跨越河道下承式钢拱桥架设施工技术

庄斌

（上海松江经济技术开发建设集团有限公司，上海 200000）

0 引言

随着大跨径斜拉桥、悬索桥的兴起，大跨径拱桥在建造工艺上的竞争力明显下降，制约了其推广与发展。然而，悬臂施工法在成桥前后各受力状态存在差异，需要进行系统过渡，不可避免地会产生较大的波动，因而其经济性并不理想[1]。同时，在施工过程中的高风险性也表明了工程的安全隐患；近年来连续发生的多起桥梁倒塌事故，从另一个角度证明了危险是客观存在的[2]。而采用劲性骨架法，虽然可以大幅减少工程建设的风险，但却需要大量的钢筋，而采用下承式钢拱桥架设施工则可以很好的解决上述问题。因此，本文通过实际的工程案例，重点分析跨越河道下承式钢拱桥架设施工技术及其具体的应用。

1 工程概况

上海市金玉路跨油墩港工程上跨油墩港，主跨结构为105m 的简支下承式钢拱桥，两侧引桥采用预制简支小箱梁结构，共计14 跨。跨径布置为30m×8+24m、30m×5，主桥全长为519m。单幅布置，主桥宽40.5m，引桥宽31m。

2 工程重难点

该跨河桥主跨施工的重难点分析如下[3]。

（1）油墩港为通航河道，在主桥架设施工过程中需占用航道，水上交通组织难度高，协调压力大。

（2）主桥施工过程中；需保障船舶航行安全和施工作业两不误，通航安全管理严。

（3）水上作业，环保及文明施工要求高。

3 桥梁设计概况

钢拱桥由主拱肋、拱梁结合段、系纵梁、端横梁、中横梁、风撑等构件组成。主桥面的中横梁采用H 型叠合梁，间距2.75m，中横梁之间采用小纵梁连接；端横梁为箱梁形式，截面宽3.1m，高2.67~2.90m；系纵梁为箱梁形式，截面宽4.05m，高2m；上部铺设25～30cm 厚的预制桥面板；主拱肋与系梁之间通过吊杆进行连接，全桥共设17 对吊杆，吊杆间距5.5m。

（1）主拱肋。主拱肋的拱轴线为二次抛物线，主拱肋矢高21m，矢跨比1/50，桥面以上的主拱肋采用钢箱截面，垂直于桥面布置，钢箱高度2.3m，宽1.8m，跨中顶板、底板厚20mm，腹板厚20mm；拱梁结合段顶板、底板厚25mm，腹板厚25mm。两片主拱肋之间设置4 道一字风撑，风撑为箱梁形式；两拱梁结合段之间设置一端横梁。

（2）中横梁。中横梁为钢混叠合梁，梁高2.2m，顶板、底板厚20mm，腹板厚14mm，全桥共35 道中横梁。

（3）端横梁。拱肋的拱梁结合段之间设置端横梁连接，两端各一件。端横梁为箱型截面，宽3.1m，高2.67~2.90m，顶板、底板厚20mm，腹板厚16mm，加劲板厚14mm。

（4）系纵梁。箱梁形式，截面宽4.05m，高2m；顶板、底板厚20mm，腹板厚20mm，加劲板厚18mm/20mm/30mm。

（5）拱梁结合段。顶板、底板、腹板厚度均为25mm。

（6）一字型风撑。箱型截面宽1.88m，高1.34m，顶板、底板厚20mm，腹板厚14mm。

（7）吊杆。PES7-73 镀锌平行钢丝PE 双护层拉索吊杆。

（8）主拱桥钢结构设计重量约2339t；材质Q345qD。

4 设备选型

根据该钢桥的安装位置环境，既要考虑到构件分段的运输，又要兼顾刚拱桥施工安装的可行性。经综合考虑后，对钢拱桥采取分段构件加工、运输、吊装就位安装的施工方案。

根据该钢拱桥的分段参数，拟选选用2 艘110t 级的浮吊来实施该钢拱桥分段构件的吊装施工[4]。

5 钢结构运输方案

5.1 运输方式

拱肋节段构件重29~113t，桥面组合节段构件重27~152t。根据项目现场环境及吊装方式，钢构件分段拟采用的运输方式为水路运输。

5.2 运输路线

钢构件由南通基地制作，场内码头装船。船运路线：南通基地长江码头→沿长江往吴淞口方向行驶途经苏通大桥南下→行至吴淞码头拐入黄浦江→途经杨浦大桥、南浦大桥、卢浦大桥、徐浦大桥、闵浦大桥、奉浦大桥、松浦大桥、黄浦江大桥、松浦三桥→右拐进入油墩港→北上直行至施工现场。

