异形拱—梁组合体系桥梁施工技术研究

王 斌

(大连理工现代工程检测有限公司,辽宁 大连 116024)

1 工程概况

山西省晋中市综合通道北起蕴华西街，南至榆祁高速，道路全长18.2 km。

道路工程设计起点蕴华西街，终点二广高速以北桩号K12+357.299，施工起点桩号为K0+390.809，施工终点桩号为K12+336.804，实施长度约11.95 km。道路规划红线宽度60 m，绿线宽度90 m。

综合通道在K9+640处跨越潇河，设置一座大桥——潇河桥。桥梁跨径布置为55 m+55 m+60 m+90 m+55 m+55 m=370 m，为钢结构连续梁拱组合体系桥。其中，在60 m 和90 m跨分别增设钢拱肋，60 m跨处拱肋中心高15.2 m，矢跨比为1/3.95，90 m跨拱肋中心高22 m，矢跨比为1/4.09。图1为潇河大桥立面布置图。

桥梁总宽53.6 m～57.6 m，由两侧人行道及其挑梁、双幅主箱梁(单幅梁宽21 m)及其中间镂空段(宽4 m)组成。单幅箱梁横断面布置为：0.25 m(非机动车道侧护栏)+3.5 m(非机动车道)+0.5 m(防撞护栏)+16.25 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)=21 m。图2为潇河大桥断面布置图。

2 项目特点

梁拱组合体系桥呈现出优良、稳定的经济指标与美观的外形，特别适合于软土地区和桥面标高与通航净空均受限的地区，同时也可以作为城市景观桥设计。

潇河大桥为单承载面连续梁拱梁组合体系结构，由于拱的刚度与主梁的刚度之比较小，吊杆力不会太大，拱起的作用更偏重于景观方面的考虑。鉴于吊杆两端的锚固形式，为方便施工、节约成本、缩短工期，吊杆张拉采用无应力状态控制法，即吊杆按无应力长度进行安装，后期随着施工进行，在控制阶段对索力进行多轮张拉、调索操作，成桥后索力达到理论索力值。

3 总体施工思路

潇河大桥的施工方案为下部结构现场浇筑，钢梁,钢拱在工厂预制、现场支架拼装，拱肋合龙后拆除其支架,按照无应力状态控制法进行吊杆安装，先边跨后中跨、先中间后两侧的顺序拆除主梁支架，测量索力，对索力进行调整，最后附属设施施工，对索力进行最终调整。

4 重难点分析

1)施工工期紧，施工压力大。2)本桥结构分块较多，桥梁宽度大，桥梁结构复杂，吊装难度大。在支墩上分段拼接钢箱梁一定要注意标高控制，保证桥面线形及结构受力安全。3)吊杆安装是本桥施工的关键，拟采用无应力状态法控制，以吊杆的无应力长度为基准进行安装，后期随着施工的进行，根据实际受力情况进行必要的张拉及索力调整工作。4)主梁临时支墩的拆除顺序需要引起足够重视，柔拱刚梁，吊杆对主梁的支撑作用不会太大，大部分荷载将由主梁承担，所以拆架时主梁并没有脱架，拆架方案需提前制定好，以保证结构受力安全。

5 主要施工方案

5.1 项目主体节段划分

综合考虑设计要求、厂内生产加工、运输、现场安装及施工环境等因素，将钢箱梁横向分块、纵向分段，在施工现场进行块件吊装、焊接、栓接拼装组合制造。钢箱梁沿纵向共划分为25个节段(节段A～节段Y)，其中在两端节段A、节段Y及跨中节段I部位处设置合龙段。节段长度组合为14 m+17.5 m+15 m+12.5 m+3×15 m+12 m+16 m+17.5 m+15 m+12 m+3×15 m+17.5 m+15.5 m+12 m+3×15 m+13 m+17 m+15 m+14 m。横向单幅箱梁共划分为8个节段，纵横向均为错缝分割。钢拱肋共分12个节段，分别在小拱顶、大拱顶处设置合龙段，节段最大长度约16 m。

5.2 临时施工支架体系

全桥共设置支架26组。支架基础采用钻孔灌注桩，支架主管φ609×16，连接系采用Ⅰ14工字钢及150×150方管组合形式，分配梁采用双拼Ⅰ56b工字钢，分配梁顶设置拼装支点。为保证支架整体稳定性，纵向全长临时支架搭设连接系，连接系采用14号工字钢和150×150方管桁架结构。

主梁吊装完毕后才吊装钢拱，钢拱支架布置在主梁顶板上。钢拱临时支架主管采用φ609×16 mm钢管，连接系采用φ273×8和φ169×6钢管，支架底座和分配梁均为HM440×300型钢，支架底座采用三拼HM440×300型钢制作，底座与吊点横梁顶板临时焊接固定。支架横向布置如图3所示。

5.3 钢梁、钢拱肋吊装

1)支架桩基础施工和临时支架安装。2)吊装90 m跨钢梁分段，从3号墩顶N节段开始，从3号墩向4号墩方向吊装，横桥向从中间箱梁依次向两侧吊装，其中一侧主梁吊装拼接完纵向2个钢箱梁节段后，吊装中间镂空段横梁，然后再吊装另一侧主梁分段。为保证支座横向受力均匀，应对钢横梁焊接顺序及时机与支架落架时机进行控制。3)吊装60 m跨钢梁分段，从3号墩向2号墩吊装，横桥向从中间主箱梁依次向两侧吊装，其中一侧主梁吊装2个主箱室后，吊装中间镂空段横梁，然后再吊装主梁边箱梁。4)从跨中向两端依次吊装大小里程边跨梁段及横梁。5)安装拱肋临时支架，支架底座与钢梁顶板焊接固定。6)从拱脚向拱顶依次吊装钢拱分段并焊接，在拱顶合龙后拆除拱肋临时支架，安装吊杆。

