中承式单跨提篮拱桥大截面钢拱肋施工技术

□文/翟红丽 蒲小雁

工程概况

由天津城建集团承建的邓家窑桥位于北京通州新城北部地区，是朝阳北路东延道路工程跨越温榆河的重要构筑物，由主桥及南北引桥构成，全长311.06 m，面积12 240 m2。见图1。

图1 桥梁结构立面示意

主桥为中承式单跨提篮拱桥，跨度为158 m，横桥向设置两片拱肋，拱肋内倾10°，拱顶处中心距为34 m，拱脚中心距为47.101 m。桥面以上设置5道“一字”风撑，钢横撑截面高2 m，宽1.64 m，最重钢横撑质量为53 t，最轻钢横撑质量为50.1 t。全桥系杆由12根系杆索构成，每侧6根。

上段拱肋跨度为132 m，中间76 m范围为等截面段，两侧28 m范围为变截面段，截面高度由跨中3 m按直线内插方式渐变到拱脚处5 m，宽度为等宽2.5 m。跨中段拱肋（顺桥向长度为118 m），为矩形空心断面，采用Q345D钢工厂制作、现场安装。两侧段采用强度等级为C60混凝土现场浇注，为矩形实心断面。

钢拱肋采用工厂预制现场吊装焊接的工艺，单侧拱肋共分11段，每段投影约长12 m，最重段为V制作段，质量约67 t，拱肋最高处中心线距离桥面约为24.5 m，在中间合龙。拱肋分段及钢横撑位置示意见图2。

图2 拱肋分段示意

拱肋支撑形式设计

主桥跨越温榆河主河道，根据钢拱肋结构特点结合现场实际情况，钢拱肋临时支撑选用安装拆卸方便的钢管柱体系。见图3。

图3 拱肋支架布置示意

考虑到桥面混凝土为22 cm厚钢筋混凝土板结构，局部承载力有限，而拱肋又较重，故拱肋支架直接从河底搭设，穿过桥面板混凝土并在桥面处临时加固，以增强其稳定性。支架由灌注桩加条形基础加钢管柱的形式组成。在拱肋分段处横纵桥向共设置4根钢管柱，每侧钢拱肋端头设2根，其上搭设横桥向三拼40 b工字钢作为拱肋支撑。由于拱肋分段投影在钢梁范围内，故拱肋支撑钢管横桥向间距设计要避开吊杆横梁及纵梁。钢管横桥向基本布距为3.5 m，即在拱肋截面重心内侧为2 m，外侧为1.5 m，当与纵梁有冲突时，适当增大钢管间距。同时，为了防止钢拱肋倾斜，在内侧用双拼36 b工字钢进行临时支撑。拱肋钢管柱顺桥向布置间距考虑拱肋内部肋板，间距为2 m，拼接口两侧各1 m。考虑等拱肋合龙后直接用吊车吊装到位，钢横撑不再设临时支撑。

支撑拱肋的每组钢管柱之间采用剪刀撑连接，剪刀撑采用20#槽钢。相邻两组钢管柱采用型钢桁架连接，以增强钢管柱整体稳定性。钢管柱基础采用钻孔灌注桩加条形基础的形式，与吊杆横梁下已经设计完成的基础形式相同，在工程开始阶段所有基础一块施工，从而保证基础的整体性。拱肋支撑钢管先在基础上安装一节，使管顶标高高于汛期水位并低于吊杆横梁低标高，以方便将来有水状态下接长钢管柱并防止影响吊杆横梁的拖拉施工。吊杆横梁拖拉到位且桥面板施工完成后，在桥面上再接长拱肋支撑钢管。

