大跨度半自錨式斜拉橋梁的設(shè)計與施工

袁 鼎 張祥祺

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著社會發(fā)展的進步，人們對橋梁的要求，除了滿足使用功能外，對景觀也提出了新的要求[1-4]。橋梁跨度的不斷增大，使橋梁工程在工程材料、結(jié)構(gòu)形式、受力體系、外觀等方面也有著不斷的變化。根據(jù)上海市《黃浦江兩岸地區(qū)公共空間建設(shè)三年行動計劃（2015—2017年）》的要求，2017年開始了黃浦江東岸21 km貫通工程。

本工程名稱為“黃浦江東岸濱江公共空間貫通開放——園橋新建工程”，工程地理位置位于洋涇港、白蓮涇、倪家浜、川楊河4條河流匯入黃浦江入河口處，為黃浦江東岸21 km沿線的4處斷點，工程的目標為將這4處斷點，通過架設(shè)景觀園橋，變成4處亮點。4座園橋結(jié)合漫步、跑步、騎行功能，為市民游覽、欣賞黃浦江提供一個絕佳的地點。

本工程涉及的4座園橋——洋涇港園橋、白蓮涇園橋、倪家浜園橋及川楊河園橋中（表1），從工程體量、橋梁跨度、施工難度等方面進行對比，其中川楊河園橋無疑是最具有挑戰(zhàn)性的一座橋梁。

從表1中可以看出，川楊河園橋（圖1）的體量是最大的，且結(jié)構(gòu)形式也是最特殊的。

表1 新建園橋項目各橋結(jié)構(gòu)形式及質(zhì)量

圖1 川楊河園橋效果圖

1 現(xiàn)有常用斜拉索橋梁錨碇體系

一般斜拉索橋梁的主要承重構(gòu)件主纜都錨固在錨碇上，在少數(shù)情況下，為滿足特殊的設(shè)計要求，也可將主纜直接錨固在加勁梁上，從而取消了龐大的錨碇，變成了自錨式斜拉索橋。

自錨式斜拉索橋梁有以下的優(yōu)點：

1）不需要修建大體積的錨碇，所以特別適用于地質(zhì)條件很差的地區(qū)。

2）受地形限制小，可結(jié)合地形靈活布置，既可做成雙塔三跨的懸索橋，也可做成單塔雙跨的斜拉索橋。

自錨式斜拉索橋梁在中小跨徑橋梁中是很有競爭力的方案，但也不可避免地有其自身的缺點：

1）由于主纜直接錨固在加勁梁上，梁承受了很大的軸向力，為此需加大梁的截面，對于鋼結(jié)構(gòu)的加勁梁則造價明顯增加，對于混凝土材料的加勁梁則增加了主梁自重，從而使主纜鋼材用量增加，所以采用了這2種材料的跨徑都會受到限制。

2）施工步驟受到了限制，必須在加勁梁、橋塔做好之后再吊裝主纜、安裝吊索，因此需要搭建大量的臨時支架以安裝加勁梁。所以自錨式懸索橋若跨徑增大，其額外的施工費用就會增多。

3）錨固區(qū)局部受力復(fù)雜。

4）相對地錨式懸索橋而言，由于主纜非線性的影響，使得吊桿張拉時的施工控制更加復(fù)雜。

2 半自錨式斜拉橋梁結(jié)構(gòu)體系

本工程中的川楊河園橋所處地理位置為川楊河匯入黃浦江入河口，川楊河作為浦東新區(qū)主要船只運輸河道，船流量大，且入河口處設(shè)有一海事檢查點，大量船只需要?？吭谲O船邊接受檢查。故在這種情況下，為了不對過往船只造成影響，并在建成后的使用中保證橋梁的安全性，川楊河園橋設(shè)計為單跨過河，主橋跨徑為165 m，橋?qū)挒?～10 m的半自錨式斜拉索橋梁（圖2）。

