王雪能 刘 为

（中铁四局集团有限公司 苏州 215100）

2011年国务院通过“国发号［2011］2号文”发布的《国务院关于加快长江等内河水运发展的意见》，提出要利用10年左右的时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系，大力推进高等级航道网建设，实施航道升级整治工程。航道等级升级后，通航净空加大，众多既有跨河桥梁需拆除改建。研究如何降低新建桥梁施工对既有航道的运营干扰，对顺利推进等级航道网建设、保持经济社会和谐发展具有积极意义。

苏南运河三级航道桥梁工程戚墅堰大桥横跨京杭运河常州段，主桥采用111m跨径的下承式钢管混凝土系杆拱。目前京杭运河水运繁忙，过往船只川流不息，且过千吨级的船舶及拖挂船队很多，为降低社会影响，海事部门往往要求施工期间不得断航，如在河道内搭设施工支架，其净跨度不得小于40m，通航限高不得小于7m。为解决新建桥梁施工与航道运营的矛盾，采用“大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙”施工技术，在戚墅堰大桥成功实施，该技术较好地解决了通航河道上新建钢管混凝土系杆拱桥施工对航道运营干扰大的难题，实现了施工预制化、拼装化、机械化，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 工程概况

戚墅堰大桥位于常州市戚墅堰区，桥梁横跨京杭运河，是苏南运河航道“四改三”升级改造项目中的重点工程，现有桥梁跨越桥位处水面宽约61m，航道中心线与路线中心线交角为74.86°。苏南运河系规划的三级航道，通航净空80m×7 m，设计最高通航水位3.3m。因航道拓宽，现有桥梁净空不满足三级航道要求，故需拆老桥建新桥，新建桥梁位于原桥位处，新建桥梁主桥宽30 m，桥型结构图见图1。

图1 桥型结构图（单位：cm）

主桥采用下承式钢管混凝土系杆拱，计算跨径111m，矢跨比1／5，矢高为22.20m，拱轴线为二次抛物线。系杆采用箱形截面，梁高2.2m，宽1.4m；拱肋采用哑铃型钢管混凝土，钢管外径1.3m，钢管及腹板壁厚16mm，内充C40微膨胀混凝土，拱肋高度为3.0m；每片拱设吊杆19根，吊杆为刚性吊杆，采用OVM.GJ15－19钢绞线成品索；风撑采用8道K撑，由外径130cm和90 cm钢管焊接而成，壁厚分别为16，12mm。

施工图设计中明确了主桥采用先拱后梁的施工方法，因此结构设计上两端拱脚之间设置了格构式劲性骨架，主肢为4根200mm×200mm×24mm的角钢，内设L75mm×50mm×8mm剪刀撑；系杆混凝土浇筑时，劲性骨架上可附设模板，并由吊杆的外套钢管吊挂，从而完成系杆的浇筑施工。

戚墅堰大桥主桥岸地钢管拱肋、劲性骨架以及拱脚和端横梁均采用支架法施工，跨河部分采用大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙，拼装成形包括拱肋、吊杆、吊索、劲性骨架、系杆钢筋、系杆底模全部安装就位，钢管拱肋只在分段接头处设置钢管支墩。

2 施工控制重点

大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙施工技术难点如下：

（1）大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拱肋、劲性骨架对接。根据图纸推荐方案，跨河部分采用岸上组装大跨钢管系杆拱桥半跨骨架成形的方法进行施工，在组装及吊装过程中稍有变形将导致对接不上，因此给岸上组拼、测量、吊装提出了很高的精度要求。

（2）大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拱肋岸地组拼成形吊装对组拼支架的设计有要求，支点少了拱肋容易发生变形，导致对接不上；支点过多导致拱肋整体外移困难。因此拱肋岸地支架设计是重难点，需要精确计算确定支墩个数。

（3）大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拱肋的吊装。拱肋构件水平投影长度51.31m，重约1 924.1kN，吊装高度约27m。水上吊装时，浮吊的额定起重能力、臂长、倾角等要满足要求，钢丝绳的捆绑应牢固准确、钢丝绳的安全系数不应太小；另尚需检算该段钢管拱肋在吊装过程中的应力与变形，确保变形在可恢复的弹性范围内，并小于规定的容许变形。