钢拱肋吊装

吊装顺序

北侧拱肋上下游第Ⅵ段→南侧拱肋上下游第Ⅵ段→北侧拱肋上下游第Ⅴ段→南侧拱肋上下游第Ⅴ段→北侧拱肋上下游第Ⅳ段→南侧拱肋上下游第Ⅳ段→北侧拱肋上下游第Ⅲ段→南侧拱肋上下游第Ⅲ段→北侧拱肋上下游第Ⅱ段→南侧拱肋上下游第Ⅱ段→上游合龙段→下游合龙段→3#拱肋横撑→2#拱肋横撑→中间1#拱肋横撑。

吊车选择及参数设计

结合每段钢拱肋质量，合理选择吊车布设位置，根据吊装参数选择吊车吨位大小。见表1。

表1 吊车选择及参数

拱肋横撑均可采用2台160 t吊车直接在桥面吊装完成。拱肋吊装时，吊车主要承重支腿均布置在吊杆横梁对应位置桥面板上，其余支撑腿均采用6拼40 b工字钢进行受力的分配，确保吊装作业安全。同时，在吊杆横梁下栈桥的设计时，也已经考虑了吊装时对其作用的荷载，保证了全桥支撑体系的安全稳定。

拱肋及横撑的定位

拱肋吊装及定位是工程施工重点和难点，由于拱肋内倾10°且拱肋线形为倒置悬链线，所以安装定位非常困难。针对此问题，采取了全桥三维模型建立及三维空间定位测量的控制，确保施工准确并且每天实测大气温度及拱肋空间变位。选择温度变化小的时段进行吊装和控制。

每个拼接断面设置4个控制点，分别是拱肋断面的4个角点，见图4。

图4 拱肋断面控制点示意

在三维图上确定出所有角点的三维坐标并在吊装每节拱肋之前，在工作平台上先放出两个下角点的平面坐标并计算出高差，吊装时随时控制。基本就位后，分别在拱肋的4个角点进行测量坐标定位，精准后再行临时固定。两段拱肋之间辅以限位板进行控制。

合龙段施工温度控制在15℃左右。先在合龙前几天实测夜间温度及拱肋空间变位测量，选取夜间温度最低的时段为合龙时间段。经过4 d测量，发现0:00—5:00温度较为稳定且接近15°，符合吊装时间要求。另外，由于昼夜温差，经过反复测量发现白天与夜间，拱肋向上下游偏位能达到50～60 mm，故必须在温差相对稳定的时间段内完成拱肋合龙段两个断面的空间测量并如实反映到三维模型上，定出合龙段实际刨切尺寸并提前在夜间完成刨切，以保证对口质量。焊接也选择在夜间进行，如果第一天没有焊完，则选择在第二天的夜间进行焊接，白天不允许焊接。

钢横撑同钢拱肋合龙段一样控制，定位时两头提前焊接好限位板，确保精确定位。

结语

该工程是中承式提篮拱桥采用先梁后拱施工工艺的典型代表，在跨河道桥梁施工中有其优越性，主要体现在拱肋吊装可以在桥面板完成后在桥面上进行。由于钢拱肋截面较大且单节较重，吊装时需要充分考虑吊车站位，尤其在桥面上吊装，要严格根据吊车形状及性能表提前确定其准确站位；同时，桥面系支撑体系设计时也要充分考虑到吊车吊装时对其产生的最不利荷载，即拱肋自重、吊车自重，运梁车自重和吊车在工作的整个过程中4个支撑腿的不均匀受力都要计算到，取最不利荷载验算，以保证桥面系支撑系统的稳定。对于钢拱肋的定位问题，由于拱肋线形复杂且内倾，所有控制点的定位均不能简单的用二维坐标核算，这就要求拱肋支撑钢管柱及工字钢空间位置也必须准确且要有足够的刚度，每节段拱肋吊装完成后，其空间位置是随着大气温度的变化而变化的，所以其空间定位时要充分考虑温度影响，尽量选择在阴天或夜间放线、吊装和焊接。合龙段施工是整个拱肋施工的重中之重，必须经过对现场第Ⅱ节段多次仔细的测量并标记到三维模型计算后再行刨切，以确保合龙段尺寸的精确，保证合龙段拼接质量。