寒山大桥加宽工程主桥设计与施工简介

胡春清

（苏州市市政建设管理处，江苏苏州 215002）

1 工程概况

辛庄立交西延寒山大桥工程东起辛庄立交，沿现状地面道路向西跨越京杭运河后西接高新区的快速路。主要为长约0.65 km北环快速路西延主线及长约1.48 km快速路辅助道路，包含对现状寒山桥的改造及在现状寒山桥两侧各新建1座跨运河桥梁（寒山大桥）。辛庄立交—寒山桥之间的现状北环西路按快速路标准改造，快速路两侧拓宽改造现状道路作为快速路辅助道路。在改扩建工程中，老寒山桥主桥保留，西岸仅保留两跨引桥，其余5跨拆除，而东岸7跨引桥全部保留。

新建桥梁主桥为100 m跨径下承式系杆拱桥，桥宽为20.5 m。

西岸北侧引桥跨径布置从西向东依次为7跨20 m空心板梁+16 m实体板梁（总长156 m）；南侧引桥跨径布置从西向东依次为6跨16 m空心板梁+2跨20 m空心板梁+16 m实体板梁（总长152 m）。

东岸北侧引桥与西岸北侧引桥对称布置；南侧引桥跨径布置从西向东依次为16 m实体板梁+16 m空心板梁+24 m空心板梁+5跨20 m空心板梁（总长156 m）。引桥桥面结构为4 cm细粒式沥青混凝土（SMA-13）+5 cm中粒式沥青混凝土（AC-20C）+防水涂料+10 cm钢筋混凝土铺装（C40）。

道路基层为水稳碎石，面层为沥青混凝土。

2 主桥设计要点

2.1 总体布置

新建寒山桥主桥为单肋下承式系杆拱桥，单跨布置，跨径为100 m，桥宽为20.5 m。拱肋轴线采用抛物线，矢跨比为1/5，拱顶轴线处矢高为20 m。拱肋为两个长圆形钢管组合而成的矩形带圆形倒角的等截面钢管混凝土结构。主梁采用钢-混凝土结合梁，由钢结构和混凝土桥面组成。吊杆为平行钢丝成品索，系杆索为环氧喷涂无粘结钢绞线成品索。拱梁节点采用混凝土结构。主桥桥面结构为4 cm细粒式沥青混凝土（SMA-13）+5 cm中粒式沥青混凝土（AC-20C）+防水涂料。

纵向结构体系为简支，顺桥向约束情况为：一侧墩顶设置固定支座，另一侧墩顶设置活动支座；横桥向约束情况为：横桥向3个墩柱，中间墩柱为固定支座，两侧为滑动支座。图1为主桥立面图。

图1 主桥立面图（单位：cm）

2.2 拱肋

起拱点（支座中心线处）间跨为100 m，拱肋由两个圆端形钢管结构在上、下以钢板连接形成，横向分成3个仓，内部灌C40级混凝土。拱肋高度为1.6 m，宽度为2.5 m，钢板厚为22 mm。和混凝土拱脚相接处，有1 m长拱肋钢结构为混凝土拱脚施工的预埋段，埋入长度为0.5 m。图2为拱肋断面图。

图2 拱肋断面图（单位：mm）

2.3 主梁

主梁采用钢主梁和混凝土桥面板组成的叠合梁结构，结构顶面宽度为20.2 m，高度为2.0 m。钢主梁横断面为整体式，底面封闭、顶面开口，和混凝土桥面板形成闭口箱形断面。一个5 m长标准钢主梁节段，纵向由一块底板、两块斜腹板、两道中腹板（钢系梁）及边缘两道小纵梁组成，横向采用实腹板横梁，间距为2.5 m。中间钢系梁为闭口箱形结构，宽度为2.5 m，和拱肋宽度相同，位于桥梁中心线处。

桥面板采用26 cm等厚布置，横桥向宽20.2 m，为顺桥向单向板。采用预制桥面板和湿接头形式。

钢梁顶面设置直径为22 mm、长220 mm的剪力钉，以保证钢主梁与混凝土桥面板的连接。

主梁两端为9.64 m混凝土主梁段和3.75 m钢梁混合节点过渡段。钢梁标准节段长为78.5 m。

图3为混凝土主梁段、钢梁混合节点过渡段、钢梁合拢段以及混凝土拱肋立面图，图4为钢混结合梁标准断面。

图3 混凝土主梁段、钢梁混合节点过渡段、钢梁合拢段以及混凝土拱肋立面图（单位：mm）

图4 钢混结合梁标准断面（单位：mm）

2.4 拱梁结点

拱肋与系梁结合处为一刚性结点，拱梁节点采用混凝土结构。主梁端部设置端横梁，端横梁采用箱形截面。边墩处引桥支撑在端横梁牛腿上。

2.5 下部结构

主桥桥墩采用群桩基础。每个墩位设3个2.0 m×2.0 m实体桥墩，3根立柱之间用墙连接。引桥桥墩均为单桩独柱的桩柱式结构。

3 主桥上部结构主要施工方法

3.1 混凝土主梁段

拱肋与主梁结合处设计为刚性结点，采用混凝土结构。混凝土主梁总长为9.64 m，主梁端部设置端横梁，采用箱形截面，端部高度为3 m，跨中方向端部高度为2.05 m。全桥共计4个混凝土主梁段及拱脚。

