寧波新典橋施工關(guān)鍵技術(shù)

陳濤，王朝，王吉

（1.橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430034；2.中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430034）

1 工程概況

寧波新典橋主橋?yàn)橄鲁惺胶喼т撓湎禇U拱橋，一跨跨越奉化江，鋼箱系梁與鋼箱拱肋固結(jié)，設(shè)雙向6車道，設(shè)計(jì)速度50 km/h。主橋跨徑213 m（主橋長221.6 m），矢高46 m，矢跨比1/4.63，拱軸線為1.7次拋物線，2片拱肋向內(nèi)傾斜16.928°，形成提籃狀，橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度42 m。上部主體結(jié)構(gòu)鋼梁、鋼拱和鋼挑臂均采用Q345qD鋼材。

拱肋采用六邊形封閉鋼箱結(jié)構(gòu)，板件厚度根據(jù)受力情況分段布置。橋面系由橫梁、小縱梁和鋼橋面板（厚16 mm）構(gòu)成，橫梁焊接在2條系梁間，小縱梁焊接在橫梁上形成梁格。在拱腳處采用箱形端橫梁?？缰袡M梁高2.34 m，支點(diǎn)處橫梁高3.34 m，橫梁間距3 m，小縱梁間距8.1 m。

主墩下采用直徑1.5 m的鉆孔灌注樁（摩擦樁）基礎(chǔ)，樁長78 m。固定支座的承臺(tái)（尺寸為10 m×10 m×3.5 m）下設(shè)置9根樁基，其余3個(gè)承臺(tái)（尺寸為10 m×9.1 m×3.5 m）下設(shè)置8根樁基，墩柱為圓形截面，直徑為3.5 m。

2 總體施工方案及施工難點(diǎn)

2.1 總體施工方案

新典橋采用拱梁整體頂推方案施工，從東岸往西岸頂推，頂推總重約8 880 t（其中拱肋臨時(shí)結(jié)構(gòu)重約680 t），頂推距離230 m。拱梁整體頂推施工流程為：場地平整及硬化→主墩及臨時(shí)墩施工→在陸地支架（臨時(shí)墩A1～A13、頂推臨時(shí)墩L1～L5）上分段安裝系梁及橋面系→在梁上安裝拱肋支架并分段安裝拱肋→安裝前、后導(dǎo)梁→采用步履式千斤頂對穩(wěn)定的主拱、主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)頂推→落梁→支架拆除、安裝吊桿（從中向邊方向）→挑臂及人行道安裝、鋪裝等→成橋調(diào)索。

2.2 施工難點(diǎn)

（1）頂推時(shí)由于主橋結(jié)構(gòu)自重約8 200 t，而系梁高2 m，腹板最薄處僅16 mm，腹板受力大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，因此拱肋支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小結(jié)構(gòu)重量且剛度不應(yīng)太大，以保證系梁適當(dāng)?shù)淖冃?，減小系梁受力；支架拆除時(shí)承受較大的壓力，如何通過構(gòu)造設(shè)計(jì)減小支架拆除風(fēng)險(xiǎn)，是拱肋支架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

（2）拱肋為空間六邊形，首節(jié)拱肋在系梁平面的六邊形為非對稱六邊形，由于受力需要，在系梁箱內(nèi)有對應(yīng)于拱肋的六邊形加勁板，將首節(jié)拱肋準(zhǔn)確定位到系梁的加勁板上是拱肋施工的重點(diǎn)。

（3）整個(gè)頂推過程中，結(jié)構(gòu)的支撐點(diǎn)位置和懸臂長度不斷變化，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形也不斷變化，因此在頂推過程中如何保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，始終保證結(jié)構(gòu)的線形可控，是頂推過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)置

3.1.1 臨時(shí)墩

該橋頂推施工時(shí)，共設(shè)11個(gè)頂推墩（編號L1～L11），其中L6、L11號臨時(shí)墩為橋梁P2號、P1號主墩，其余頂推墩均為臨時(shí)墩。受通航限制，江中臨時(shí)墩中心最大間距70 m，江中L7～L10號臨時(shí)墩采用外徑φ1 200 mm混凝土灌注樁，最大樁長80 m。岸上L1～L5號臨時(shí)墩采用φ600 mm×110 mm型管樁，最大樁長50 m，岸上臨時(shí)墩中心最大間距47 m。

3.1.2 拱肋支架

拱肋支架施工的常規(guī)做法為：拱肋安裝階段時(shí)架設(shè)較密的支架體系（此時(shí)支架剛度大、自重大），拱肋焊接成整體后再拆除安裝支架，換成頂推時(shí)較稀的支架（此時(shí)支架剛度小、自重小）。該橋?qū)⒐袄甙惭b支架作為頂推支架，以減小更換支架對工期的影響。根據(jù)拱肋支架截面剛度不同，支架方案如下：