5.4 主梁及钢拱肋线形控制

潇河大桥的钢箱梁、钢拱在工厂预制、现场支架拼装，拱肋合龙后按顺序拆除拱肋及主梁支架。由于本桥结构分块较多，桥梁宽度大，桥梁结构复杂，吊装难度大，跨度大、桥面宽，主梁纵横两个方向的预拱度及拱肋的竖向预拱度必不可少。

主梁施工线形的基准控制点定在3号墩处最内侧腹板的梁顶面，每个节段沿梁顶纵桥向选2个点作为控制点，每个节段纵向两端测点编号小里程为1点，大里程为2点；沿梁顶横桥向选9个点作为控制点。具体为：纵桥向以顶板切口处为准，沿里程前后各偏移500 mm作为各节段的控制点，参见图4；节段A、节段Y作为首尾节段，横桥向以梁片切口位置作为控制测点，非梁段切口处的控制点为距梁边缘1 600 mm的位置。

拱肋沿纵向拱划分为13个节段，编号从小里程向大里程方向分别为A～M。分段划分长度约4.2 m～15.08 m。其中，A段、F段、M段为拱脚段，副拱肋的C段、D段结合面作为合龙断面，主拱肋的I段、J段结合面作为合龙断面。分段对接缝顶板、腹部、底板纵向位置错开最少200 mm，拱肋试装时工地测量点要求采用样冲标记在顶板底板上，测量点布置在距离理论端口线300 mm处，顶板底板板宽中心线，板边各3个点，样冲标记应清晰准确，参见图5。

5.5 防止支座脱空施工措施

防止支座脱空的基本原则为在支座未受力前，不得将两侧半幅箱梁通过横梁连接在一起，也就是半幅箱梁先连接为一体后，拆除桥墩位置的临时支撑，使梁体下落后与支座紧密接触，形成每半幅梁横向有两个支座支撑的静定体系后，再将两侧的半幅箱梁连为整幅后整体受力。

以3号墩顶横梁卸载及焊接顺序为例，3号墩顶两侧主梁吊装焊接完毕后，先只焊接墩顶两侧横梁的一侧焊缝。跨中其余的横梁两侧焊缝可以与两侧主箱梁全部焊接，待横梁施工完毕后，拆除3号墩两侧ZZ12号、ZZ13号临时钢管桩顶支撑管，使得3号墩顶钢梁下落至墩顶支座上，完成第一次体系转换。此时由于墩顶横梁还未连接成整体，因此，墩顶钢箱梁分别由两侧的支座承压受力，此时支座与钢箱梁为静定结构，受力均匀，不会产生一侧脱空的情况。在完成主梁下放后，焊接3号墩顶横梁的另一侧与钢箱梁间的焊缝，使得钢箱梁在3号桥墩处形成整体，此时钢横梁不受力，两侧支座仍然是均匀受力状态。之后，恢复ZZ12号、ZZ13号临时墩与钢梁底部的连接，使得在后续的加载过程中，支座与临时支墩共同受力，直至完成全部钢梁与钢拱肋的施工，按顺序拆除支架完成钢结构的施工工序，为后续的施工做准备，示意图如图6所示。

5.6 支架拆除施工流程

潇河大桥的支架拆除的施工方案为拱肋临时支架拆除和主梁临时支架拆除两部分。其中，拱肋在支架上合龙后拆除其梁上支架，拆除顺序为由中间向两侧拱脚逐根、对称拆除，两侧拱肋可以同步操作。然后进行吊杆安装，逐根安装吊杆，直至全部吊杆安装完毕。

随后进行主梁临时支架的拆除，拆架采用分级切割支撑管的方式，每级切割3 cm，要求横向同步，同一排钢支撑3 cm全部切割完成后方可进行下一级3 cm的切割，保证主梁同步、缓慢下降，防止横向受力不均，对上部结构造成冲击，直至全部横向支架支撑管切割完成，主梁与支撑完全脱离。

主梁支架顺桥向按照先边跨后中跨、先中间后两侧的顺序逐排、对称拆除主梁支架。横桥向也要采取逐根、对称的顺序，直至全部主梁支架拆除完毕。拆架完成后立即测量索力，根据偏差情况，必要时对索力进行调整，最后进行附属设施的施工。

5.7 吊杆索力监控

由于本桥的特点属于强梁弱拱，拱肋结构对索力的变化比较敏感，因此在施工过程中必须对索力进行精确的控制，防止对拱肋及拉索结构造成损害。在保证主梁和拱肋安全的前提下，对吊杆的张拉程序进行优化。

根据大小拱不同的受力特点，张拉小拱肋时按照给定的初拉索力，由于异形拱—梁组合体系的特点，小拱按所给索力分三轮张拉到目标索力。而对大拱肋则需要按照无应力状态控制法进行吊杆安装，大拱挂完索后所有拉索拉力调整为初拉力20 kN后，根据所给拉索调节杆放松量，放松拉索，达到给定的无应力长度值，在后续拆架过程中大拱拉索逐步被动受力，待拆架全部完成后需进行一次索力通测，根据实测索力进行分析，对误差较大的个别拉索需要进行索力调整。随后进行二期荷载的施工，二期荷载施工完成后，对拉索再进行二次通测，根据实测结果对拉索进行最终一遍调索，达到目标成桥索力，满足通车条件。

6 结语

以潇河桥为工程背景，通过对强梁弱拱异形拱—梁组合体系桥梁主要施工方案进行研究，确保了综合通道跨越潇河高速桥梁的施工安全，并为后续类似桥梁工程的施工提供一定的参考。