大跨度半自锚式斜拉桥梁的设计与施工

袁 鼎 张祥祺

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

随着社会发展的进步，人们对桥梁的要求，除了满足使用功能外，对景观也提出了新的要求[1-4]。桥梁跨度的不断增大，使桥梁工程在工程材料、结构形式、受力体系、外观等方面也有着不断的变化。根据上海市《黄浦江两岸地区公共空间建设三年行动计划（2015—2017年）》的要求，2017年开始了黄浦江东岸21 km贯通工程。

本工程名称为“黄浦江东岸滨江公共空间贯通开放——园桥新建工程”，工程地理位置位于洋泾港、白莲泾、倪家浜、川杨河4条河流汇入黄浦江入河口处，为黄浦江东岸21 km沿线的4处断点，工程的目标为将这4处断点，通过架设景观园桥，变成4处亮点。4座园桥结合漫步、跑步、骑行功能，为市民游览、欣赏黄浦江提供一个绝佳的地点。

本工程涉及的4座园桥——洋泾港园桥、白莲泾园桥、倪家浜园桥及川杨河园桥中（表1），从工程体量、桥梁跨度、施工难度等方面进行对比，其中川杨河园桥无疑是最具有挑战性的一座桥梁。

从表1中可以看出，川杨河园桥（图1）的体量是最大的，且结构形式也是最特殊的。

表1 新建园桥项目各桥结构形式及质量

图1 川杨河园桥效果图

1 现有常用斜拉索桥梁锚碇体系

一般斜拉索桥梁的主要承重构件主缆都锚固在锚碇上，在少数情况下，为满足特殊的设计要求，也可将主缆直接锚固在加劲梁上，从而取消了庞大的锚碇，变成了自锚式斜拉索桥。

自锚式斜拉索桥梁有以下的优点：

1）不需要修建大体积的锚碇，所以特别适用于地质条件很差的地区。

2）受地形限制小，可结合地形灵活布置，既可做成双塔三跨的悬索桥，也可做成单塔双跨的斜拉索桥。

自锚式斜拉索桥梁在中小跨径桥梁中是很有竞争力的方案，但也不可避免地有其自身的缺点：

1）由于主缆直接锚固在加劲梁上，梁承受了很大的轴向力，为此需加大梁的截面，对于钢结构的加劲梁则造价明显增加，对于混凝土材料的加劲梁则增加了主梁自重，从而使主缆钢材用量增加，所以采用了这2种材料的跨径都会受到限制。

2）施工步骤受到了限制，必须在加劲梁、桥塔做好之后再吊装主缆、安装吊索，因此需要搭建大量的临时支架以安装加劲梁。所以自锚式悬索桥若跨径增大，其额外的施工费用就会增多。

3）锚固区局部受力复杂。

4）相对地锚式悬索桥而言，由于主缆非线性的影响，使得吊杆张拉时的施工控制更加复杂。

2 半自锚式斜拉桥梁结构体系

本工程中的川杨河园桥所处地理位置为川杨河汇入黄浦江入河口，川杨河作为浦东新区主要船只运输河道，船流量大，且入河口处设有一海事检查点，大量船只需要停靠在趸船边接受检查。故在这种情况下，为了不对过往船只造成影响，并在建成后的使用中保证桥梁的安全性，川杨河园桥设计为单跨过河，主桥跨径为165 m，桥宽为8～10 m的半自锚式斜拉索桥梁（图2）。

图2 川杨河园桥主桥及基础示意

半自锚式斜拉索桥梁结构形式，是在自锚式斜拉索桥梁结构的基础上，保留其优点，并有效改良其缺点而形成的结构形式。它不同于将锚碇设置在钢结构桥梁上的自锚式桥梁结构，也不同于将锚碇独立设置在桥梁体系以外的地锚式桥梁结构，而是将斜拉索锚固端设置在桥墩上，斜拉索张拉端设置在桥梁主体钢结构A塔上。整个桥梁基础既作为斜拉索固定端，也作为桥梁竖向承重结构。

3 半自锚式斜拉桥梁施工工艺

3.1 施工技术路线及总体吊装方案

设计及施工方案阶段须对主桥吊装分段进行综合考虑：跨中段的分段长度应满足航道允许留设的临时通航孔净宽要求；边跨段分段主要考虑浮吊起重半径和起重能力；按上述原则拟定分段位置后，各分段在每个施工步骤下的自身稳定性及结构安全性。

综上考虑，最终确定将主桥分为5段，考虑到工期紧迫，将运输方案定为大件水上运输至桥位附近码头，浮吊整体吊装就位。

3.2 工程前期施工准备

3.2.1 相关手续办理

在施工前期准备阶段，由于川杨河园桥为跨河自然桥，且施工技术路线确定需要在河中设置2处临时水中支墩，根据《中华人民共和国水上水下施工作业通航安全管理规定》以及相关规定的要求，必须完成《通航安全评估报告》的专家评审会议，并且办理《水上水下施工作业许可证》。

3.2.2 主要措施结构施工

根据川杨河园桥施工技术路线，需要在河中搭设2处临时桥墩及南北两岸各搭设1处临时桥墩，共计4处（图3）。在每处临时桥墩顶部设置4个100 t千斤顶，共计16个，为桥梁架设完成后标高调整及卸载做好准备工作。

图3 川杨河临时支墩布置（南岸）

本工程中，混凝土桥墩距离一级防汛墙最近处仅8.5 m，在该范围内需要搭设岸上临时支墩，对该范围（约100 m2）采用50 cm碎石、10 cm黄沙进行加固，并铺设路基箱进行压力扩散。