5.3 装运作业程序

（1）构件运载前，向海事有关部门办妥一切相关的手续。

（2）构件分段装船后，两侧前后用铁链或钢丝绳进行捆扎、紧固，在与构件接触部位用包角填衬后使用紧绳器或手拉葫芦收紧绳索；并拉设警示绳，悬挂示宽灯[5]。

（3）运载过程中，严格按规定的时间和路线进行。

6 钢结构吊装技术措施

钢拱桥分段构件在吊装就位作业过程中，基本上实施河道全封航措施，确保施工安全。施工工艺采用岸上设临时支架，先拱后梁的方式进行建设。

6.1 吊装施工原则

（1）为保证先拱后桥为安装原则，工厂制作的主跨分段桥梁、拱肋按要求在工厂完成整体预拼装，拆装前做好预拼装的基准线，标记、编号及装配的临时靠山详细标明，保证安装精度，确保拱肋、主跨钢箱梁在吊杆位置的准确性。

（2）根据现场工况条件，明确拱梁结合段、端横梁、拱肋段等各分段构件吊装顺序和进场方向，并确定分段构件出厂装船的方向。

（3）施工过程中的测量定位，采取安装位置角度测距和地面放线垂准同步控制。

（4）浮吊吊装作业区域需要提前做好疏浚事宜。

6.2 钢桥吊装

6.2.1 吊装拱梁结合段（仅做一个构件的典型工况）

拱梁结合段吊装定位后，两端及时加以固定，底部用型钢撑实，并焊接。

6.2.2 吊装系梁过度组合段

系梁过渡段吊装就位后，及时设置近河岸的下支架斜撑。

临时斜撑的安装先由吊车将杆件吊放在安装位置的下方，然后采用手拉葫配合起吊安装。

下临时斜撑在系梁过渡段定位安装完毕后，即可进行安装；上临时斜撑在边拱分段定位安装后进行。

6.2.3 吊装拱肋分段GL1

边拱肋吊装定位后，顶底板处以工厂设置的固定板螺栓紧固连接，同时在两侧腹板（近顶底板处）施焊，每处施焊长度30cm，支架处垫实临时固定后，方可松钩。

6.2.4 设置临时水平拉索（初张拉）

先设吊装侧的（另侧暂缓设置，待吊装前再设置）

钢拱桥的钢结构吊装分段计划、节段安装顺序及相关施工步骤，已经设计及监控单位复核确认；临时水平索的张拉按设计要求，分3 次张拉：第一次初张拉数值约700kN，第二次张拉数值约1700kN，第三次张拉数值约2500kN。这个数值在施工过程中可能会有调整，具体须根据监控单位给出的准确数值进行张拉。

临时水平索三次张拉的阶段要求如下。

在两岸的拱脚、端横梁、拱梁结合段、边拱分段及桥面组合梁过渡段安装完成后，进行第一次张拉。在完成了拱肋合拢段、风撑及桥面组合段1、2 的安装后，进行第二次张拉。在完成了桥面组合梁3、4、5 安装后，进行第三次张拉。在临时水平索的三次张拉过程中，严格按照现场监控单位的指令进行操作。

6.2.5 吊装拱肋分段合拢段GLH

合拢段拱肋吊装就位前，边拱肋与梁拱结合段的施工缝必须焊接完毕。由于河岸边没有中拱分段卸船摆放的场地，故只能在运输船上翻身、起吊。两艘浮吊各设置两个吊钩，靠近拱肋中点的为主吊钩，近拱肋外端的为辅助吊钩，配合拱肋的翻身立直。

