大跨度下承式钢结构系杆拱桥的施工

宋胜录

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工四建集团有限公司 上海 201103

下承式系杆钢结构拱桥相对于其他类型拱桥，具有无推力或小推力结构的特点[1]，在设计时可以设置为单跨简支结构，从而大大提高了结构的适应性。在一定跨径范围内其与自锚式悬索桥、斜拉桥、大跨连续梁桥等桥型相比，能够节省主桥规模、相应减少主桥工程造价[2-3]，特别是针对跨径200 m左右的桥型具有较好的经济价值。拱桥造型优美，具有很好的桥梁美学价值，特别适合城市桥梁和跨线、跨河桥梁。

本文结合上海市浦星公路跨大治河桥主桥拱桥的施工过程，结合该桥的建造特点，有针对性地对下承式系杆钢结构拱桥的施工技术进行了详细的阐述。

1 工程概况

浦星公路跨大治河桥地处上海市东南部，跨越上海市“一环十射”规划干线航道大治河线航道，为黄浦江进入大治河线航道的第1座上跨桥梁（图1）。浦星公路跨大治河桥主桥为跨径230 m的下承式系杆拱桥，主桥面宽43.4 m。主拱为钢箱提篮式拱肋，拱肋截面采用2.5 m×3.6 m矩形截面，拱轴线为二次抛物线，拱矢高约46 m，拱肋内倾角度12°。系梁为钢-混凝土组合梁，截面采用2.6 m×3.0 m闭口钢箱梁。整个拱肋设置6道风撑，风撑截面为矩形截面。整个拱桥钢结构质量约8 000 t。

图1 主桥效果图

2 施工方案概述

上海市浦星公路跨大治河桥为全焊接下承式钢结构拱桥，该桥的特定条件为：部分主跨位于航道尚未开挖的岸上，部分主跨位于水中但可充分利用老桥基础作为临时支撑。因此根据现场条件及该桥的结构形式较适合采用“先梁后拱”法施工，从而可降低主桥造价，与其他施工方法相比也降低了施工难度与风险。

本桥钢结构主要节段具体吊装安装方法为：拱脚、系梁、横梁及拱肋采用600 t浮吊进行安装，悬臂梁采用160 t浮吊进行吊装安装，预制桥面板（超高性能混凝土板）采用2台130 t汽车吊进行安装。

3 临时支撑结构体系

针对本桥施工采用“先梁后拱”法进行施工，重点需要考虑临时支撑结构的设计和施工，其直接关系到主桥钢结构施工的安全和经济效益。通过方案比选和技术研究，临时支撑方案设计如下（图2）：

图2 临时支撑结构现场安装示意

1）整个临时支撑基础采用利用老桥基础、φ609 mm钢管桩基础、岸上土体注浆加固＋路基箱＋型钢独立基础等3种基础形式。

2）临时支撑钢结构支撑采用φ609 mm钢管和标准节格构柱这2种结构形式。

4 “先梁后拱”法钢结构拱桥主要施工要点

本桥采用“先梁后拱”的施工方法，施工工艺流程为：系梁支架基础施工→系梁支架搭设→拱脚支座安装→钢拱脚安装及端横梁安装焊接→系梁吊装安装及横梁安装焊接→搭设拱肋支架→安装拱肋、垂直吊杆及横撑→拱肋落架及拆除部分拱肋支架→吊杆初张拉→系梁支架落架→拆除钢结构支架→预制混凝土桥面板安装→吊杆二次调索张拉→预制桥面板湿接缝施工及养护→桥面附属工程施工及钢结构涂装。

4.1 钢结构加工及运输

主桥拱肋、系梁、横梁、风撑、小纵梁，人行道挑梁等主体结构采用Q345qD和Q370qD钢材，材料技术条件应满足相关标准的要求。钢结构制造前应对钢板进行抽检和复验。钢结构拱肋及系梁等大型构件加工采用短线截面匹配加工的方法并结合三维激光扫描虚拟预拼装的方法来控制钢结构的加工精度。

综合考虑临时支撑结构布置、水上运输能力（水闸通行限制等）、现场吊装设备等各个方面，针对系梁及拱肋进行相应的阶段划分并进行工厂加工，其中拱肋共划分为14段，系梁共划分为12段，包括拱梁结合段（拱脚）、横梁、横撑等共有95个节段。