圖2 川楊河園橋主橋及基礎(chǔ)示意

半自錨式斜拉索橋梁結(jié)構(gòu)形式，是在自錨式斜拉索橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，保留其優(yōu)點，并有效改良其缺點而形成的結(jié)構(gòu)形式。它不同于將錨碇設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)橋梁上的自錨式橋梁結(jié)構(gòu)，也不同于將錨碇獨立設(shè)置在橋梁體系以外的地錨式橋梁結(jié)構(gòu)，而是將斜拉索錨固端設(shè)置在橋墩上，斜拉索張拉端設(shè)置在橋梁主體鋼結(jié)構(gòu)A塔上。整個橋梁基礎(chǔ)既作為斜拉索固定端，也作為橋梁豎向承重結(jié)構(gòu)。

3 半自錨式斜拉橋梁施工工藝

3.1 施工技術(shù)路線及總體吊裝方案

設(shè)計及施工方案階段須對主橋吊裝分段進行綜合考慮：跨中段的分段長度應(yīng)滿足航道允許留設(shè)的臨時通航孔凈寬要求；邊跨段分段主要考慮浮吊起重半徑和起重能力；按上述原則擬定分段位置后，各分段在每個施工步驟下的自身穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)安全性。

綜上考慮，最終確定將主橋分為5段，考慮到工期緊迫，將運輸方案定為大件水上運輸至橋位附近碼頭，浮吊整體吊裝就位。

3.2 工程前期施工準備

3.2.1 相關(guān)手續(xù)辦理

在施工前期準備階段，由于川楊河園橋為跨河自然橋，且施工技術(shù)路線確定需要在河中設(shè)置2處臨時水中支墩，根據(jù)《中華人民共和國水上水下施工作業(yè)通航安全管理規(guī)定》以及相關(guān)規(guī)定的要求，必須完成《通航安全評估報告》的專家評審會議，并且辦理《水上水下施工作業(yè)許可證》。

3.2.2 主要措施結(jié)構(gòu)施工

根據(jù)川楊河園橋施工技術(shù)路線，需要在河中搭設(shè)2處臨時橋墩及南北兩岸各搭設(shè)1處臨時橋墩，共計4處（圖3）。在每處臨時橋墩頂部設(shè)置4個100 t千斤頂，共計16個，為橋梁架設(shè)完成后標高調(diào)整及卸載做好準備工作。

圖3 川楊河臨時支墩布置（南岸）

本工程中，混凝土橋墩距離一級防汛墻最近處僅8.5 m，在該范圍內(nèi)需要搭設(shè)岸上臨時支墩，對該范圍（約100 m2）采用50 cm碎石、10 cm黃沙進行加固，并鋪設(shè)路基箱進行壓力擴散。

臨時支撐采用5塊路基箱作為基礎(chǔ)，面積為75 m2，4根15 m鋼箱梁作為壓力傳遞構(gòu)件，4根φ1 000 mm鋼立柱作為豎向支撐，4根φ609 mm短柱作為支撐短柱，若干角鋼作為斜向支撐（圖4、圖5）。

圖4 岸上臨時支墩立面

圖5 岸上臨時支墩側(cè)視

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中，如何在交通繁忙的航運主干道上既滿足施工安全、質(zhì)量及進度的要求，又不影響航道的正常通航，是最突出的矛盾點。水中臨時橋墩可以很好地平衡兩者之間的關(guān)系。通過在水中避開主航道區(qū)域，利用浮吊掛振動錘打設(shè)鋼管樁，樁頂通過箱梁及臨時支座起到臨時支點作用，并可兼作施工操作平臺。

3.2.3 河道疏浚工作

本橋梁采用水上浮吊吊裝作業(yè)，分為2部分：第1部分為跨河主梁吊裝；第2部分為引橋水上運輸至現(xiàn)場，由浮吊船起吊至岸上，交由汽車吊進行吊裝工作。因此在施工準備階段，須由勘察單位配合，對浮吊作業(yè)范圍、運輸船?？糠秶M行河道及岸邊下部疏浚工作。

由于川楊河南岸為國際友好城市公園，并非船只專用碼頭，故為了減少清淤工作量，項目部提前查閱歷年潮水資料，確定在吊裝作業(yè)當日的高潮位進行吊裝工作。

3.2.4 相關(guān)單位協(xié)調(diào)工作

川楊河園橋位于川楊河匯入黃浦江河口，上游建有一楊思水閘。川楊河作為浦東新區(qū)貨船運輸主力航道，每日通航船只較多。故項目部將確定的施工日期提前報備楊思海事所，確定浮吊施工作業(yè)時間，航道全封閉，并提前做出公告，減少對往來船只的影響。在浮吊施工期間，閘門封閉6 h，確保施工時的安全性。