第二片合拢段的吊装工况类同第一片，故不再复述[6]。

合拢段卸载前，预张拉临时水平索至监控数值且拱肋两端与边拱肋的施工缝焊接总长度需达到2.4m。

6.2.6 张拉临时系杆水平索

张拉临时系杆水平索至设定数值（张拉数值由设计或监控单位提供），拆卸梁上临时支架、安装拱肋吊杆。

6.2.7 系主梁对接

实施桥面组合节段的系主梁对接作业；按设计要求调整吊杆索力值。

6.2.8 体系转换

移除临时系杆水平索，完成体系转换，拆除地面临时支架，钢箱拱桥吊装完成。

在临时水平索第二次张拉后，在监控的指令下即可拆卸拱肋临时内支架。

步骤：①用气割割除支架上部与拱肋底部连接的支撑型钢顶端约2cm，脱离拱肋底部。②征询监控的指令，再行拆卸整个型钢支撑座。③拆卸临时支架。

要求：①切割操作人员在实施切割操作过程中要时刻与监控保持联系，并听从监控的指令。②在切割整个型钢支撑座前，必须再次联系监控，确认是否实施切割拆卸作业。

6.3 吊索选型及验算

6.3.1 组合桥面节段吊装吊索受力计算

设吊索的吊装角为60°，吊耳4 个，则单支吊索受力P=122/4×cos 30°=35.2t，选用直径65mm 的6×37+1—170 钢丝绳，破断拉力266.5t，允许拉力：（266.5×0.82）÷6=36.4t＞P=35.2t，满足吊装安全要求[7]。

6.3.2 边拱分段吊装吊索受力计算

吊索的吊装角按T1 记取，吊耳4 个，则单支吊索受力T1=52/4×cos 30°=15t，选用直径43mm 的6×37+1—170 钢丝绳，破断拉力118.5t，允许拉力：（118.5×0.82）÷6=16.2t＞T1=15t，满足吊装安全要求。

6.3.3 中拱分段吊装吊索受力计算

吊索的吊装角按T1 记取，吊耳4 个，则单支吊索受力T1=113/4×cos 34°=34t，选用直径60.5mm 的6×37+1—185 钢丝绳，破断拉力252.5t，允许拉力：（252.5×0.82）÷6=34.5t＞T1=34t，满足吊装安全要求。

6.4 吊耳验算

6.4.1 A-20 吊耳承载力计算

吊耳承载力计算如图1 所示。

图1 吊耳承载力计算

（1）拉应力计算。根据图1，拉应力最不利截面为2-2 截面。

断面处的截面面积S1=（（R1-R3）×t1+（R2-R3）×t2×2）×2=（90×16+55×18×2）×2=6840mm2。

σ=K×T/S1=1.5×200kN/6840mm2=43.86N/mm2<[σ]=295N/mm2，满足要求。

（2）局部挤压应力计算。局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处。

20t 级吊耳考虑配备25t 的美标弓形卸扣，销轴直径d=50.8mm。

接触处总板厚t=t1+2×t2=16+18×2=52mm。

F =K ×T/（t ×d）=1.5 ×200kN/（52mm ×50.8mm）=113.57N/mm2<0.9[σ]=265.5N/mm2，满足要求。6.4.2 A-30 吊耳承载力计算

（1）拉应力计算。根据图1，拉应力最不利截面为2-2 截面。

断面处的截面面积S1=（（R1-R3）×t1+（R2-R3）×t2×2）×2=（100×20+65×10×2）×2=6600mm2。

σ=K×T/S1=1.5×300kN/6600mm2=68.18N/mm2<[σ]=295N/mm2，满足要求。

（2）剪应力计算。根据图1，剪应力最不利截面为1-1 截面。

断面处的截面面积S2=（R1-R3）×t1+（R2-R3）×t2×2=100×20+65×10×2=3300mm2。

τ=K×T/S2=1.5×300kN/3300mm2=136.36N/mm2<[τ]=170N/mm2，满足要求。

（3）局部挤压应力计算。局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处。

30t 级吊耳考虑配备35t 的美标弓形卸扣，销轴直径d=57.2mm。

接触处总板厚t=t1+2×t2=20+10×2=40mm。

F =K ×T/（t ×d）=1.5 ×300kN/（57.2mm ×40mm）=196.68N/mm2<0.9[σ]=265.5N/mm2，满足要求。

结论：吊、索具安全性符合规范要求。

7 结语

本文通过对该下承式钢拱桥架设步骤进行介绍，并经过相关受力计算分析结果可知该架设方案满足施工安全、技术方面的相关规定。至目前，该钢拱桥在水务管理单位的配合以及我施工单位人员的努力下已顺利完成通车验收。此方法可为以后类似的工程施工提供借鉴。