竹溪河大桥斜跨钢箱主拱安装施工方案研讨

2021-07-12蔡栋林程琳刚仵彦波

公路交通技术 2021年3期

蔡栋林，程琳刚，仵彦波

(1.中铁大桥局集团第八工程有限公司，重庆 400026；2.中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛 266061)

重庆万福路桥梁工程，线路全长710 m，道路等级为城市主干路，路幅宽度36 m，双向6车道。其中竹溪河大桥全长434.5 m，主桥为(48+114+48)m斜跨钢箱梁拱桥，主桥钢梁为正交异性钢箱梁，桥面标准宽度为32.5 m；主拱拱肋为单箱单室钢拱肋，跨径为131.5 m，与主桥桥轴线斜交，斜交角度为22°；吊索设置在主梁跨中中央隔离带区。人行拱桥位于主桥钢梁桥面下方，为单箱单室钢筋混凝土拱；拱肋跨径为94 m，矢高13.8 m，人行拱桥混凝土拱肋与主桥桥面斜交，斜交角度为22°，与主桥钢拱肋对称布置在主桥钢梁两侧；景观吊索设置在主桥钢梁底面。主桥钢拱拱座与人行拱桥拱座间设置有飘带步道，飘带步道采用现浇混凝土[1]。竹溪河大桥桥型布置如图1所示，效果图如图2所示。

(a)立面

图2 竹溪河大桥效果图

桥位地貌上总体属构造剥蚀丘陵地貌，地形坡度整体较缓，局部有陡坎。基岩主要为强风化带和中等风化带，局部地段有软砂岩分布。桥位区域内有鱼塘、水田零星分布，水量小。大桥跨越的竹溪河为嘉陵江支流，河段河流略呈S形，流向由北向南，河道宽敞，常年河宽约25 m～38 m，流量约80 L/s～120 L/s，常年枯水位253.8 m，百年一遇最高洪水位约265.5 m，不通航。

1 工程特点与难点

1)主拱与主桥钢梁成22°斜交，吊索不在同一竖直平面内，为空间索面，结构新颖，风格独特，施工难度大。

2)主桥钢梁、钢拱肋制造、安装、焊接精度要求高，必须严密组织、规范施工、严格监控，从而保证制造和安装质量。

3)钢拱肋拱脚节段与拱座为钢混结合段，采用PBL剪力键连接，连接处钢结构件、穿插钢筋多，加工与安装精度要求高，控制难。

4)人行拱桥斜跨于主桥钢梁下方，斜交角度为逆时针22°，与拱肋成44°斜交。空中俯视人行拱桥与拱肋成蝶形布置，造型独特、优美，交叉施工干扰大，施工组织难。

2 施工方案

2.1 主桥钢箱梁施工方案

根据本桥结构和现场施工条件，主桥采用先梁后拱[2]的施工方案。主桥钢箱梁加工精度要求高，采用工厂加工制造后再运输至现场拼装的方案。因竹溪河不通航，钢梁、钢拱肋构件及大型吊装设备无法从水路运输，采用公路运输。鉴于公路运输对结构构件长宽的限制，结合设计单位意见，将主桥钢箱梁节段纵桥向分为19个梁段，横桥向分为9块，共计分为171块梁段单元。为减少高空吊装和焊接工作量，在现场预拼场将主桥钢箱梁的梁段单元由横桥向的9块组拼焊接成1个整节段[3]，选择2台120 t龙门吊机，采用抬吊方式进行主桥钢梁的安装。

主桥钢箱梁架设顺序为：1)吊装跨中吊索区梁段；2)对称吊装其他梁段至P4墩、P5墩；3)吊装竹溪河东岸侧剩余梁段；4)吊装竹溪河西岸侧剩余梁段。

在纵桥向根据主桥钢箱梁节段吊装长度布置临时支墩[4-5]，全桥共设置18个，临时支墩布置如图3所示。

单位：cm

2.2 主拱施工方案

主拱先在加工厂划分为小节段加工制造，再陆运至桥位。钢箱拱采用“支架法低位组拼+提升塔整体提升”安装施工方案。

其施工步骤如下：1)在现场预拼场利用龙门吊机将拱脚锚固段和主拱悬臂段钢箱拱小节段组拼成大节段；2)采用支架法安装拱脚锚固段和主拱悬臂段；3)在主桥钢箱梁桥面上利用龙门吊机安装跨中节段拼装支架和提升塔，组拼跨中大节段；4)利用提升塔整体提升跨中节段进行合龙[6-7]。

2.2.1 主拱分段原则及节段划分

主拱分段按照“大节段、少支架、少吊装、快成拱”的原则，减少拱肋支架搭拆和节段高空吊装、焊接的工作量，快速形成拱肋闭合的稳定状态。

主拱为箱型单箱单室截面，由顶板、底板、纵腹板、横隔板和吊索钢锚箱组成。拱肋断面成倒梯形截面，底面宽度为2.6 m，顶板宽度从跨中段3 m变化到拱脚3.43 m，跨中段梁高2.4 m，承台段拱脚梁高5 m。钢拱肋横跨主桥钢梁，与主桥钢梁成22°夹角，采用样条曲线，拱轴线拱肋跨度为131.5 m，拱肋高度为63.5 m。