混凝土主梁段施工时采用碗扣式钢管支架，设计时同时考虑混凝土拱脚的自重。支架搭设前对基础进行处理，对软弱地基进行换填，以避免沉降过大及不均匀沉降。支架搭设完成后采用相当于混凝土主梁自重重量进行预压，以消除支架非弹性变形及观测弹性变形，底模及侧模采用竹胶模板，钢混结合段钢梁及混凝土拱脚主筋预先安装与主梁锚固。主梁混凝土浇筑采用泵送商品混凝土，一次整体浇筑完成（见图5）。

图5 混凝土主梁混凝土浇筑

3.2 钢梁架设

钢梁采用临时支墩和支架的施工方法，采用先梁后拱的施工顺序。

钢梁总长为86 m，安装时纵向分5段进行，横向不进行分段，两端各设一个3.75 m长的钢混结合段，混凝土主梁浇筑时安装预埋。两侧预留5 m作为合拢段，中间68.5 m分段在工厂加工，采用履带吊现场拼装、整体浮运拖拉进行纵移就位的安装方案，中间68.5 m大节段就位后采用两个临时支墩支撑。

钢梁施工时先在纵移轨道上的拼装胎架上拼装中间段钢梁及中间段拱肋，并组成拱梁组合结构，然后利用运梁平车运送钢梁纵向过河，至河道内钢梁支撑在搭有桁架结构的运输船上进行浮运，纵向浮运到位后，待主墩顶混凝土主梁及钢混结合段完成后，吊装合拢段至设计位置，进行焊接合拢。

钢梁安装时其线形及内力的控制是质量控制的重点。由于要保证运河通航，钢梁68.5 m中间大节段安装到位后，在合拢前为两点支撑简支结构。为了减小合拢前中间大节段钢梁两点大跨度简支状态下的下挠变形，保证合拢时钢梁的线形及内力，施工中采用了拱梁组合结构，即利用钢管拱中间节段与钢梁一起组合，通过临时拱脚及临时吊杆的连接形成临时拱梁组合结构，增大了整个结构的刚度，减小了主梁的弯曲内力，确保了钢梁安装线形。图6～图11为主梁浮托照片。

图6 主梁浮拖照片一（可见轨道上的滑轮车）

图7 主梁浮拖照片二（可见浮船支架）

图8 主梁浮拖照片三（可见钢梁和钢管拱的临时组合）

图10 主梁浮拖照片五（可见水中临时墩与对面的的钢梁）

图11 主梁浮拖照片六（钢梁过河）

3.3 钢管拱架设

钢管拱整拱分3段进行安装，其中拱肋跨中大节段弦长57.078 m，重134.4 t；两侧节段等长，弦长为 14.088 m，重 32.1 t。

钢管拱中间大节段在钢梁上拼装完成，并与钢梁组合成拱梁组合结构一同拖拉纵移就位，待钢梁合拢后，解除拱梁组合结构，采用两台80 t门吊进行提升就位。两侧节段则采用履带吊吊装到位，与拱脚预埋段及中间大节段进行对接合拢（见图12、图 13）。

图12 钢管拱安装

3.4 钢管拱混凝土

主桥拱肋为钢管混凝土结构，拱肋由两个圆端形钢管结构在上、下以钢板连接形成，横向分成3个仓，内部灌C40级无收缩混凝土。钢管拱肋高度1.6 m，宽度为2.5 m。钢管拱两侧单仓泵送混凝土方量为108.6 m3，中间仓泵送混凝土方量为119.9 m3，单根钢管拱总计为337.1 m3。

钢管混凝土泵送采用“一泵到顶，多点导入”的工艺，压浆孔在钢管拱圆钢管侧上方及顶钢板轴线位置开设，设置两级压浆孔，在钢管拱拱脚及矢高1/2均设压注口，拱顶则设置增压导管，以确保拱顶处混凝土密实度。混凝土采用两台HBT60级柴油托式泵泵送，由两岸拱脚对称连续地向拱顶灌注，每根钢管混凝土由拱脚至拱顶一次压注完成（见图 14）。

图14 钢管拱混凝土泵压施工

3.5 桥面板及湿接缝

该桥主梁为采用钢主梁和混凝土桥面板组成的叠合梁结构，桥面板采用26 cm等厚布置，为预制桥面板和湿接头形式，预制板要求存放不少于6个月。

桥面板由构件厂预制，采用平板车运输，吊车起吊安装；安装时由拱脚处向跨中进行；安装完成后进行湿接缝施工（见图15、图16）。

图15 预制桥面板安装

图16 桥面板湿接缝混凝土浇筑

该工程于2009年3月16日开工，于2010年6月22日竣工，并被评为2011年度江苏省优质工程。