（4）由于大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拱肋是在岸上整体拼装包括钢筋、劲性骨架、吊杆、吊索、底模全部安装就位吊至支架上的，前期拱肋安装主要是依靠劲性骨架克服水平推力，现在由于跨河部分采用大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙受封航时间限制，不可能有足够的时间来对焊劲性骨架。

3 施工工艺及操作要点

3.1 工艺流程

大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙施工工艺流程见图2。

3.2 操作要点

3.2.1 大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形

（1）拱肋组拼。大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拱肋在现场专门设计的胎架上采用平卧法组拼，拱肋在工厂制作运至现场后，通过汽车吊将拱肋吊放至卧拼胎架上，拱轴线精调就位后，利用胎架将拱肋对接口固定牢固，然后进行对接焊缝施焊以及焊缝质量检测。

（2）系梁劲性骨架组拼。在拱肋与系梁劲性骨架组装支架上进行系杆劲性骨架组拼。组拼前，采用汽车吊将工厂集中分段制作的系梁劲性骨架按组拼编号在胎架上就位，焊接成长节段，安装系梁底层钢筋和吊杆下锚，按模板设计要求安装吊模系统的底模，之后绑扎系梁剩余钢筋、安装预应力孔道和系梁心模。系梁劲性骨架与钢筋骨架在每个合龙口预留1～2m的合龙段，在拱肋合龙后在进行现场安装、焊接。

图2 大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙工艺流程图

（3）大跨钢管系杆拱桥拱肋与系梁劲性骨架组装。采用浮吊将平卧组拼好的大跨钢管系杆拱桥半跨骨裸拱翻身，吊至按设计搭设好的组装支架上，并设置八字斜撑将拱肋支撑牢固，以防倾覆。之后，安装吊杆和吊索，使长节段拱肋与系梁劲性骨架组装成一组合体。组装支架采用格构式钢管桩支墩，支墩顶部的拱肋定位胎架与其下的系梁劲性骨架轴线水平投影重合。为减少岸上拼装场地占地，多片组合体组装支架并排布置，相邻2片组合体组装支架共用一排立柱。组装支架布置见图3。

图3 大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形使用支架布置图

3.2.2 大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装吊点选择

大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装吊点设置于拱肋上，吊点设置应根据骨架体长度与重量、浮吊吨位与数量计算确定，按吊点位置对拱肋起吊工况的受力情况进行验算，确保拱肋安全、变形满足要求。同时，为减少吊环制作与焊接工作量，吊点宜设置在吊杆位置，采取捆绑拱肋的方式连接，同时应对吊杆套管与拱肋连接焊缝的抗剪强度进行验算。

3.2.3 大跨钢管系杆拱桥半跨骨吊装吊绳选择

吊绳的夹角宜控制在30°～60°之间，根据浮吊的有效起吊高度合理确定。吊绳规格应根据确定的夹角和起吊重量计算确定，吊绳的破断拉力与计算拉力相比，安全系数不应小于6.0。

3.2.4 大跨钢管系杆拱桥半跨骨单片吊离组装支架

由于大跨钢管系杆拱桥半跨骨的系梁劲性骨架布置于拱肋组装支架立柱内（见图4），因此，在起吊时必须首先采用浮吊将单片组合体竖向稍微提升，使其与组装支架脱离；然后，将系梁劲性骨架横移方向侧的支架钢管立柱底部段采用气割迅速割除；之后，浮吊后退，使单片组合体吊离组装支架，直接进行总装。具体步骤见图4。

图4 大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊出组装支架施工步骤

拆除已吊离大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装支架外侧立柱后，再采取同样工艺、步骤将依次将其余骨架吊出。最后一片骨架吊出后，组装支架仅依靠单排立柱支承，体系的稳定性偏弱，应迅速拆除组装支架或截除底部段增设临时支撑；并且在支架设计时，应对此工况的支架体系进行强度和整体稳定性验算。

