吴淞江（纪鹤路-金沙江西路）系杆拱桥拱脚施工技术

吴志进

(上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 200000)

1 工程概述

纪鹤路-金沙江西路吴淞江桥采用单跨105 m钢管拱肋系杆拱桥，主桥上部结构由钢管拱肋、预应力混凝土系梁与横梁、柔性吊杆及整体化桥面系组成。采用先拱后梁的施工工艺。

全桥横向采用4片拱肋，分别布置于中央分隔带和机非分隔带位置。拱肋采用钢管拱肋，拱肋断面采用矩形钢管拱，拱肋宽1.5 m，高度2.4 m,钢管壁厚22 mm，设R=330 mm倒角；拱肋内设吊杆张拉端锚具。拱肋高24.0 m，矢跨比f/L=1/4.375，拱轴线为二次抛物线。拱肋间设置5道“一”字型风撑，保证桥梁整体稳定安全。系梁与横梁采用预应力混凝土结构，C55混凝土。系梁采用矩形断面，宽1.8 m，高度2.2 m；中横梁为T形断面，梁高1.4 m～1.635 m。详见图1。

图1 主桥正立面图（单位：mm）

2 拱脚现浇段及钢拱肋预埋段施工技术

拱脚结构施工是整个工程实施的关键工序之一，其施工质量的好坏将直接关系到后续拱肋安装、结构受力和安全等状态，因此拱脚结构施工重点围绕拱脚现浇结构的支架体系设计、钢拱预埋段的支撑架设计及其测量定位控制等关键技术工艺[1]。

2.1 结构说明

2.1.1 拱脚混凝土结构

该桥共有8块拱脚，为保证结构的整体性，采用拱脚与端横梁、现浇中横梁一次现浇成型。现浇混凝土距地面高为3 m，总长9.2 m，宽19.35 m。每块拱脚方量为73.5 m3，重量约191.1 t，每个端横梁方量为113.3 m3，重量约294.6 t，现浇中横梁方量为28.8 m3，重量约74.9 t。详见图2、图3。

2.1.2 钢拱肋预埋段

拱肋预埋段总长5.5 m，预埋拱脚内部长度为2.5 m，外露长度为3 m；宽1.5 m，高度为2.5 m，钢板壁厚为2.5 cm。刚性吊杆外形尺寸，高度为2.22 m，长度1.1 m，宽0.5 m。本次拱肋预埋段总重约为19 t。详见图4。

图2 拱脚剖面图（单位：mm）

图3 拱脚现浇位置平面图（单位：mm）

图4 拱肋预埋段结构尺寸示意图（单位：mm）

2.2 拱脚现浇施工技术

2.2.1 现浇支架型式和布置

该工程拱脚支架采用碗扣式满堂钢管支架，碗扣型脚手架材料采用φ48 mm×3.25 mm(Q235)热轧钢管。碗扣式支架使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调托撑，采用50型可调U型标准顶托，可调高度为35 cm，按下部支撑钢管每根布置，顶托伸出长度不大于30 cm，同时根据支架参数调整高度[2]。详见图5。

现浇段施工混凝土平均高度最高为拱脚处4.4 m，最低为桥面板处0.25 m。拱脚段支架搭设参数见表1。

2.2.2 现浇支架体系计算

拱脚与拱脚钢拱肋预埋段部位换算成结构计算高度平均为4.8 m，端横梁两侧壁计算高度为2.9 m，端横梁腹板处计算高度为1.2 m，桥面板计算高度0.3 m，现浇中横梁计算高度1.6 m。

由于碗扣支架的纵向间距相同，横向间距不相同，并且所支撑结构部位也不相同，故不同部位支架所承受的荷载并不相同，因此支架受力分四部分进行计算。根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166—2008）5.3.3节单肢立杆轴向承载力应符合：

φ·A·f=0.469×424×205=40.7（kN）

图5 拱脚、端横梁现浇段支架示意图（单位：mm）

表1 拱脚段支架搭设参数表

根据结构所划分的不同区域进行荷载的组合，运用无组合风荷载时单肢立杆轴向力计算公式确定立杆承载力，并与容许承载力进行比较。表2为碗扣支架立杆承载力计算表。

此外，按照《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》(JGJ 166-2008)规定，当模板支撑架有风荷载作用时，应进行内力计算，并验算连接扣件的抗滑能力。架体内力计算应将风荷载化解为每一节点的集中荷载W；W在立杆及斜杆中产生内力WV、WS。据此自上而下叠加斜杆的最大内力，验算斜杆两端连接扣件抗滑强度。通过详细计算可知，斜杆连接扣件抗滑强度均满足施工使用的要求。

2.2.3 抗倾覆墩设计

根据总体施工工艺程序，预制中横梁在分次对称吊装过程中会对拱脚处产生不平衡力矩，因此在拱脚位置考虑设置抗倾覆墩。

抗倾覆墩按照设计给定的最大竖向力4 990 kN进行设计，抗倾覆墩立柱采用600 mm×900 mm的矩形立柱，立柱高度为4.0 m，混凝土采用C40。考虑到施工过程中会横向移动，在墩顶设置四氟板水平滑动层，上方设置钢垫板。由于在混凝土施工时支架会承担一定水平力，在支架搭设时水平滑动采用抗剪螺栓临时锁定，待混凝土硬化支架拆除后进行抗剪螺栓的拆除。抗倾覆墩设置在拱肋中心线上，距离支座中心线的距离统一为4.75 m。