吊裝浮吊船采用700 t非自航起重船（秦航工66），施工時需要在浮吊船四周設(shè)置5處臨時錨固點固定船身，其中2處錨固點需要設(shè)置在黃浦江內(nèi)。項目部提前和海事所溝通，作業(yè)時對黃浦江進行半航道封閉。

每日水上吊裝作業(yè)時間有限，且采用吊裝作業(yè)的船只較多，故需要尋找一碼頭，在非作業(yè)時間供施工船只及運輸船臨時停靠。經(jīng)項目部實地走訪，發(fā)現(xiàn)川楊河北岸為原耀皮碼頭，碼頭結(jié)構(gòu)完好，歸于申江集團管理。經(jīng)過項目部多次溝通，申江集團同意將該碼頭借予項目部臨時使用（圖6）。

圖6 施工船舶?？课恢檬疽?/p>

3.3 川楊河園橋主橋水上吊裝施工

川楊河園橋主橋水上吊裝施工主要流程為：駁船就 位→吊裝期間川楊河封航→楊思水閘內(nèi)及浮吊船上游兩側(cè)各100 m處設(shè)警戒船監(jiān)護，并提醒黃浦江東側(cè)航行船舶減速慢行→臨時停泊區(qū)1、2泊位禁止停泊→浮吊船頭設(shè)手拉葫蘆，與鋼箱梁連接，以便最后微調(diào)整鋼箱梁角度→前錨采用臨時錨點或者固定錨點，后錨采用軍艦錨。

3.4 預(yù)應(yīng)力斜拉索施工

川楊河園橋主橋兩側(cè)各設(shè)置6根預(yù)應(yīng)力拉索，共計12根。對張拉全過程實行專業(yè)監(jiān)理和項目工程師旁站跟蹤制度，嚴格按照已審批方案進行施工。

安裝預(yù)應(yīng)力拉索時，采用對稱安裝，即南北兩岸拉索同時進行安裝。先安裝下部錨固端，再使用汽車吊配合卷揚機將上部鎖頭與鋼結(jié)構(gòu)橋梁進行連接。

張拉預(yù)應(yīng)力拉索時，將12根拉索分為3組。張拉過程共分為2次，第1次張拉分為5個階段，第2次張拉根據(jù)監(jiān)測單位測量數(shù)據(jù)進行補張拉工作。

第1次張拉：鋼結(jié)構(gòu)主橋吊裝完成，但河中臨時支撐未拆除。

第2次張拉：鋼結(jié)構(gòu)主橋吊裝完成，且河中臨時支撐拆除完畢。

通過監(jiān)測采集器得到數(shù)據(jù)后，對測量后發(fā)現(xiàn)與設(shè)計要求張拉力存在較大差距的拉索進行補張拉工作。

3.5 橋梁整體線形調(diào)整

針對川楊河橋主橋為矮塔斜拉鋼桁架結(jié)構(gòu)，165 m一跨過河，用鋼量逾1 700 t的特點，在前期準備階段，對臨時支墩施工時做出預(yù)拋高的對策。水中臨時支墩標高提高50 mm，岸上臨時支墩標高提高40 mm。在主橋橋梁架設(shè)完成后，在橋梁上設(shè)置13處標高控制點（圖7）。

圖7 標高控制點布置

在測量期間，1號標高控制點與設(shè)計值對比，發(fā)現(xiàn)低了22 mm，立即安排施工人員使用臨時支墩上預(yù)安裝的100 t千斤頂進行頂升工作，將其向上頂高25 mm。

經(jīng)過數(shù)日的觀測，橋梁整體線形穩(wěn)定，過渡平緩，并滿足設(shè)計及規(guī)范要求，達到了預(yù)定的目標。

4 結(jié)語

大跨度半自錨式斜拉橋梁設(shè)計與施工技術(shù)在川楊河園橋橋梁工程中成功實施，且目前反響良好。通過本工程的建造，可為以后的大型人行跨河園橋工程提供參考，也可為特殊環(huán)境、復(fù)雜工況下的橋梁施工提供解決方案。

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