陳洪敏，趙 龍，杜 偉，張廣東，任炎權(quán)

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100007)

1 工程概況

S245渦河大橋主橋全長153.9m、橋?qū)?0m(3.833m挑臂+3.2m拱梁結(jié)合段主縱箱梁+25.934m中間箱室+3.2m拱梁結(jié)合段主縱箱梁+3.833m挑臂)，一跨跨越渦河四級航道，為大跨徑下承提籃式鋼箱系桿拱橋。拱圈中心距橋面高度30m，矢跨比1∶5，主拱圈采用等截面雙片鋼箱拱。全橋從橋面上看兩拱圈均向內(nèi)傾斜12°，風撐為掏橢圓孔的異形箱梁。主橋共有46根吊桿、8根系桿。渦河大橋主橋效果如圖1所示。

圖1 渦河大橋主橋效果

橋梁主跨橋面系采用正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)形式，橋面板厚18mm。橋面板由4根I形小縱梁進行支承，小縱梁梁高1 450mm，間距5.1m，鋼板厚20mm。小縱梁之間再設(shè)置U形加勁肋，U形加勁肋采用頂寬300mm、高280mm、底寬170mm的閉口肋，閉口肋的間距為0.6m。橫梁采用整板式橫隔板，分普通橫梁及吊桿區(qū)橫梁2種，其中吊桿區(qū)橫梁間距為6m，中間布置普通橫梁，距吊桿區(qū)橫隔板3m。主橋采用剛性與柔性組合系桿，即鋼縱梁結(jié)構(gòu)，作為主受力結(jié)構(gòu)承受拱圈的水平推力，同時也作為橋面系的加勁梁結(jié)構(gòu)，其中鋼縱梁梁高2.2m、寬3.2m。兩側(cè)鋼縱梁內(nèi)各設(shè)置4根體外預應力鋼絞線，組成結(jié)構(gòu)的柔性系桿體系。橋面系立體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 橋面系立體結(jié)構(gòu)

拱肋斷面為等截面箱梁，截面高2.35m，橫向?qū)?.85m。拱肋內(nèi)部均采用I形加勁助，加勁肋高220mm，頂、底板加勁肋間距為450mm，腹板加勁肋間距為480mm。拱箱內(nèi)，順橋向每隔2m設(shè)置1道橫隔板，橫隔板平面與拱軸線垂直，橫隔板中心采用挖空處理，便于后期檢修人員出入。挖空孔洞邊緣采用寬150mm、厚12mm鋼板包裹一圈進行加勁處理。在吊桿處另外設(shè)置吊桿加勁隔板，與吊桿軸線方向一致，加勁隔板厚25mm，加勁隔板中心預留1.0m空間，便于吊桿的錨固張拉。拱肋立體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 拱肋立體結(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)場安裝方案比選

2.1 安裝方案

根據(jù)渦河大橋施工環(huán)境和條件，對項目主橋安裝方案進行設(shè)計和比選，具體有以下4種安裝方案：①原位浮吊拼裝施工；②原位門式起重機拼裝施工；③纜索吊機拼裝施工；④頂推拼裝施工。

1)原位浮吊拼裝施工 原位浮吊拼裝施工如圖4所示，主橋上部結(jié)構(gòu)吊裝采用先梁后拱施工方案，起吊設(shè)備采用1臺320t浮吊，臂長80m。即先安裝架設(shè)主橋鋼梁，待鋼梁安裝完成后，再安裝拱肋及風撐，并同步安裝吊索，精確調(diào)整索力及線形后，拆除支架。在主橋橋位上方搭設(shè)拼裝平臺臨時支架，支架采用鋼管貝雷梁結(jié)構(gòu)，在跨中留有雙向30m通航孔，平板駁船運輸鋼梁節(jié)段至橋位處，利用浮吊按逐塊拼裝架設(shè)，完成橋面系鋼梁安裝，在鋼梁上搭設(shè)拱肋風撐支架，采用浮吊分別從兩端拱腳對稱安裝，至拱頂梁段合龍。

圖4 原位浮吊拼裝施工示意

2)原位門式起重機拼裝施工 原位門式起重機拼裝施工如圖5所示，主橋上部結(jié)構(gòu)吊裝采用先梁后拱施工方案，起吊設(shè)備采用1臺75t門式起重機。鋼梁拼裝前在主橋左、右側(cè)搭設(shè)寬度45m門式起重機軌道支架，安裝門式起重機作為提升站及架梁吊機拼裝設(shè)備。安裝時主梁端橫梁采用管樁支架方式進行架設(shè)，標準梁段鋼梁采用貝雷梁及鋼管搭設(shè)節(jié)段梁的縱向支撐平臺方式進行架設(shè)。主橋鋼梁節(jié)段分幅采用駁船運輸至梁段吊裝孔，用門式起重機提升安裝，縱橋向由拱腳節(jié)段向跨中節(jié)段合龍。拱肋和風撐工廠加工完后，在鋼梁吊裝孔封閉前運輸至現(xiàn)場已安裝完成梁段上臨時存放，待剩余鋼梁安裝焊接完成后根據(jù)分段在現(xiàn)場架設(shè)支架，采用門式起重機分別從兩端拱腳對稱安裝，至拱頂梁段合龍。

圖5 原位門式起重機拼裝施工

3)纜索吊機拼裝施工 纜索吊機拼裝施工如圖6所示，主橋可采用先拱后梁施工方案，即在主引橋下部結(jié)構(gòu)施工完成后，搭設(shè)纜索吊機系統(tǒng)和拱腳拼裝支架，安裝拱腳梁段并將兩岸梁段鋼絞線對拉固定，然后對稱安裝拱肋及風撐，同步安裝吊索直至合龍后，逐塊吊裝安裝鋼梁栓焊連接，配切法完成梁段合龍施工，最后安裝系桿預應力體系，完成張拉和最終調(diào)索，拆除纜索吊機系統(tǒng)。