临时支撑采用5块路基箱作为基础，面积为75 m2，4根15 m钢箱梁作为压力传递构件，4根φ1 000 mm钢立柱作为竖向支撑，4根φ609 mm短柱作为支撑短柱，若干角钢作为斜向支撑（图4、图5）。

图4 岸上临时支墩立面

图5 岸上临时支墩侧视

在大跨度钢结构桥梁施工过程中，如何在交通繁忙的航运主干道上既满足施工安全、质量及进度的要求，又不影响航道的正常通航，是最突出的矛盾点。水中临时桥墩可以很好地平衡两者之间的关系。通过在水中避开主航道区域，利用浮吊挂振动锤打设钢管桩，桩顶通过箱梁及临时支座起到临时支点作用，并可兼作施工操作平台。

3.2.3 河道疏浚工作

本桥梁采用水上浮吊吊装作业，分为2部分：第1部分为跨河主梁吊装；第2部分为引桥水上运输至现场，由浮吊船起吊至岸上，交由汽车吊进行吊装工作。因此在施工准备阶段，须由勘察单位配合，对浮吊作业范围、运输船停靠范围进行河道及岸边下部疏浚工作。

由于川杨河南岸为国际友好城市公园，并非船只专用码头，故为了减少清淤工作量，项目部提前查阅历年潮水资料，确定在吊装作业当日的高潮位进行吊装工作。

3.2.4 相关单位协调工作

川杨河园桥位于川杨河汇入黄浦江河口，上游建有一杨思水闸。川杨河作为浦东新区货船运输主力航道，每日通航船只较多。故项目部将确定的施工日期提前报备杨思海事所，确定浮吊施工作业时间，航道全封闭，并提前做出公告，减少对往来船只的影响。在浮吊施工期间，闸门封闭6 h，确保施工时的安全性。

吊装浮吊船采用700 t非自航起重船（秦航工66），施工时需要在浮吊船四周设置5处临时锚固点固定船身，其中2处锚固点需要设置在黄浦江内。项目部提前和海事所沟通，作业时对黄浦江进行半航道封闭。

每日水上吊装作业时间有限，且采用吊装作业的船只较多，故需要寻找一码头，在非作业时间供施工船只及运输船临时停靠。经项目部实地走访，发现川杨河北岸为原耀皮码头，码头结构完好，归于申江集团管理。经过项目部多次沟通，申江集团同意将该码头借予项目部临时使用（图6）。

图6 施工船舶停靠位置示意

3.3 川杨河园桥主桥水上吊装施工

川杨河园桥主桥水上吊装施工主要流程为：驳船就 位→吊装期间川杨河封航→杨思水闸内及浮吊船上游两侧各100 m处设警戒船监护，并提醒黄浦江东侧航行船舶减速慢行→临时停泊区1、2泊位禁止停泊→浮吊船头设手拉葫芦，与钢箱梁连接，以便最后微调整钢箱梁角度→前锚采用临时锚点或者固定锚点，后锚采用军舰锚。

3.4 预应力斜拉索施工

川杨河园桥主桥两侧各设置6根预应力拉索，共计12根。对张拉全过程实行专业监理和项目工程师旁站跟踪制度，严格按照已审批方案进行施工。

安装预应力拉索时，采用对称安装，即南北两岸拉索同时进行安装。先安装下部锚固端，再使用汽车吊配合卷扬机将上部锁头与钢结构桥梁进行连接。

张拉预应力拉索时，将12根拉索分为3组。张拉过程共分为2次，第1次张拉分为5个阶段，第2次张拉根据监测单位测量数据进行补张拉工作。

第1次张拉：钢结构主桥吊装完成，但河中临时支撑未拆除。

第2次张拉：钢结构主桥吊装完成，且河中临时支撑拆除完毕。

通过监测采集器得到数据后，对测量后发现与设计要求张拉力存在较大差距的拉索进行补张拉工作。

3.5 桥梁整体线形调整

针对川杨河桥主桥为矮塔斜拉钢桁架结构，165 m一跨过河，用钢量逾1 700 t的特点，在前期准备阶段，对临时支墩施工时做出预抛高的对策。水中临时支墩标高提高50 mm，岸上临时支墩标高提高40 mm。在主桥桥梁架设完成后，在桥梁上设置13处标高控制点（图7）。

图7 标高控制点布置

在测量期间，1号标高控制点与设计值对比，发现低了22 mm，立即安排施工人员使用临时支墩上预安装的100 t千斤顶进行顶升工作，将其向上顶高25 mm。

经过数日的观测，桥梁整体线形稳定，过渡平缓，并满足设计及规范要求，达到了预定的目标。

4 结语

大跨度半自锚式斜拉桥梁设计与施工技术在川杨河园桥桥梁工程中成功实施，且目前反响良好。通过本工程的建造，可为以后的大型人行跨河园桥工程提供参考，也可为特殊环境、复杂工况下的桥梁施工提供解决方案。

[1] 徐志学.大跨径公路斜拉桥钢箱梁施工技术分析[J].交通世界,2019 (20):136-137.

[2] 崔娟.大跨度悬挑预应力结构稳定性分析及关键节点受力性能研 究[D].北京:北京交通大学,2009.

[3] 程刚,周剑,刘钊.节段预制拼装连续刚构桥合龙方案研究[J].世界 桥梁,2013(5):72-75.

[4] 余梦.桥梁墩顶起始段钢管支架反力点预压施工技术[J].安徽建筑, 2019(7):87-88.