钢箱系杆拱桥先拱后梁法施工控制

钢箱系杆拱桥先拱后梁法施工控制李永君【摘要】上海市耀龙路桥主桥为主跨152m下承式钢箱提篮系杆拱桥.以该桥为背景，介绍了系杆拱桥先拱后梁法的施工过程以及施工控制方法，为类似工程提供参考.【期刊名称】《城市道桥与防洪》【年(卷)，期】2011(000)007【总页数】5页(P147-150,153)【关键词】系杆拱桥;先拱后梁法;施工控制;耀龙路桥【作者】李永君【作者单位】上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市200092【正文语种】中文【中图分类】U448.22+51工程概况上海市耀龙路桥位于浦东新区规划浦明路上，跨越川杨河。桥西侧为川杨河至黄浦江的入口处，东侧为川杨河导流船闸，北岸跨越防洪堤与浦明路相接，南岸接HQ地块。该桥是2010年上海世博会期间由中环线直接进入世博园区专用通道上的关键桥梁节点，工期十分紧迫。川杨河为V级航道，为保证施工期间川杨河的通航，施工采用少支架先拱后梁法的施工方案。与先梁后拱法相比，这种施工方法拱肋施工速度快，但对加工制造及施工控制提出了较高的要求。图1为耀龙路桥效果图。图1耀龙路桥效果图2结构特点主桥为提篮式钢箱系杆拱桥，主跨152m，桥面宽度40.5m，拱肋与主梁均采用Q345qD钢材。拱肋矢高29m（斜平面），矢跨比1/5.5（立面），横向倾角18°，拱轴线在斜平面内为二次抛物线。拱顶横撑采用扁箱板式结构，两边呈弧形，中间开椭圆孔。拱肋采用变高度矩形截面钢箱拱，板厚采用30mm，箱宽1.8m，箱高由拱顶处2.4m渐变至拱脚处3.3m。主梁采用双边箱截面，尺寸为4.0m（宽）x1.7m（高）。桥面为正交异性桥面板，顶板采用闭口U型加劲肋，横梁间距3.0m，横梁高1.7~2.0m。系杆采用钢绞线，通过竖弯锚固在端横梁，规格为37股，每个拱肋4根，恒载下永久系杆水平力合计3200t。吊杆采用73①7低松弛镀锌钢丝，间距6m,全桥共23对，采用冷铸锚，在拱肋内张拉。图2~图4为桥梁立面、平面、横断面总体布置图。主墩为矩形截面实体钢筋混凝土结构，采用C40混凝土。桩基础选用16根直径1.2m钻孔灌注桩，桩长约65m,选择⑨1层粉细砂作为桩基持力层。承台为哑铃型，高度3.0m，采用C30混凝土。3施工流程主桥施工流程为：主墩承台、立柱施工、端横梁支撑安装一岸上段主梁搁置于支架、拱肋支墩施工一端横梁安装一岸上段主梁安装一两侧拱肋安装一下层临时系杆安装（未张拉）一拱肋大节段安装一下层临时系杆张拉、拆除拱肋支墩一水中段主梁安装-主梁合龙一永久系杆安装、张拉一拆除临时系杆、支架一桥面铺装、成桥。图5为拱肋安装流程示意图。拱肋（不含与端横梁连接的4个拱脚段）分5个大节段在工厂加工，在现场水中支架上拼装。边拱肋节段（S1）的水平投影长度约30.7m，全桥共4个。中间拱肋大节段（S2）的水平投影长度78.6m，重量约650t，为复杂空间结构，安装采用两台浮吊（分别为600t和500t）协同作业，一次成功安装就位。中间拱肋大节段端部安装临时钢横梁，限制安装过程中的变形。同时安装有顺桥向的上层和下层临时系杆，拱肋中段吊装就位后，通过千斤顶使其精确就位，同时通过张拉临时系杆调整拱肋的线型和内力，使整个拱肋线型圆顺，实现了拱肋高精度合龙，之后焊接环形接口形成完整拱肋。图6为拱肋施工过程。图2桥梁总体布置图（立面）（单位：cm）图3桥梁总体布置图（平面）（单位：cm）图4桥梁总体布置图（横断面）（单位：cm）主梁（含端横梁）分14个节段，标准节段长度12m，从两岸向中间依次安装。通过驳船将主梁运至桥位，采用卷扬机提升主梁，达到指定位置后进行主梁环缝焊接。随着主梁节段的增加，拱脚水平力逐渐加大，每安装一个主梁节段，张拉一次下层临时系杆。