圖6 纜索吊機拼裝施工

4)頂推拼裝施工 頂推拼裝施工如圖7所示。在臨岸一側(cè)陸地上搭設(shè)主橋鋼梁拼裝平臺和頂推支架，岸上頂推支架借助已完成的引橋承臺，拼裝支架個別借助已完蓋梁，搭設(shè)較設(shè)計主橋標高高出20cm的拼裝平臺，利用1臺跨徑46m、吊重50t門式起重機進行鋼梁節(jié)段安裝，橋面系安裝完成后搭設(shè)拱肋和風撐拼裝支架，逐段拼裝拱肋和風撐直至合龍，在拱梁支架設(shè)置鋼支撐，河道中設(shè)置3排頂推支架輔助墩，安裝15m前導梁，利用多臺連續(xù)步履機頂推過河至主墩墩位，拆除拱梁鋼支撐，張拉系桿和吊桿，完成體系轉(zhuǎn)換后成橋。

圖7 頂推拼裝施工

2.2 安裝方案比較分析

根據(jù)不同安裝方法所適應的施工環(huán)境及優(yōu)缺點，對各安裝施工方案進行比較分析，如表1所示。

2.3 施工方案擬定

項目對主橋上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造進行了細部研究，橋面系鋼梁為常規(guī)結(jié)構(gòu)，直接搭設(shè)支架安裝便利，風撐為異形箱室結(jié)構(gòu)，空間幾何尺寸復雜，不易于工廠化加工制造；考慮到現(xiàn)場高空作業(yè)拼裝難度將進一步加大，項目將中間部分拱肋和整個風撐在橋面鋼梁低支架上整體拼裝，降低拼裝支架高度，進一步減小安全作業(yè)難度和風險，通過提升架，將中間部分拱肋和整個風撐整體提升到位后，安裝合龍段拱肋，完成合龍施工。此種方法解決了異形風撐安裝難度和施工風險，在整體頂推施工的基礎(chǔ)上，結(jié)合風撐施工工藝，在同一座橋梁形成了部分提升+整體頂推法進行大跨徑下承式鋼箱系桿拱橋的獨創(chuàng)安裝工法。

渦河大橋施工關(guān)鍵階段如圖8所示，具體施工步驟為：主橋鋼梁擬采取在引橋10～14號墩位置由下至上(即先梁后拱)進行拼裝(地面起30m高以下的結(jié)構(gòu)拼裝采用50t門式起重機吊裝、30m以上的結(jié)構(gòu)吊裝采用240t汽車式起重機吊裝)，考慮到跨中78m的長拱與風撐高度較高、風撐制作難度大、與拱肋匹配難度大，故考慮跨中78m長的拱與風撐(700t)在橋面拼裝成整體，采用提升的方式整體提升到位，然后對稱焊接2m長拱肋嵌補段，最終實現(xiàn)合龍。主橋拼裝到位前，完成水中4排頂推支架臨時墩搭設(shè)；主橋拼裝到位后，安裝前導梁，對鋼梁和拱肋進行剛性連接支撐加固，拆除拱肋拼裝支架和提升支架，采用步履式起重機頂推方式，將主橋整體頂推到位，拆除前導梁、張拉系桿吊桿、實現(xiàn)成橋。

圖8 渦河大橋施工關(guān)鍵階段

3 施工模擬分析

3.1 有限元模型

根據(jù)主橋頂推施工流程，查找最不利工況進行分析，驗算鋼梁和臨時支架體系結(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)定性，保證施工方法的正確性和合理性， 為現(xiàn)場準確施工的指導依據(jù)。頂推施工過程中，共有14個施工工況，在階段CS1～CS14中，CS7，CS8，CS14分別為鋼梁后懸臂、前懸臂最大，為最不利工況(控制工況)，在3個工況下進行鋼梁及拱肋、支架體系的受力驗算。本橋采用有限元分析軟件MIDAS/Civil建立全橋模型，對橋梁整體頂推施工最不利階段進行仿真模擬。渦河大橋有限元分析模型如圖9所示。

3.2 計算結(jié)果

最不利施工狀況下主梁及拱肋的計算結(jié)果如圖10，11所示，渦河大橋提升、頂推施工過程中，最不利工況下的鋼梁和拱肋最大應力、剪力及變形均符合規(guī)范限值要求，受壓翼緣與縱向加勁肋區(qū)格、受拉翼緣與縱向加勁肋區(qū)格的鋼梁局部穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，頂推過程中傾覆最不利工況下渦河大橋抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)計算均滿足>1.3的限值要求。

表1 各安裝方案優(yōu)缺點

圖9 渦河大橋有限元分析模型

圖10 施工過程鋼梁與拱肋的應力和剪力包絡(luò)圖

圖11 拱肋提升過程中對拉變形和提升受力驗算

4 結(jié)語

本項目主橋部分提升+整體頂推施工工法結(jié)合式安裝方案，能更好地結(jié)合實際工程需要進行綜合討論確定，變水上施工為陸地施工，引用先進的施工技術(shù)解決高空水上作業(yè)風險，減少鋼梁拼裝作業(yè)難度，為更好地實施質(zhì)量進度管控提供了基礎(chǔ)平臺保障，通過測算，優(yōu)化后的施工方案較原位拼裝法施工，在現(xiàn)場大臨結(jié)構(gòu)措施費方面就節(jié)省近200萬元，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。