潮晟路跨潮河桥顶推施工技术实践

张煊铭 谢郑阳

(1.商丘工学院，河南 商丘 476000；2.豫东黄泛区地下空间与岩土工程研究中心，河南 商丘 476000)

1 引言

随着现代社会的发展，需要越来越多的大桥、特大桥来满足人们的出行。由于桥梁跨度的增大以及对施工要求的提高，越来越需要用水中临时墩来进行辅助施工，而临时墩往往处于地势复杂地区，在满足桥梁顶推需求和桥下船舶顺利通航的前提下，既要克服水流及风力的影响又要能够承受上部传递弯矩的影响[1-5]。本文以具体工程为背景对临时墩具体的设计及施工展开分析。

2 工程概况

该工程是国内第一座跨径最大的环形单塔双索面斜拉桥。大桥全长241.4 m。主桥钢梁为单箱三室全焊接钢箱梁结构。箱梁顶宽3.2 m，中线处梁高2.5 m，悬臂板长6.5 m。主塔为全焊接钢箱形塔结构，总高56 m。外圈圆弧半径为28 m，内圈圆弧半径为24 m。截面采用变高箱体截面，箱体截面呈六边形布置。外翼缘宽4 m，环的外腹板等高在1.5 m以内，然后以1∶4的坡度变窄，截面高2.5～5.5 m。主塔共分24个节段，其中塔柱为TG2～TG22节段，材质采用Q345D钢材，下塔柱为TG23、TG0～TG1节段，材质采用Q420D钢材，腹板板厚为30 mm，内翼缘以及1∶4坡度腹板的加劲肋尺寸为20×240 mm，1.5 m高腹板的加劲肋尺寸为30×360 mm，外翼缘的加劲肋尺寸为32×380 mm。桥梁具体结构图见图1、图2。

图2 桥梁横断面示意图(单位：m)

图1 桥梁立面图(单位：m)

3 临时墩的位置

为减少桥面及其他部件受到外界因素的影响，提升其自身在施工过程中的稳定性，结合工程实际特点，采取临时墩进行辅助施工[7-10]。为确定临时墩实际位置，提出两种施工方案：方案1，设置在边跨L/2处；方案2，设置在边跨L/3处。验证最优方案达到最优效果，将用无临时墩作为对比参照，最终确定最优方案，结果见表1。

表1 方案对比

由上表可知，与无临时墩方案对比，采用方案1、2时振动频率相应提高，抗风性能增大。采用方案1时，优于方案2。综上所述，考虑到提高自身稳定性和减小水下跨距，施工时应在主跨跨中处设置临时墩。为满足施工过程中的通航要求，决定采用方案1，在每个主跨中间设置临时墩。

4 临时墩的设计

4.1 临时墩位置及尺寸的确定

水中临时墩作为顶推施工中的顶推墩，主要承担顶推施工的竖向荷载和水平荷载[6]。平面尺寸主要满足顶推施工设备安装操作的需要。考虑到主梁横向间距较大，在桥梁横向方向上将临时墩分为两个独立墩。水中临时墩的主要设计参数见表2。

表2 水中临时墩设计参数

临时墩主要由钢管桩基础、承力柱和用于稳定0桩身的钢丝绳组成。临时墩基础的竖向荷载按最大支撑反力、临时墩自重和不均匀力进行设计。每个临时墩基础采用12根尺寸为1000×12 mm的钢管桩，入土埋深25 m，横向3 m，纵向3 m。从平均高水位(+ 4.43 m)起，为保证支架的稳定性，采用600 × 8 mm钢管支架将其整体连接。上部结构采用1000×16 mm钢管柱4根，水平连接采用600×8 mm钢管。上部与基础的连接分别采用700×300 h型钢双组合和800×300 h型钢三组合。墩顶承重梁采用800×300 h型钢双组合，并采用直径为28 mm的四根钢丝绳作为稳桩钢丝绳，增强上部钢管柱的稳定性。为了满足通航要求，确保临时墩施工期间的安全，临时墩的两侧设置了防撞设施，临时墩结构见图3、图4。

图3 水中临时墩立面图

图4 水中临时墩平面图

4.2 模拟结果与分析

根据水中临时墩的结构和布置，利用MIDAS/Civil建模，按照钢箱梁实际顶推前移的施工过程进行有限元分析，主要考虑上部结构传递的竖向荷载和水平荷载，并考虑涌潮荷载模拟不同受力状态下临时墩的受力及变形。