3.2.5 拼装成形的大跨钢管系杆拱桥半跨骨架整体吊装合龙

（1）拱肋合龙。桥位合龙时，重点控制钢管拱肋合龙对接精度，拱肋水平位置依靠总装支架顶部设置的胎架进行控制。总装前，预先测量将定位胎架的平面位置确定并固定牢固；总装时，依靠胎架进行粗定位，并通过三维坐标进行精确定位控制，与设计坐标比较指导精调，直至合龙精度满足规范要求，然后焊接码板实现拱肋合龙，码板的数量和焊缝长度应根据拱肋合龙后的轴力计算确定。

（2）系梁劲性骨架合龙。系梁劲性骨架在岸上施工组合体时，即在每端预留1～2m的合龙口，合龙口采用4根直径32mm精扎螺纹钢对拉系梁劲性骨架实现临时合龙，以平衡拱肋合龙后的水平推力。临时合龙装置设计见图5。在拱肋对接焊缝施焊完成后，安装合龙口劲性骨架和钢筋骨架。

图5 系梁劲性骨架临时合龙装置

（3）浮吊落钩。拱肋码板焊接完毕、系梁劲性骨架临时合龙措施对拉就位后，即可进行浮吊落钩，撤离航道。

3.2.6 落架

拱肋合龙对接焊缝施焊和系梁劲性骨架合龙段安装就位、施焊完毕并经检测合格后，即可进行拱肋支架落架。落架时，采用气割割除总装支架顶部的定位胎架来实现落架，落架顺序严格遵照设计要求进行。

4 施工注意事项

（1）拱肋卧倒拼装时严格控制拼装线形及拱肋卧倒后的水平面，控制吊杆的相对位置。

（2）拱肋搁置在拼装支架上后严格控制垂直度，确保拱肋在支架上垂直，以便能够在后期与岸上段顺利对接。

（3）准确测量预留大跨钢管系杆拱桥半跨骨架跨河净空与大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装长度关系，确定骨架修切量。

（4）系梁水平拉杆应在吊装之前安装在大跨钢管系杆拱桥半跨骨架系梁骨架上，跟从大跨骨架一同起吊，待拼装成形的半跨骨架整体吊装合龙就位立即拉杆带紧。

（5）大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装吊点应采用软件空间准确模拟计算，确保起吊后角度和变形控制在要求的范围内。

（6）由于拱肋吊装时结构处于连续加悬臂结构，改变了拱肋的受力状态，因此吊装过程中尽可能不要附载，减小拱肋变形。

5 结语

戚墅堰大桥主桥于2012年5月10日开始在岸上组装跨河段拱肋与劲性骨架，2012年6月15号完成桥位总装合龙，总工期历时36d。拱肋合龙精度为分别为上游拱肋水平偏差8mm、竖向偏差8mm，下游拱肋水平偏差9mm、竖向偏差6 mm。施工过程封航仅5次，封航时长均为省级海事部门可批准时长4h。

实践证明，采用“大跨钢管系杆拱桥半跨骨架拼装成形整体吊装合龙技术”施工跨通航河道的钢管系杆拱桥，有效缩减了封航次数，安全、质量可控，并且加快了施工速度，降低了施工成本，该技术较好地解决了通航河道上新建钢管混凝土系杆拱桥施工对航道运营干扰大的难题，实现了施工预制化、拼装化、机械化，取得了良好的经济效益和社会效益。

［1］ 苏南运河三级航道桥梁工程（常州段）戚墅堰大桥施工图设计.

［2］ 苏南运河三级航道桥梁工程（常州段）戚墅堰大桥主桥施工技术方案.

［3］ 陈宝春.钢管混凝土拱桥［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］ 程翔云.世界大跨径钢筋混凝土拱桥（续）［J］.中南公路工程，1991.

［5］ 冯翔林.下承式预应力系杆钢管混凝土拱桥施工［J］.桥梁建设，1992.

［6］ 许晓锋.钢管混凝土拱桥设计规范［S］.重庆：重庆交通科研设计院，2004.