大跨度钢箱拱桥拱肋施工理论研究和应用

朱 斌

柳州市城市轨道交通建设促进中心，广西 柳州 545000

1 工程概况

官塘大桥主桥为中承式钢箱拱桥，一跨过江，结构体系为有推力提篮式拱桥。主桥全长462m，桥梁有效宽度为39.5m，双向六车道。主拱计算跨径为457m，净跨径为450m，净矢高为100m，矢跨比为1∶4.5，拱平面与竖直平面的夹角为10°。钢混结合段拱肋截面宽度为5.012m，截面高度为10.36～10.58m；主梁跨径布置为（17.5+24.5+36×10.5+21+21）m。主桥节段划分及横撑布置如图1所示。

图1 主拱节段及横撑布置侧面图（单位：cm）

2 施工重难点

该工程的施工重难点如下：（1）全桥共58个拱肋节段，钢箱拱肋节段最大重量达304.1t，最大吊装重403.2t，最大吊装高度为107.93m，吊装难度大；（2）主拱肋向桥梁中线内倾10°，结构构造特点使拱肋安装难度较大、精度要求高；（3）钢箱拱肋安装及施工措施项目水中作业量大，施工周期较长，需跨越1个洪水期，洪水期具有暴涨暴落、流速快的特点；（4）东岸为新区开发地块，多条路网同时施工，西岸为三门江国家森林公园，珍稀植被多，移植工作繁重；（5）柳江为水运主要通道，过往船舶较多，水上作业对航道正常运行影响大。

3 施工方案比选

该项目立项之初计划采用“缆索吊装，斜拉扣挂”法安装拱肋，后经深入研讨，此方式存在如下缺点：（1）起吊重量有限，目前最大的起吊重量约为300t，这在钢管混凝土拱桥中较适用，但是对于大跨径钢箱拱形式的拱肋，拱肋节段重量较大，这种方式需要设置更为庞大的临时设施，从而增加了施工成本；（2）施工周期长，由于临时设施庞大，高空作业多，特别是各节段悬拼过程中均需要精确定位、焊接；（3）异形拱线形控制难，为了增加横向稳定性、提升美观度等，钢箱型拱肋往往设置成空间异形，这就增加了悬拼过程中的定位难度，同时随着悬拼数量的增加，累计误差将会逐渐增加；（4）对地理环境要求高，该工程东岸涉及珍稀植物大量移植，西岸需避开多条路网施工，交叉作业风险极高。

经过与各方专家研讨，进行方案比选，最后决定采用“低位拼装+段拱肋整体提升”的创新方法进行拱肋安装，以保证拱肋安装的安全性，提高安装精度，施工总体布置如图2所示。

图2 低位拼装+中段拱肋门架法整体提升施工设计图（单位：mm）

4 方案可行性分析

“低位拼装+段拱肋整体提升”的创新方法主要是将主拱分为边拱段、中拱段和合龙段，边段采用浮吊在支架上拼装，中拱段拱肋采用已设置好的提升门架将重达5885t的中段拱肋进行整体提升。方案总思路为中拱段在设计桥位处以下67.27m搭设低位拼装支架，拼装支架根据柳江通航、行洪条件设计，确保施工期间柳江航道的正常通航及行洪。中拱段合龙完成后张拉临时水平约束索，采用门式提升支架+连续提升系统整体提升67.27m后，660t浮吊依次吊装合龙段至设计桥位处，人工辅助就位，实现钢箱拱肋合龙。

为了确保拱肋能顺利实施，使结构受力合理，拱肋安装施工前，采用Midas、Ansys建立有限元模型对拱肋安装工况进行精细的分析计算，分析拱肋、支架及各构件的应力、强度、刚度和稳定情况，主拱肋安装施工步骤如表1所示。

表1 各工序理论分析汇总表

5 结束语

根据该工程理论分析结果表明，拱肋安装及合龙过程中，拱肋的应力水平较低，支架应力未发生明显的增加情况，拱肋、临时支架及各构件的应力、强度、刚度均满足要求。另外，该工程于2018年5月12日完成主拱肋的安装，轴线安装偏差为13mm，高程安装偏差为24mm，达到了规范允许值的1/7，高效、优质地完成了拱肋安装施工任务，为类似工程施工积累了宝贵的经验。