过程中，支架承受拱桥重量、施工活荷载、可能产生的冲击荷载以及施工安全允许风速级别对应的风荷载。

根据吊装施工安全管理要求，超过五级风（8.0～10.7m/s）禁止吊装，拱桥分段吊装 过程中，拱桥及支架最大承受五级风荷载作用。

支架的结构验算：

1.恒荷载（DL）

作用在支架上的恒荷载DL包括：

a支架自重荷载DL1=g1=180KN

b.拱梁结合段分段的重量荷载DL1=G1/2=490KN

2.施工活荷载（LL）

作用在支架上的施工活荷载包括：

施工均布荷载LL1，包括施工人员、工机具等自重荷载，取2KN/m2

LL1=2KN/m2×2.5m×2.5m=12.5KN

3.风荷载（WL）

吊装过程中最大风力为五级，风速V0范围为8.0～10.7m/s，取大值，即V0=10.7m/s

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

工程现场地面粗糙度为B类，拱桥离地高度20～25m，风压高度变化系数UZ=1.31，

风荷载体型系数Us=1.8，风振βZ=1

风荷载标准值：Wk1=βZ×UZ×Us×W0 =0.17KN/m2

拱梁结合段横向截面承受风荷载合力W1x= Wk1×A1=0.17×（8×2）=2.7KN

支架离地高度约20m，风压高度变化系数UZ=1.23

风荷载体型系数Us=1.9，风振βZ=1

风荷载标准值：Wk2=βZ×UZ×Us×W0=0.16KN/m2

支架自身承受风荷载合力Wgx= Wk2×A2=0.16×25=4KN

4.假定跨径方向冲击荷载

拱桥分段采用龙门吊进行吊装，吊装时分段移动比较缓慢，假定拱桥分段对支架产生冲击荷载ILx，取冲击荷载为拱桥分段重量的5%

ILx= G1/2×5%=490KN/×5%=24.5KN

5.荷载组合

恒荷载的分项系数取1.35，活荷载、冲击荷载、风荷载分项系数取1.4，活荷载组合系数取0.7，风荷载组合系数取0.6

6.支架受力计算

R2=R2’=502KN（支座反力向上，支座及基础受压）

R1=R1’=26.5KN（支座反力向上，支座及基础受压）

Qx=29.6KN （与风力方向相反）

4.2 节段合拢顺序

考虑到龙门吊利用效率，按桥中往两侧安装、间隔合拢的顺序。

4.3 总体安装工艺

钢梁总拼按照“临时支架搭制→拱脚→两侧拱肋→拱梁结合段两侧分段→拱梁结合段合龙段→拱肋系梁→横向慢行系统→空腹区钢箱梁”的顺序，实现立体阶梯式推进，逐段组装与焊接。

下面以典型孔为例进行节段组装顺序说明，具体制作工艺流程如下：

（1）临时支架搭制。场地三通一平，整修施工便道，满足运梁平车行走及龙门吊和履带吊施工要求。搭设钢梁拼装临时支架。复测桥台支座高程，支架标高，以及墩台轴线。

（2）拱脚定位安装。吊装拱脚节段并进行粗定位。利用临时支架上的千斤顶将拱脚精确调整就位，精确定位。浇筑完成后全站仪和经纬仪进行测量，修割端部余量。

拱脚分段吊装前，拱脚内的预埋预应力套管先进行预埋定位，考虑到拱脚分段重量较重，高度较高，定位时为保证拱脚的稳定和便于调节，采用刚性临时支架进行定位，在桥墩的两端各设置一个临时定位支架，确保拱脚定位的稳定和便于调节，拱脚定位时在两个方向采用全站仪和经纬仪进行测量定位，保证定位精度后临时支架固定[2]。

（3）拱肋定位安装。精确调整就位并完成桥上连接。拱脚与拱肋对接口环缝焊接。

（4）拱梁结合段安装。精确调整就位并完成桥上连接。拱梁结合段与拱肋对接口环缝焊接。

（5）横梁安装。先吊装中间拱梁结合段，再吊装两侧横梁，然后吊装两侧拱梁结合段，再吊装中间桥面板单元和悬臂板单元。

（6）拱梁结合段合龙段安装。精确调整就位并完成桥上连接。拱梁结合段与拱肋合拢口环缝焊接。

完成实腹区拱梁结合段合龙。注意拱肋的环形焊缝和拱肋内部加劲肋连接焊缝必须连续施工焊接。

（7）全桥合龙安装。安装空腹区钢箱梁，空腹区钢箱梁梁段利用两台龙门吊抬吊整跨整体起吊安装。

5 现场注意事项

主拱因线形复杂，全部构件需进行平面辗转试拼装，以确保结构的空间尺寸能够吻合。

钢箱节段应单层放置，支点必须位于隔板或腹板下，应尽量使各点受力均匀，不允许出现支点脱空的情况。堆放场地应坚固可靠，不允许堆放地基出现不均匀沉降；梁体与支撑间应设置厚度不小于150mm 的木块。

6 结语

本文分析了上承式钢箱梁连拱结构桥梁的施工特点，设计了相关的技术方案，确保能够促进上承式钢箱梁连拱结构桥梁项目的顺利实施，给中国桥梁建筑行业的发展提供更加可靠的保障[3]。