跨河弧形多腔室钢箱梁桥施工技术研究

蒋永扬，吴晓宇,王俊杰,储聿嘉

(浙江中南绿建科技集团有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引言

随着城市的发展，为实现交通便捷及道路转向功能，新建了一大批弧形钢桥。该类弧形钢桥多采用具有合理受力形式、节省钢材的弧形多腔室钢箱梁。如何高质量完成跨河弧形钢桥的搭设成为建筑领域的重要研究方向[1]。

1 工程概况

作为温州市2018年打造瓯江沿线亮丽城市名片重要组成部分的瓯江路道路及景观改造提升工程，西起环城东路，东至香源路，全长约6.5 km。项目建设从“三线贯通”“交通可达”“生态修复”“文化重塑”“活力滨江”“配套完善”6点出发，全面提升温州瓯江路“瓯江外滩”整体品质，全力打造瓯江特色窗口、彰显温州独特魅力。

上陡门浦桥位于瓯江路北侧，瓯江河流之南岸。瓯江路呈东西走向，是温州市区北面的一条次干道。全桥主轴线长度206 m，桥梁宽度为5.75 m。具体构造形式见图1。

本桥梁起点桩号N0+038.303，终点桩号N0+241.217,主跨为七跨总长度为202.914 m，分为A，B两个节段。其中A节段：长度97.2 m，主跨分4跨，搭接段一段，宽度5.75 m；B节段(如图2～图4所示):长度107.967 4 m，主跨分3跨，搭接段一段宽度5.5 m～14 m。桥梁下部结构为φ1 500 mm钻孔灌注桩单桩基础，单桩长度50 m左右，共11根，下承台为φ3 000 mm现浇钢筋混凝土结构，上盖梁为φ4 600 mm现浇钢筋混凝土结构，接桩部分采用三根φ600 mm钢管混凝土柱，空间三角体布局。

2 施工关键点及所面临的问题

传统跨河弧形多腔室钢箱梁桥所含钢柱常采用大吨位汽车吊进行吊装，钢箱梁采用大型吊装机械进行分块吊装，临时支撑体系辅助就位。此方法在该工程施工过程中面临以下问题：

1)上陡门浦桥原有道路宽度及承载能力难以满足大吨位吊装机械及其他起重设备的施工要求；若采用水上吊装机械进行钢桥所含钢柱的吊装，吊装难度大，造价成本较高。

2)临时支撑需设置在桥梁零弯矩处，因施工条件限制，搭设所需成本较高；若仅考虑成本，安装临时支撑并确定钢箱梁分段点，会致使分段线位置焊缝的内应力较大，在安装过程中容易出现质量事故[2]。

3 实际施工方案

基于跨河弧形多腔室钢箱梁桥施工过程中存在的问题，采用如下解决措施。

3.1 钢栈桥辅助主梁施工方法

关键部分：搭设满足施工承载能力要求的操作平台，根据上陡门浦桥的现有周边作业环境，在上陡门浦新桥北侧搭设由下部结构墩柱、上部结构单层贝雷梁及型钢与防滑花纹钢板桥面组成的钢栈桥。其中，为增加钢栈桥基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[16型槽钢连接成整体；桥面所用钢材采用横纵向铺设方式，构件间采用焊接的方式进行连接，以提高桥面的整体稳定性。搭设桩基平台，平台采用钢管围护桩、管桩连接系、桩顶横梁及倒扣满铺槽钢形成的平台面组成，以实现打桩工序经济高效的完成。设定合理钢栈桥及桩基平台结构形式的同时，根据施工图纸和相关规范，采用有限元分析软件建立钢栈桥及桩基平台的结构模型，验算钢栈桥及桩基平台是否满足承载能力要求，验证操作平台在建造过程中的安全性能。

3.1.1 作业环境分析

钢桥所含钢柱施工需用到打桩设备、钢筋笼、钢模板，以及吊装空间三角形立柱(每个重8 t)，桥北侧还需安装高达4 m的耐候板，因此，需采用大吨位汽车吊进行施工，同时，吊装设备均需要有站立点。原有上陡门浦桥北侧人行道宽有8 m，新桥加宽有5.5 m～5.75 m，即使相关部门允许瓯江路半封闭施工，依旧难以满足大吨位的汽车吊施工作业面要求。由于新建桥梁东西侧为架空板，承载力小。上方不足以承受大吨位的吊车和其他起重设备。因此在上陡门浦新桥北侧设置满足50 t履带吊站位的钢栈桥及满足打桩需求的桩基平台[3]。原有上陡门浦桥现场如图5所示。

