郑州四环节段预制主体桥梁架设工艺及架设装备选择

何永平 陈清华

（广州瀚阳工程咨询有限公司， 广东 广州 510220）

1 概述

郑州市四环线及大河路快速化工程（以下简称郑州四环）是郑州市主城区“两环三十一放射”快速路系统中“两环”的外环，由大河路、东四环、南四环及西四环组成闭合环线，路线全长约93.3km。该工程在完善郑州城市交通路网体系、助推以郑州为代表的国家中心城市建设、助推国家交通基础设施建设产业战略升级等方面将发挥重要作用。

工程主体高架桥梁采用短线法节段预制拼装工艺，全线主梁预制节段数量约4.6万榀，体量超过原世界记录泰国邦纳高架桥（Bang Na Expressway in Bangkok,Thailand）3.9万榀成为新的世界之最。

桥梁工业化是世界桥梁工程的发展方向，而架设工艺及架设装备则是桥梁工业化的重要支撑。本文将从项目特点入手，从架设工艺及施工装备方面介绍郑州四环主体桥梁的总体施工方案。

2 项目特点及需求

郑州四环线及大河路快速化工程是大型市政工程项目，具备典型市政桥梁工程的普遍特点，如工期紧张、交通繁忙、文明施工、结构多样、节点众多及产业升级，这些特点将直接影响节段预制桥梁拼装方案的拟定。其主线路中分幅典型高架构件组装如图1所示。

根据上述项目特点，郑州四环需求一种新型桥梁工业化建造方案，这种方案应具备施工效率高、适用范围广的特点，而且在安全、经济、耐久、环保、景观、民生等方面也要达到较高预期。

图1 主线路中分幅典型高架构件组装示意图

3 决策过程

3.1 为什么选用工业化3.0短线法节段预制

实现绿色建设、低碳发展与国家资源战略、信息产业发展、生态文明密切相关。绿色建设是国家政策导向，所以桥梁工业化将是桥梁工程的发展方向。

国内目前主要的桥梁工业化方案是整孔预制小箱梁、整孔预制T梁（桥梁工业化 1.0）或整孔预制大箱梁（桥梁工业化 2.0）方案。然而，市政及公路主体桥梁多样化的平面曲线给整孔预制工业化实施带来了不可逾越的障碍、整孔预制工业化方案又对运输条件及架设条件提出了苛刻要求，尤其是长度约 40m、重量约1000t的整孔预制大箱梁方案在很多情况下是不可实施的，这些因素制约了工业化率的进一步提升。

纵观国内外桥梁工程工业化发展的历程，主体桥梁装配化实施的领军方案将是短线法节段预制拼装技术（桥梁工业化 3.0）。短线法节段预制技术具备其它桥梁装配化技术所不具备的多项优势，它不仅解放了道路线形对工业化实施的限制，而且还解放了结构体系及架设装备对主体桥梁工业化实施的桎梏，在安全、经济、耐久、环保、景观、民生、工期等方面均可达到良好的预期。正因为如此，郑州四环选择了基于短线法节段预制的桥梁工业化3.0技术。

3.2 为什么选用悬臂拼装工艺

在选择架设方案时需要充分考虑具体工程的实际特点，脱离项目的实际情况去选择架设方案往往显示出纸上谈兵与不切实际。这些特点一般包含工期情况、地形情况、线路情况、沿线地下及地上控制节点、结构设计情况、架设方案及架设装备自身特点等。节段预制拼装技术的主要的架设方案大体上可分为两大类：逐孔架设与悬臂拼装。

第一类逐孔架设方案，可供选择的架桥设备主要有上行式架桥机、下行式架桥机、支架+汽车吊（或履带吊）等，如图2所示。逐孔架设方案一般配套使用上行式架桥机，这种方案的特点是设备体量大、重量重，导致施工荷载大，一般不适用于平曲线半径较小的匝道桥梁，不宜应用于大悬臂横梁的桥墩，不宜应用于作业面不连续的工程；而适用于平曲线半径大、标准段多、沿线控制点少的主体桥梁。

图2 逐孔架设工法示意图-上行式架桥机

第二类悬臂拼装架设方案，可供选择的架桥设备主要有上行式架桥机、桥面吊机、支架+汽车吊（或履带吊）、轮胎式提梁机（或轨道式龙门吊）、汽车吊（或履带吊）等，如图3所示。悬臂拼装方案配套的架设装备轻、架设装备选择灵活，不受曲线半径大小的制约，不受作业面连续与否的制约，不受结构类型多样与否的制约。