拱肋支架采用Q345B鋼材，總重約680 t，其中豎向支撐桿件選用φ700 mm×20 mm、φ630 mm×12mm、φ630 mm×10 mm型鋼管，橫向聯(lián)系桿件選用φ426 mm×8 mm、φ325 mm×8 mm型鋼管。單榀支架兩豎桿間距在4～6 m，相鄰兩榀支架縱橋向間距在6～12 m，跨中附近四榀支架通過兩道水平桿連成整體。

3.1.3 支架接頭

支架接頭采用型鋼與隔板組合結(jié)構(gòu)，支架柱腳接頭示意見圖1。

圖1 支架柱腳接頭示意

由于支架拆除時(shí)受力較大，為更快、更安全地拆除支架，支架接頭與拱肋采用連接。支架柱頂接頭由上柱頭、下柱頭、嵌補(bǔ)段三部分組成，上柱頭預(yù)先與拱肋底部栓接在一起，下柱頭與支架立柱焊接在一起。支架柱頂接頭示意見圖2。

圖2支架柱頂接頭示意

3.1.4 導(dǎo)梁

前導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長度為45.5 m，后導(dǎo)梁長度為28 m，前、后導(dǎo)梁均由變截面H型鋼和橫向聯(lián)結(jié)系組成。

導(dǎo)梁根據(jù)腹板和頂、底板的厚度分段設(shè)計(jì)。前導(dǎo)梁鋼板厚度變化為30 mm→24 mm→18 mm→14 mm，高度從3 000 mm漸變到1 965 mm，前導(dǎo)梁沿長方向度重量為37.4 kN/m，前導(dǎo)梁與系梁平均剛度比為0.744。后導(dǎo)梁的設(shè)置與前導(dǎo)梁類似，鋼板厚度變化為30 mm→24 mm→18 mm，高度從3 000 mm漸變到1 750 mm，后導(dǎo)梁沿長方向度重量為41.3 kN/m，后導(dǎo)梁與系梁平均剛度比為0.894。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

橋梁主體鋼結(jié)構(gòu)分為拱肋、系梁、橋面3個(gè)部分，受通航條件限制，鋼結(jié)構(gòu)采用陸運(yùn)方式由加工廠運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再進(jìn)行組拼。

系梁與橋面系運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后采取“1+3”方式進(jìn)行整體預(yù)拼，驗(yàn)收合格后整體吊裝至臨時(shí)支墩上。系梁與橋面的制造工藝流程為板單元制造→系梁、橋面板單元、橋面縱（橫）梁制造→系梁定位→橋面板縱、橫梁安裝→橋面板安裝→整體“1+3”預(yù)拼。

拱肋運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后采取單片拱肋“1+1”方式進(jìn)行整體預(yù)拼，預(yù)拼姿態(tài)與設(shè)計(jì)姿態(tài)保持一致，含風(fēng)撐段的拱肋采用雙拱肋與風(fēng)撐進(jìn)行整體預(yù)拼。單個(gè)拱肋節(jié)段由A、B兩個(gè)塊體拼裝成1個(gè)完整拱肋結(jié)構(gòu)后再參與預(yù)拼。拱肋制造工藝流程為板單元制造→拱肋A、B塊體制造→組拼成拱肋→“1+1”整體預(yù)拼。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

橋面與拱肋均采用200 t龍門吊安裝，系梁由西向東依次吊裝，并焊接成整體，拱肋節(jié)段由兩側(cè)向跨中吊裝，在拱頂處設(shè)置合龍段。系梁定位控制測點(diǎn)位于系梁頂面，每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)斷面距離節(jié)段分段線300 mm，橫橋向3個(gè)測點(diǎn)間距1 100 mm；拱肋定位控制測點(diǎn)位于拱肋頂面與底面，每個(gè)斷面設(shè)置5個(gè)測點(diǎn)（頂口3個(gè)測點(diǎn)、底口2個(gè)測點(diǎn)），測點(diǎn)斷面距離節(jié)段分段線300 mm，頂口橫橋向3個(gè)測點(diǎn)間距750 mm，底口2個(gè)測點(diǎn)距拱肋中心線600 mm。