3.1.2 钢栈桥及桩基平台的组成

对跨河钢桥下部结构施工作业面缺乏的问题，以瓯江路道路及景观改造提升工程(跨线桥-城投)上陡门浦桥桥梁工程为例，搭设钢栈桥及桩基平台。

在上陡门浦新桥北侧搭设由下部结构墩柱、上部结构单层贝雷梁及型钢与防滑花纹钢板桥面组成的钢栈桥。其中，为增加钢栈桥基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[16形槽钢连接成整体；桥面所用钢材采用横纵向铺设方式，构件间采用焊接的方式进行连接，以提高桥面的整体稳定性。

钢栈桥长为180.0 m，宽为6.4 m，顶部标高为+7.00 m。

桩基平台长12.0 m，宽6.0 m，顶面标高+7.00 m，钢管桩选用φ630×10型号，设计桩长20 m，入土深度16 m。承台梁采用45b工字钢结构，跨径为6 m一个单元；钢管桩之间采用[16型槽钢斜撑剪刀撑；本桥桥面系采用22槽钢满铺，槽钢长度为6 m[4]。

3.1.3 结构分析

1)钢栈桥有限元模型创建(见图6)。

选横向跨度为6 m、纵向跨度为1×12 m为一联跨度进行计算。

荷载施压于中间跨最不利位置，通过履带传递至下方，运用Midas软件，建立模型，输入边界条件、释放梁端约束、定义荷载工况并输入压力荷载。

2)钢栈桥模型计算(见图7)。

强度：板单元最大应力为21.6 MPa<[σ]=215 MPa；钢板强度满足要求。

贝雷梁单元最大应力为174.2 MPa<[σ]=310 MPa(贝雷梁材料为低合金高强钢)；贝雷梁强度满足要求。

挠度：贝雷梁最大挠度为17 mm

3)桩基平台有限元模型创建(见图8)。

计算桩基基础所含受力45b工字钢，运用Midas软件，建立模型。输入边界条件、定义荷载工况并输入节点荷载。

4)桩基平台模型计算(见图9)。

强度：最大应力为32.3 MPa<[σ]=215 MPa；工字钢强度满足要求。

挠度：最大挠度为3 mm

3.2 钢桥主梁安装技术

关键部分：根据工程实际情况，先将一跨梁段吊装至设计位置处临时固定好，然后在待安装的梁段上设置一挂架，在已安装好的梁段上设置位移调节装置，待安装梁段一端支撑在桥墩上，另一端通过挂架和位移调节装置支撑在已安装梁段上，可避免或减少临时支撑架的搭设，从而节省工期、节约成本。同时，钢梁在分段时可以不受施工条件限制，根据受力情况将分段线设置在零弯矩处，从而减少分段线位置焊缝的内应力，间接提高两段钢梁的连接强度[5]。其中，位移调节装置除了能够支撑挂架外，还能够调整待安装梁段X,Y,Z三个方向的空间位置，从而更好地控制安装精度。确定临时结构的具体制作及安装方式，从而实现桥梁的高效安装。

3.2.1 连续钢梁桥安装用临时结构的组成

连续钢梁桥安装用临时结构由挂架1和位移调节装置2组成。其中，挂架1由挂架主梁、挂架横梁、挂架主梁加劲板、挂架主梁吊耳、桥顶面吊耳、销轴组成；位移调节装置2由竖向千斤顶、横向千斤顶、反力座、顶部垫块、限位槽、限位槽底部钢垫板、不锈钢板、桥顶面钢垫板组成，如图10所示。

3.2.2 临时结构的使用

1)根据施工方案，先将选定的一跨完整梁段吊装至设计位置处临时固定好，作为第一个已安装梁段。

2)安装1挂架：将挂架主梁、挂架横梁、挂架主梁加劲板、挂架主梁吊耳、挂架横梁组成的整体通过销轴同桥顶面吊耳连接成整体，从而使挂架1同待安装梁段连接成整体。

3)安装位移调节装置：将限位槽与限位槽底部钢垫板组成的整体搁置在不锈钢板顶面上；将竖向千斤顶放入限位槽内，并将顶部垫块焊接固定在竖向千斤顶的顶部；将3个横向千斤顶搁置在设计位置，并通过焊接同反力座及已安装梁段的顶面临时固定在一起。

4)吊装待安装梁段和1挂架组成的整体，并调整位置，使得挂架主梁支撑在竖向千斤顶顶部的顶部垫块上。

5)通过竖向千斤顶调整待安装梁段的竖向位置，通过横向千斤顶调整待安装梁段的横向位置，直至待安装梁段和已安装梁段之间的拼缝基本对齐。

6)在待安装梁段和已安装梁段之间的拼缝处焊接限位马板。

7)起重机械松钩，并将待安装梁段和已安装梁段焊接成整体。

8)直至整个连续梁吊装完成并焊接成整体。

9)连续钢梁整体卸载，完成安装。

4 结语

本文对跨河钢桥施工技术所涉及的施工用操作平台结构形式及结构分析方法、连续钢梁桥安装用临时结构组成形式及使用方法进行了详细介绍，对类似工程具有良好的参考价值。