城市宽幅组合桥面系钢箱系杆拱桥设计与施工关键技术分析

武余波， 何 杰

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

引江济淮工程是一项以城乡供水和发展江淮航运为主，结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境为主要任务的大型跨流域调水工程。工程范围涵盖安徽省12市和河南省2市，涉及面积约7.06万km2，工程估算总投资912.71亿元，总工期72个月。

引江济淮工程在肥西城内利用派河原有河道进行改扩建，原翡翠路桥的桥位处河道宽60 m，老桥为(40+70+40)m连续梁桥，桥面宽32 m。引江济淮航道需要满足净宽110 m、净空10 m的Ⅱ级航道通航要求，需拆除原位复建。

考虑原有道路交通组织及河道开挖与桥梁施工工作面交叉、工期紧。桥梁需满足双向八车道及两侧人非车道要求，桥面宽度需56.6 m，桥面较宽。桥位人口密集，环境及生态、桥梁景观等要求高。

综合技术、工期、经济、美观等综合比选，翡翠路桥采用宽幅组合桥面系钢箱系杆拱桥桥型，如图1所示。

图1 翡翠路桥总体效果

1 系杆拱桥设计

1.1 桥型选取

随着科学技术的发展，生产力水平提高，拱桥的发展无论是从跨越能力、结构形式的组合以及各种新型材料的应用等方面都有了充分的发展[1]。

作为集拱与梁优点于一身的拱梁组合体系的下承式系杆拱桥，充分发挥了梁受弯、拱受压的组合作用。通过张拉系杆索抵消拱肋水平力，使桥墩无须承受水平力；该桥型建筑高度小，在满足通航要求前提下，可最大限度降低桥面标高，缩短桥梁长度，节约工程造价，并且弥补了拱桥对地基要求高和普通桥梁美观性的不足，成为航道上的首选桥型。

新建主桥采用135 m简支钢箱系杆拱桥，全宽56.6 m，整幅设置，双向八车道，两侧人非车道处采用7.5 m大悬臂结构。主梁由三片箱形钢主纵梁与横梁及混凝土桥面板组成，主纵梁箱截面尺寸为1.8 m×2.92 m(中)/2.50 m(边)。主拱采用3片钢箱截面，竖直布置，主拱失高32.75 m，矢跨比1/4，主拱箱截面尺寸为1.8 m×2.5 m，拱轴线为二次抛物线，下部主墩采用矩形墩，承台接群桩基础，如图2所示。

图2 主桥总体布置(单位：cm)

1.2 结构选取

简支系杆拱桥属于无推力的拱桥，外部为静定结构，内部为超次静定结构，按照系杆的受力特点，可分为[2]：

(1)柔性系杆刚性拱。柔性系杆主要用来平衡拱脚水平推力的拉杆，并搁置在吊杆两侧的横梁上(矢跨比f/1=1/4～1/5)。采用高强度低松弛钢丝索外加防护的构造，钢丝索的两端锚固在拱脚与固端横梁固结点处的端表面上。该类拱桥的传力途径是：行车道板——横梁——吊杆——拱肋及柔性系杆——支座——下部结构。

(2)刚性系杆刚性拱。刚性系杆一般设计成预应力混凝土箱形截面或工字形截面的加劲纵梁(矢跨比f/1=1/5～1/6.5)。它与端横梁及中横梁固结，构成平面稳定的框架，在与拱肋及横撑固结后，形成空间稳定体系。此处的刚性系杆为拉弯杆件，并对中横梁具有纵横向的弹性约束作用。

由于该桥在河道开挖前施工，有效施工工期19个月，其中跨越一个汛期，不允许满堂支架施工。

综合考虑结构受力，施工工期及施工方案，本桥采用柔性系杆刚性拱设计，系杆采用钢箱系杆配合系杆索，拱肋采用钢箱拱，如图3所示。

图3 主桥横断面布置(单位：cm)

桥面系采用组合桥面系，该桥面系利用工业化拼装技术，桥面板及钢梁均采用工厂内成型，现场拼装，大幅节约了工期，减少了河道开挖与桥梁施工工作面交叉时间。且组合桥面系建筑高度小，在满足通航要求前提下，可最大限度缩短桥梁长度，节约工程造价，避免了高填方路基，降低了对道路两侧居民的干扰。