拱脚、系梁、拱肋等大型构件均采用水运方式运至施工现场。现场南北侧均有构件水运至岸边，再通过600 t浮吊卸货倒运至安装位置。钢拱肋分段水平放置运输，运输到现场时，水平吊装至地面翻身，临时搁置固定并安装吊索然后再吊装至设计位置（禁止在运输船上吊装翻身，防止船侧翻）。横梁、悬臂梁及次纵梁等小型构件均采用平板车陆路运输至现场进行安装。

4.2 拱桥钢结构吊装施工

拱脚、端横梁、横梁、系梁、拱肋、横撑均采用600 t浮吊在大治河水上进行吊装施工。中横梁、小纵梁和悬挑段等小型构件采用160 t浮吊进行吊装施工，部分岸上小纵梁采用25 t汽车吊进行吊装施工。吊装顺序如图3所示。

图3 拱桥钢结构吊装顺序

钢系梁、钢拱肋吊装就位采用码板定位，码板分别设置于拱肋4个角。上翼缘码板每块采用6根M24螺栓连接，下翼缘采用焊接。拱肋吊装就位浮吊松钩前，需确保码板焊接与螺栓连接已完成，且同时确保钢系梁、钢拱肋腹板（靠上翼缘侧）焊接总高度达到1/3。系梁及拱肋箱形截面节段连接焊接顺序：先焊隔（腹）板对接焊缝或T形角焊缝（先焊上部1/3，再焊以下2/3），主要受拉焊缝，再焊桥面板的连接对接焊缝，最后焊桥底板的连接对接焊缝。对接焊缝应2个焊工对称同方向同速进行焊接。现场安装焊缝的焊接，纵向焊缝从跨中向两端，横向焊缝从中间向两侧对称施焊，以减少焊接变形和焊缝约束应力。

4.3 预制桥面板施工

主桥采用预制桥面板铺设，混凝土强度为C50，桥面板采用A、B、C这3种类型。具体型号及参数见表1。

表1 预制桥面板统计

主桥桥面板安装采用130 t汽车吊单机吊装。运输车辆从两侧引道上桥，分左右幅停靠，支腿停靠主桥钢横梁和主纵梁，运输通道铺设路基箱板或钢板，支腿下铺设路基箱板。桥面板采用对称式安装，即南侧、北侧同时进行，全断面一次安装就位。桥面板安装就位后及时进行板间预留钢筋的焊接，将桥面板连接成整体，桥面板四周与钢梁铆钉之间用定位筋进行相对位置固定，将桥面板、钢梁连接、固定成一体，防止桥面板安装过程中的发生偏移。

4.4 吊杆张拉施工

吊杆顺桥向间距7.8 m，每个吊点为单吊杆。全桥共2×27根吊杆，中间吊杆采用37股φl5.2 mm环氧钢绞线，端吊杆和次端吊杆采用43股φl5.2 mm环氧钢绞线。吊杆索体基材采用力学及物理性能符合国家标准的1×7型低松弛钢绞线，每股公称面积139 mm2，公称抗拉强度1 860 MPa，弹性模量1.95×105MPa。吊杆应采用成品环氧钢绞线吊杆。吊杆锚具构造要满足调整索力及系杆更换的需要。拉索锚具组件表面镀锌处理，锚具叉耳表面采用热镀锌处理。吊杆锚固、张拉端均采用一整套密闭的防水系统，避免雨水进入索套管。吊杆的张拉端设在系梁内部，在系梁体内采用张拉杆进行吊杆张拉。吊杆安装采用拱肋运至现场后在场地内进行安装然后与拱肋一起进行吊装安装，采用该方法减少了后续吊杆高空危险作业的工况。

吊杆施加预应力是系杆拱进行体系转换的关键工序，不同的张拉顺序对整个拱桥的受力影响很大。吊杆采用分级、分批对称张拉：共采用4对（8只）400 t穿心千斤顶，张拉顺序为从1/4跨分别至跨中和拱脚进行对称张拉。

通过成桥吊杆索力实测值和最终设计索力值比较，全桥吊杆受力控制均匀，各个吊杆实测值与设计目标值吻合较好，实测值与目标值的误差均在规范误差以内（图4）。

图4 成桥后索力与设计比较

5 结语

上海浦星公路跨大治河桥的施工充分利用原有地形情况及原有桥梁结构基础及后续的河道疏浚的特点，并充分利用水上大节段吊装能力，体现了下承式系杆拱桥在该项目建设过程中的优越性，在本桥的建设过程中取得了一定的社会效益和经济效益。