结合场地条件，抗倾覆墩结构形式分两种，两侧边拱肋按照边承台设计，由于中央分隔带处两个拱肋距离较近，采用一起设计，按照中承台设计，边承台尺寸为3 500 mm×1 800 mm，中承台尺寸为3 500 mm×6 600 mm，高度均为1.5 m，承台顶标高和主墩承台顶标高一致。基础下桩基采用800 mm直径的钻孔灌注桩，由于吴淞江两侧地质情况不同，嘉定段采用桩长57 m，闵行段采用桩长64 m。详见图6。

2.3 钢拱肋预埋施工技术

2.3.1 定位支架设计

图6 抗倾覆墩布置立面图 (单位:mm)

拱脚处预埋拱肋的安装是拱脚施工的关键一步，其施工质量关系到整个拱肋安装，乃至整个主桥施工的质量和安全，为此，根据该桥的结构特点和质量控制要求进行拱脚预埋段安装定位的专项设计。

支架结构设计采用4根P273 mm×10 mm作为立杆，在拱脚预埋段最低点设置2I25a临时拱脚搁置梁，前端在拱肋预埋段的上方下翼缘部位设置2I25a横梁搁置。其余结构采用I25a，L75 mm×75 mm×10 mm组合焊接组成。详见图7。

图7 定位支架三维视图

表2 碗扣支架立杆承载力计算表

2.3.2 定位支撑架设计计算

拱肋预埋段最大重量为16.8 t，通过Midas软件计算得出，定位支架在调整工况下最大位移为0.98 mm，最大组合应力为29.3 MPa，剪应力1.4 MPa，满足定位架的强度和变形要求。计算分析模型详见图8；同样，通过Midas软件计算分析，定位支撑架结构受力体系转换后最大位移为1.395 mm，最大组合应力为30 MPa，剪应力15.5 MPa，可以满足定位架的强度和变形要求[3]。计算分析模型详见图9。

图8 定位支撑架调整工况（单位：kN）

图9 定位支撑架体系转换后工况（单位:kN）

2.3.3 钢拱肋定位施工

（1）立杆定位：立杆定位考虑到避让模板以及拱肋定位，计算4根立杆的平面位置坐标，采用全站仪进行放样。

（2）后端支架横杆：横杆布置前，将拱肋结构后端下口高程，放样至立杆位置，使横杆顶标高控制在拱肋结构后端下口高程±5 mm之内。横杆焊接完成后，将拱肋轴线中心以及0.77 m边线放样至横杆上。详见图10。

（3）前端支架横杆：横杆布置前，将拱肋结构前端下口高程，放样至立杆位置，使横杆顶标高控制在拱肋结构前端下口高程±5 mm之内。横杆焊接完成后，将拱肋轴线中心以及0.77 m边线放样至横杆上。详见图10。

图10 立杆放样示意图

（4）拱肋预埋段中的点位设置：拱肋上、下平面位置画出中心线，并在两个开口的位置标出上、下中线点。下平面中心位置，采用已经布置在横杆上的设计拱肋中心线进行对中，利用全站仪对前后两个端口所标出的上、下中线点位置，进行观测。高程测量，采用水准仪直接测量出两个端口下缘标高。

（5）拱肋预埋段调整：后端支架横杆上布置强制对准装置详见图11，即预先在后端支架横杆上放样拱肋预埋段下口高程及X轴线，安装过程中强制对准。随后只调整Y轴及上口高程即可。详见图12、图13。

图11 底口强制对准装置

图12 后端左右调整装置

图13 前端上下及左右调整装置

3 拱脚施工的关键技术控制

（1）考虑施工的关联性，方案设计时应结合各道前后工序，避免因为只注重局部而造成后道工序难以实施或者损失。拱脚现浇段施工时应特别注意对预应力张拉及中横梁吊装过程的施工措施的综合考虑，如抗倾覆墩的设计及施工应在拱脚现浇段施工时就一并实施。

（2）施工中为了保证结构受力均匀，必须保持对称施工，严禁单侧加载[4]。

（3）拱肋预埋段支撑架在设计时要充分考虑诸如支架本身的承载力、浇筑施工时支撑架的稳定性、支撑架与相关施工是否有干涉、预埋段的调整是否方便、调整完毕后预埋段的固结措施及施工的便利性等。

（4）严格控制拱肋预埋段的安装精度及施工质量。拱肋预埋段的施工质量关系到整个主桥施工质量的关键工序，拱脚处的预埋拱肋安装是拱脚施工的第一步，只有安装到位，满足要求，才能进行下一步的工序。

（5）条件允许的情况下，适当增加拱肋预埋段定位支架的强度及刚度，防止因混凝土浇筑不当，造成支架变形。

4 结语

本文通过吴淞江桥系杆拱桥拱脚施工技术的总结，具体阐述了拱脚施工中现浇支架的设计施工、拱脚预埋段定位支架的设计施工等关键工艺技术环节。从实际运用结果看，相关的设计和施工完全满足结构施工质量和安全的控制，取得了良好的效果。下承式拱桥在公路、铁路及市政桥梁工程中具有很高的应用价值。吴淞江桥拱脚施工技术的顺利运用，为同类桥梁的施工提供了一些借鉴。

[1]JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S]．

[2]王思龙.下承式系杆拱桥先拱后梁施工技术[J].交通科技，2013（5）：38-39.

[3]邵旭东,程翔云,李立峰.桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社,2007.

[4]袁小兵.下承式预应力混凝土系杆拱桥的安装施工要点[J].城市道桥与防洪,2010（2）：78-81.