(1)不同状态下应力结果，如图5、图6所示。

图5 顶推状态下应力结果

图6 搁置状态下应力结果

(2)不同状态下变形结果，如图7、图8所示。

图7 顶推状态下变形结果

图8 搁置状态下变形结果

(3)不同状态下竖向反力结果，如图9、图10所示。

图9 顶推状态下竖向反力

图10 搁置状态下竖向反力

计算结果可得：最大应力为195 MPa；最大竖向反力为286 t；最大变形为46 mm，均满足钢结构的强度刚度稳定性要求。

5 临时墩的施工

施工期间水中临时墩除中主跨的临时墩使用船舶搭设外，两个边主跨的临时墩均采用在主栈桥上搭设支栈桥，在支栈桥上使用履带吊搭设临时墩。

5.1 栈桥的搭设

在两边主跨临时墩中心距江心9 m处搭设支栈桥，支栈桥横向与原主栈桥相接，支栈桥结构形式与主栈桥一致，宽6 m，长度51 m。支栈桥采用80 t履带式起重机和振动锤逐级搭建，主支栈桥施工工艺与支栈桥施工工艺一致。具体过程如下。

(1)施工准备:将钢栈桥构造划分为几部分，根据钢栈桥的设计图纸和施工现场的实际情况,准备相应的建筑材料和建筑机械,做好施工前准备工作;

(2)铺平道路平整:用长臂挖掘机铺平道路路面上第一节钢栈桥的构造；

(3)钢桁架的安装:钢桁架由起重机吊指定位置,形成连接平台，由专业焊接设备对底部的钢桁架钢筋和钢板焊接；

(4)槽体连杆安装:在钢桁架上安装若干间距相同的槽体连杆;

(5)钢筋安装:用吊车将钢筋安装在钢桁架上，安装后调直、调平、加固;

(6)螺栓安装和钢栈桥承载调试:安装钢栈桥钢行后,将固定螺栓安装在间距均匀的钢桁架两侧,安装防护栏杆和安全通道的固定螺栓,然后使起重机用于承重钢栈桥的运行调试。满足要求后，钢栈桥架设梁[11]，支栈桥布置图如图11所示。

图11 支栈桥布置图

5.2 边主跨临时墩搭设

边主跨临时墩采用在支栈桥上80 t履带吊配合150型振动锤搭设。基础为9根1000×12 mm钢管桩，入土25 m，根据河床标高及钢管桩顶标设，单根钢管桩长约34 m，分两节施沉，首节长20 m，次节14 m。履带式起重机将振动锤和第一段钢管桩吊装在栈桥上。经过测量和精确定位，振动下落，首节钢管桩下沉至水位线以上1 m位置后，加长分段钢管桩，继续振动下沉，直至下沉到位，钢管桩沉放如图12所示，沉桩偏差如表3所示。

图12 钢管桩沉放示意图

表3 钢管桩沉桩偏差

每排钢管桩下沉到位后，将桩体连接起来，提高桩的横向稳定性。水平连接采用600×8 mm钢管桩。沉钢管桩时，应在低速条件下进行，避免出现高潮位或高流速。所有钢管桩施工完毕后，进行承台施工。施工前放在各桩桩顶标高，安装桩帽钢板，桩帽钢板采用20 mm厚A3钢，桩帽与钢管桩环向焊接，四周焊14 mm肋板，焊缝高度为10 mm。

桩帽施工完成后，安装纵横梁。下横梁为双组合700×300 h型钢，与桩帽焊接，上接三组合800×300 h型钢纵梁，纵横两侧均焊14 mm加强劲板，保证其整体钢度，使上部钢立柱受力能均匀传递至桩基础上。

钢立柱为1200×1400 mm钢管桩，为减少水上作业，横向每两根钢管、平联及桩帽在后场预制加工好，整体吊装与纵梁焊接，四周焊接肋板加强，两组钢管立柱安装完成后，安装平联及斜撑，最后安装顶部承重梁及稳桩钢丝绳。

5.3 中主跨临时墩搭设

中主跨临时墩处通航孔处，采用浮吊搭设。施工前与海事等相关部门办理相关手续，浮吊驶入施工现场抛锚定位，吊振动锤振沉钢管桩，其主要施工方法与边主跨临时墩搭设方法类似。

6 结论

本工程是国内第一座跨径最大的环形单塔双索面斜拉桥，是国内斜拉桥施工技术的新创新。该大桥施工时为减少上部的反力以确保施工的安全，经过系统的分析在每跨跨间设置临时墩。根据工程实际确定桥墩具体尺寸，利用MIDAS/Civil建模验证出最大应力及最大反力，同时，利用临时栈桥来帮助临时墩施工，并对栈桥施工工艺展开具体介绍。结果表明，此项目的施工方法安全可靠，对后续同类型工程具有一定的参考意义。