图3 悬臂平衡架设工法示意图

现在回归本工程的前述特点就比较容易做出选用何种架设方案的选择了。

其一，立交匝道桥梁平曲线多且小。这个特点就决定了立交匝道范围不适合采用逐孔架设方案。

其二，主线及立交桥梁节点众多。这个特点导致作业面严重零散，进而决定了主线桥梁不适合采用逐孔架设。

其三，主线高架约百分之八十比例为设置大挑臂横梁的路中分幅结构方案，而逐孔拼装施工荷载却控制大挑臂横梁的施工过程。这个特点也决定了主线桥梁不适合采用逐孔架设。

其四，工期紧张导致架设作业面多，不排除在项目中后期增加架设装备的可能。以郑州四环的体量和工期，集成全国所有架桥设备厂家的产能也难以保证逐孔拼装所需的大型上行式架桥机数量；另外，项目中后期如果增加架设装备，装备的制造周期、设备成本也是逐孔拼装方案的劣势。与之相对比的是，悬臂拼装可供选择的架桥设备多达五种，这种多样化的设备供给方式将会极大程度缓解施工单位在工期异常紧张情况下的大型设备及配套高技术人才集中需求的难题。

综上所述，郑州四环节段预制主体桥梁选择悬臂拼装工艺是适应项目特点的合理选择。

4 架设工艺

不断追求高效率和高效益是工业化的精神动力，而科学合理的施工工艺可以让施工单位在实现高效率和高效益目标的过程中赢在起跑线上。

郑州四环节段预制主体桥梁的施工工艺基于悬臂拼装工法，制定了四个主要施工步骤如下：

4.1 下部结构及0#块施工

本阶段是预制节段拼装前的准备，包括桩基、承台、桥墩及主梁0#块施工，属常规施工工艺。

4.2 提前架设1#块

本阶段将1#块提前安装，其目的在于避免1#块姿态调整和现浇湿接缝这两个工序占用主体架桥装备的时间。其中，1#块的安装精度决定了全桥的安装精度，需要相对较长的时间。

4.3 依次架设其余节段：

本阶段按部就班拼装剩余预制节段，要点在于各节段的永久钢束张拉后当前阶段暂缓灌浆，待拼装完所有节段后再统一进行预应力管道灌浆。其目的在于避免管道灌浆等强过程占用主体架桥装备的时间。

4.4 合拢及连续束张拉等。

本阶段是预制节段安装完成后的收尾工序，包括架桥设备过孔、边中跨合拢、桥面附属施工等子工序，属常规施工工艺。

上述四个主要施工步骤互不干扰、依次实施、流水施工，不同工种的作业人员作业面有序隔离不冲突，可极大地提高架设效率、并减少架设装备投入。

上述主要工序流水施工步骤示意如图4所示：

图4 悬臂拼装流水施工过程示意图

5 架设装备

基于悬臂拼装的节段预制主体桥梁有五种主体架设装备可供选择：轮胎式提梁机（或轨道式龙门吊）、上行式架桥机、桥面吊机、支架+汽车吊（或履带吊）、汽车吊（或履带吊），其施工现场如图5所示。上述五种架设装备各有自身特点及适用范围，结合前述郑州四环项目的特点，它们在项目中均得到了实际、灵活的应用。

图5 架设装备实例展示图

郑州四环常见应用场景案例：直线或大曲线标准段采用轮胎式提梁机（或轨道式龙门吊）架设；桥墩较高的主线采用上行式架桥机或桥面吊机架设；桥墩比较矮的上下匝道采用支架+汽车吊（履带吊）架设；曲线半径比较小的立交匝道采用桥面吊架设；遇到多层立交匝道时，按先施工上层后施工下层的顺序采用桥面吊机架设；遇到大跨节点桥梁时，采用桥面吊机架设；跨越既有构筑物时，采用辅助纵向/横向移梁轨道定点提梁措施解决桥下喂梁困难；跨越河流时，采用上行式架桥机架设。

需要说明的是，拼装支架作为本工程的辅助架设装备，共分三类：边跨不平衡段拼装支架、中墩1#块安装支架、墩旁（中墩、边墩）钢支撑，也是工程必须不可少的施工装备。

6 结束语

郑州四环作为典型的大型市政工程选用了基于短线法的节段预制悬臂拼装工艺，是适应项目特点的合理选择。

本项目节段预制主体桥梁施工工艺及施工装备的拟定原则在公路桥梁、市政桥梁、轨道交通及铁路主体桥梁工程中具备一定的普遍性及代表性，桥梁工程师在借鉴本文的同时也要结合具体项目特点掌握一定的灵活性。