钢箱主拱加工精度要求高，委托具有钢结构加工制造资质和业绩的专业公司在工厂加工制造，再公路运输至桥位现场拼装。鉴于公路运输对结构构件长宽的限制，结合设计单位意见，将钢主拱分为19个小节段，小节段长度从4.035 m～12 m，宽度范围3 m～3.4 m。小节段运输至桥位后，在现场钢梁预拼场及钢箱梁桥面的临时支架上组装成7个大节段(包含2个拱脚锚固段)。大节段划分示意如图4所示，各节段参数如表1所示。

表1 大节段参数

单位：cm

2.2.2 主拱安装支架与提升塔支架布置

主拱安装支架采用易于搭拆的Φ820 mm×10 mm钢管门式支架拼装，纵横向设置Φ630 mm×8 mm钢管连接系，顶部设置竖向起顶调节装置。主拱安装支架沿主拱投影线布置14组，纵向间距为6 m～9 m，每组2根钢管，按2 m的横向间距对称布置在主拱投影线两侧，桥下布置4组，桥上布置10组。

提升塔采用钢管立柱、钢管连接系、纵横向分配梁、纵向提升装置和横向滑移装置等组成。提升塔布置在主桥钢箱梁桥面上，高为48 m，上下游各布置1座，2座提升塔纵向间距为31 m。提升塔单组钢管立柱纵横向间距为4 m×3 m，采用Φ820 mm×10 mm钢管，纵横向连接系采用Φ630 mm×8 mm钢管。提升塔纵向分配梁采用H型钢设置在钢管立柱顶上，横向分配梁采用贝雷梁。在贝雷梁上设置小分配梁及滑道。滑道上方设置纵向提升装置及横向滑移装置。主桥钢箱梁相应支撑点处征得设计单位同意后进行局部加强，同时利用主桥钢箱梁安装时的临时支墩分散支撑力[8-10]。主拱安装支架和提升塔安装完成后进行验收，采用千斤顶及拉索进行荷载试验。主拱安装支架与提升塔布置如图5所示。

(a)立面

2.2.3 拱脚锚固段安装

拱脚锚固段为主拱与混凝土拱座之间的钢混结合段，包括1#大节段和7#大节段。拱脚锚固段长8.897 m，板厚40 mm，节段重86.2 t，穿过混凝土底座深入承台深度1 m，埋入深度共6.213 m，采用吊装钢箱梁的120 t龙门吊机安装。为保证钢拱肋在架设完成后的垂直精度，设计了专门的定位支架，并在拱脚下缘4个角点位置设置扁形千斤顶，通过千斤顶的升降调整钢拱肋锚固段顶面标高。埋入段钢拱肋壁板及腹板上开Φ60 mm圆孔，穿过Φ20 mm HRB335的钢筋与进入该孔的混凝土一起形成PBL剪力键。圆孔的顶底板基本间距为180 mm，腹板基本间距为150 mm，在竖向上圆孔基本间距200 mm，在埋入段钢拱肋壁板及腹板钢筋纵横向间距中间设置剪力钉，剪力钉与钢筋错开布置与PBL剪力键共同承担钢塔柱与混凝土塔柱间力的传递[11]。为保证埋入段箱内外混凝土的整体性，在钢拱肋锚固箱下半段的壁板及腹板上开有若干个长方孔，以便混凝土能内外流动。混凝土浇筑过程中，安排责任心强、经验丰富的作业人员，确保拱脚锚固段的混凝土振捣密实，并避免振捣时碰触到埋入的拱脚锚固段。

2.2.4 主拱悬臂节段安装

主拱悬臂节段包括2#、3#、5#和6#大节段，其中2#、6#大节段吊重为114.7 t，3#、5#大节段吊重为137.4 t，均采用龙门吊机吊装，支架法架设[12]。主拱小节段运输至桥位后，先在预拼场采用龙门吊机组装焊接成4个大节段，组装时使用专用胎架，按主拱拱肋线性设置胎架线性。再采用2台120 t龙门吊机抬吊，左右对称依次安装2#、6#、3#和5#大节段。2台龙门吊机抬吊前先进行试吊，试吊成功后指定专人对两机进行统一指挥，使两者互相配合，动作协调。在整个吊装过程中，2台龙门吊机的吊钩滑车组，都应该基本保持垂直状态，吊机起升、行走速度一致、平稳、均衡。每节钢箱拱吊装到位后，精确调整钢箱拱姿态、线形和标高，确认满足设计要求后及时焊接环向焊缝，完成节段连接，采取设置挡块等措施约束已安装主拱节段的位移。

2.2.5 主拱跨中节段整体提升安装

主拱跨中节段为4#大节段，由7个小节段组成，采用龙门吊机在主桥钢箱梁桥面支架上低位组拼而成。组拼成的跨中整体节段，拱肋轴线长59.152 m，节段重214.4 t，利用桥面上已搭设的2座提升塔整体提升，提升高度29.5 m[13-14]。为克服吊装时跨中节段向外分开，在跨中节段底脚设置对拉钢绞线以平衡张力[15]。跨中节段提升过程中为避开与已安装节段的位置冲突，在桥面低位组拼时就绕拱肋投影中心线中点逆时针旋转8°，跨中节段组拼成整体后用提升塔吊起，绕过已安装节段后再采用横向滑移装置顺时针旋转8°，调整至拱肋中心线正上方后下放合龙，及时焊接环向焊缝。施工过程中采取千斤顶对拉或挂设风缆等措施约束跨中节段的偏转。施工临时支架、提升塔在主拱与主梁合龙后张拉完吊索后拆除。主拱跨中节段整体提升安装示意如图6所示。