1.3 施工流程

系杆拱桥常用施工方法有“先梁后拱”和“先拱后梁”，“先拱后梁”的施工方法也叫无支架施工方法，即先整孔吊装钢制拱肋，再利用钢拱肋吊挂吊杆和横梁，然后现浇桥面板连接段和桥面系结构。该施工工艺适用于航运繁忙地段，成本较高且施工复杂，某些情况下还需要采用临时拉索抵抗拱肋施工过程中的拱脚水平力[3]。

“先梁后拱”的施工方法则与其相反，是先施工纵横梁和桥面系结构，再在桥上搭设支架现场拼接拱肋，待拱肋达到强度后安装并张拉吊杆。该施工工艺经济且易于控制，在不影响航运的情况下，是比较合适的施工方案。

本桥采用先梁后拱的施工方案，支架采用钢管桩少支点支架(支撑体系在充分利用老桥结构承台、桩基基础上，辅以扩大基础)。该方案施工安全、节约成本、设备简单、速度快且工业化程度高，主要施工流程如图4所示。

图4 主桥施工流程图

2 施工关键技术

2.1 桥面板接缝浇筑

主桥桥面板为钢筋混凝土板，分块预制，桥面板主要采用两种尺寸：758 cm×310 cm×26 cm(边板)、575 cm×310 cm×26 cm(中板)，板间通过现浇湿接缝连接，悬臂部分桥面板横向整体预制，拱肋之间桥面板横向分三块预制，纵向分块，预制板采用C50混凝土，现浇湿接缝采用C55补偿收缩混凝土。

两个边系梁中间桥面板横桥向形成一个整体，中系梁位置桥面板截面承受较大的负弯矩作用，易导致桥面板混凝土开裂，因此，在桥面板接缝浇筑顺序上需考虑结构受力要求。

此外，由于主梁为钢混组合截面，混凝土收缩徐变将使桥面板产生拉应力，导致桥面板开裂，降低结构耐久性[4]。为降低混凝土收缩徐变效应，预制板安装前存放6个月。而在桥面板接缝浇筑顺序上需减小湿接缝混凝土收缩徐变影响，如图5所示。

图5 桥面板布置(单位：cm)

综上考虑，桥面板接缝混凝土的浇筑顺序为：

(1)中板与边板纵向隔行交错浇筑横接缝；

(2)浇筑两边拱肋顶面纵接缝；

(3)浇筑中拱肋纵接缝，最后浇筑桥面两端横梁段混凝土，且各个阶段之间保证14 d龄期差。

2.2 系杆索张拉

系杆拱桥张拉系杆，相当于纵桥向施加压力。不仅可以平衡拱肋水平推力，同时可以对钢混组合梁的桥面板施加压力，本桥采用先施工桥面板后张拉系杆工艺[5]。

建立结构分析空间模型，如图6所示，对比桥面板形成整体前与形成整体后张拉系杆的跨中桥面板应力情况，结果见表1。

图6 结构分析空间模型

表1 张拉系杆时跨中桥面板应力情况

2.3 悬臂预压

本桥人非车道采用大悬臂钢横梁结构(悬臂7.5 m)。为改善悬臂部分桥面板受力，悬臂钢梁架设完成后桥面板形成整体前，在大悬臂钢横梁端部施加15 t局部压重；待大悬臂现浇接缝桥面板接缝连接并养护7 d且达到90%强度后拆除压重，此时，悬臂为钢混组合结构。随着局部压重的拆除，悬臂处的组合结构施加一个向上的预压力，有效减少使用过程中大悬臂向下挠曲变形[4]。

3 结束语

城市宽幅组合桥面系钢箱系杆拱桥建筑高度小，工程造价低，施工速度快，景观效果佳，对地基承载力要求低，成为航道上的首选桥型。目前该桥已顺利通车运行，且运行状态良好。

本文针对城市宽幅组合桥面系钢箱系杆拱桥分析了设计阶段结构体系、结构选取、施工流程设计以及施工过程中系杆张拉、桥面板浇筑、悬臂预压等关键技术，可供类似桥梁设计与施工时参考。