主梁合龙后，安装并分级张拉永久系杆，同时分级拆除下层临时系杆。4施工控制要点施工控制以线型控制为主，应力控制为辅。线型控制保证成桥时桥梁线型与设计线型一致，应力控制保证桥梁应力状态与计算结果吻合，并在施工过程中应力幅度始终处于容许的安全范围内。图5拱肋安装流程示意图图6拱肋施工过程（1）拱肋线型控制拱肋安装期间，通过上、下层临时系杆控制拱肋线型。为使拱肋节段安装精度满足焊接要求，将S2拱肋大节段在工厂内的测量坐标值进行坐标转换，实现与桥位现场S1拱肋端口的虚拟预拼装，以保证拱肋安装、焊接顺利完成。水中段主梁安装过程中，通过下层临时系杆控制拱脚水平位移，保证拱肋线型与每一施工节段的理论线型接近。（2） 主梁线型控制为确保主梁线型满足设计要求，测量监控每个主梁节段上6个测量控制点。根据测定的主梁控制点坐标，通过调整吊杆张拉端锚头螺母长度控制主梁标高。在主梁吊装过程中，每一梁段吊装完成后均进行测量。图7为主梁节段编号。图7主梁节段编号（单位：mm）（3） 合龙段的跟踪监测由于风向、风力、温度等环境参数的变化会引起桥梁结构的变形，合龙段主梁的长度参数处于动态变化之中，因此必须通过跟踪测量掌握已安装梁段随外界环境参数的变化规律，确定合龙段的几何加工尺寸。图8为吊装合龙段主梁照片。图8吊装合龙段主梁（4） 临时系杆张拉控制临时系杆分为上层和下层两种。上层临时系杆用于S2拱肋大节段运输、吊装和拱肋合龙焊接前调整线型。下层临时系杆根据主梁安装的进展逐步对称张拉完成。由于主梁吊装过程中端横梁滑动支座纵向水平位移变化较大，因此每吊装一个梁段均进行一次临时系杆的张拉。在张拉过程中以位移控制为主兼顾系杆力。（5） 永久系杆与下层临时系杆的替换永久系杆用于运营阶段平衡拱脚推力，下层临时系杆用于主梁安装阶段平衡拱脚推力。主梁安装结束以后全桥实现合龙贯通，之后完成永久系杆的穿索，对称、分批实现永久系杆与下层临时系杆的替换。（6） 吊杆力监测和调整主梁焊接之前，进行主梁线型调整，由于此时钢梁受力处于静定状态，因此吊杆力不变。主梁焊接完成以后，进行吊杆力调整和测量，吊杆力控制考虑后续阶段二期恒载的影响。5施工控制计算采用桥梁专用软件进行理论成桥状态和施工过程中的分析计算。按照施工流程及基本参数，首先确定合理的成桥状态，然后采用正装计算方法确定各施工状态下的结构受力和变形等控制数据，作为施工控制的理论轨迹。5.1计算模型采用空间有限元模型进行桥梁施工过程分析。吊杆与系杆采用桁架单元，拱肋、主梁采用梁单元。自重荷载根据容重按单元安装时间分阶段施加。二期恒载包括桥面铺装、栏杆、灯柱、过河管线等。图9为施工控制计算模型。图9施工控制计算模型在施工过程中，桥梁结构上会增减某些临时施工荷载。对于其中影响较大者，根据施工单位提供的数据及现场调查分析，将这些荷载进行量化模拟，反映在施工控制的实时计算中，以便对施工控制数据进行及时修正。5.2控制性计算结果（1） S2拱肋大节段吊装S2拱肋大节段是柔性空间异形结构，重约650t，吊装过程中临时系杆力控制对于保证结构安全，控制拱肋线型，确保顺利合龙十分关键（见图10）。起吊以后临时系杆力单侧116t。图10拱肋大节段吊装时临时系杆力（单位：t）（2） 主梁安装过程中拱肋变形施工分析表明，水中段主梁吊装过程中，拱肋竖向变形最大处可达130mm，为安装NB3梁段时。通过吊杆的预留长度控制主梁安装位置，而这一过程中均要考虑每一步骤拱肋变形的影响。图11为水中段主梁吊装时拱肋单步位移。图11水中段主梁吊装时拱肋单步位移(单位：mm)7结语为满足施工期间川杨河的通航要求，耀龙路桥采用少支架的先拱后梁法施工方案。由于拱肋采用大节段预制吊装，减少了拱肋空中焊接作业量，节省了施工周期。耀龙路桥作为上海市第一座设计施工总承包的桥梁，于2009年3月26日开始安装端横梁，2009年10月1日主梁中跨合龙，2010年1月