拱肋GL2～GL14節(jié)段箱口均為對稱六邊形，坐標(biāo)計(jì)算及安裝相對容易，而首節(jié)拱肋節(jié)段（GL1節(jié)段與GL15節(jié)段）與系梁交界面為非對稱六邊形。為保證拱肋直接傳力到系梁隔板，拱梁結(jié)合段（圖10）處首節(jié)拱肋節(jié)段需與系梁內(nèi)加勁隔板組成的六邊形對位準(zhǔn)確。因此，拱肋吊裝前，首先將系梁內(nèi)的六邊形在系梁頂板放樣，畫出六邊形形狀，再根據(jù)六邊形位置及測點(diǎn)坐標(biāo)對首節(jié)拱肋進(jìn)行定位。由于拱肋底口為非規(guī)則形狀，常規(guī)方法很難計(jì)算出拱肋在系梁附近的定位點(diǎn)坐標(biāo)，此時(shí)需借助BIM模型計(jì)算坐標(biāo)。首先確定首節(jié)拱肋底面六邊形所需要的測點(diǎn)位置，在BIM模型中模擬出對應(yīng)的測點(diǎn)位置，然后再以理論拱腳為基準(zhǔn)確定六邊形測點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值。

3.4 頂推施工

3.4.1 頂推設(shè)備

全橋采用32套步履式千斤頂，其中4套備用。每套步履頂推設(shè)備含2個(gè)頂推單元、一個(gè)液壓泵站、一個(gè)控制系統(tǒng)，尺寸500 mm×750 mm×1 040 mm，重量3 500 kg。每套千斤頂頂升噸位為2×500 t，縱向千斤頂頂推噸位為80 t，縱向行程為1 000 mm，橫向糾偏千斤頂頂推噸位為2×50 t，行程為50 mm。

3.4.2 頂推線形及內(nèi)力監(jiān)測

頂推前在導(dǎo)梁、拱肋、系梁、臨時(shí)墩、拱肋支架等關(guān)鍵位置安裝變形及應(yīng)力測點(diǎn)，對橋梁頂推過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行智能監(jiān)測。變形采用全站儀全自動(dòng)跟蹤測量技術(shù)監(jiān)測，應(yīng)力采用振弦傳感器監(jiān)測，頂推過程中的支反力由頂推液壓控制系統(tǒng)監(jiān)測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)控制系統(tǒng)。頂推監(jiān)控云平臺(tái)主要顯示的內(nèi)容有結(jié)構(gòu)高程、軸線、關(guān)鍵截面應(yīng)力與各頂推支點(diǎn)反力，該平臺(tái)將所有結(jié)果以曲線、表格形式展示，極大方便了頂推監(jiān)測工作。

3.4.3 線形及內(nèi)力調(diào)整

在頂推過程中，由于系梁自身變截面及頂推豎曲線的影響，頂推系統(tǒng)高度在不斷變化，因此采用超墊的方式使箱梁在頂推過程中始終與步履式千斤頂緊密接觸。由于計(jì)算過程中的系梁剪應(yīng)力達(dá)到114 MPa，為增加結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，防止不確定因素，在頂推過程中采用主動(dòng)控制法調(diào)整系梁受力，即在受力最大處使千斤頂回落2 cm，將最大受力處的支反力分配到相鄰的臨時(shí)墩中，此時(shí)結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力降至99 MPa。該橋整個(gè)頂推過程中，隨著橋梁頂推位置的變化，通過不斷調(diào)整各支點(diǎn)受力控制系梁應(yīng)力不超過100 MPa，保證安全地完成橋梁頂推施工。

3.5 吊桿施工

由于吊桿安裝受到支架影響，必須將支架拆除后才能安裝吊桿，如果將支架全部拆除再裝吊桿，70 m區(qū)域的系梁變形遠(yuǎn)大于拱肋變形，存在吊桿長度不足問題，所以最終方案為拆除一榀支架，再裝上相應(yīng)位置的吊桿，拆除順序由中跨向邊跨對稱進(jìn)行。每次吊桿安裝后，立即吊桿張拉到計(jì)算的的吊桿力，保證其余支架受力較小的同時(shí)，也要保證梁、拱不宜產(chǎn)生較大的變形。

4 結(jié)語

寧波新典橋?yàn)樘峄@拱結(jié)構(gòu)，2片拱肋向內(nèi)傾斜16.928°，橋梁采用拱梁整體頂推方案施工，拱肋安裝支架兼作拱肋頂推支架，具有結(jié)構(gòu)頂推重量大、板件簿、結(jié)構(gòu)受力大等特點(diǎn)。通過優(yōu)化拱肋支架設(shè)計(jì)，減小支撐鋼管截面尺寸，減輕拱肋支架重量與剛度，拱肋與支架接頭采用螺栓連接，不僅可快速拆除支架，而且可確保拆除過程的安全；借助BIM模型精確計(jì)算首節(jié)拱肋安裝坐標(biāo)，保證了首節(jié)拱肋的安裝精度；采用自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)對橋梁頂推過程中的受力及位移進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測，確保頂推過程中的結(jié)構(gòu)安全。寧波新典橋總頂推距離為230 m，整個(gè)頂推過程中未出現(xiàn)桿件屈服、板件變形。