苏州斜港大桥施工方案研究

2016-10-09馨朱

福建交通科技 2016年4期

关键词：支墩桁架桥面

■宋　馨朱　晓

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，上海　200127；2.江苏中泰桥梁股份有限公司，靖江　214500）

苏州斜港大桥施工方案研究

■宋馨1朱晓2

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，上海200127；2.江苏中泰桥梁股份有限公司，靖江214500）

新建苏州斜港大桥主桥是一座全钢结构的桁架式双层桥面梁拱组合钢拱桥，为苏州市东环快速路南延工程的重要桥梁。桥梁采用双层桥面布置，跨径组合为69+180+69＝318m，横桥向布置两片主桁，上层桥面宽41.6m，下层桥面宽48.6m。经济合理的钢结构安装方案是成功实现设计理念的有力保证，本文通过对现场施工条件的深入分析，进行了全支架施工和顶推施工两种施工方案综合比选，最终确定了钢结构厂内制作，分节段运输至现场全支架组拼，先梁后拱的施工方案，可供类似工程借鉴。

双层桥面梁拱组合钢拱桥现场安装全支架施工

1　工程概述

苏州市斜港大桥是一座全钢结构的双层桥面桁架式拱梁组合体系桥梁，为苏州市东环快速路南延工程的重要节点，位于吴中区苏申外港线（斜港）与京杭大运河交叉口处。

斜港大桥主桥采用双层桥面布置，跨径组合为69+ 180+69＝318m，横桥向布置两片主桁，主桁间距36m。上层桥面宽41.6m，其中车行道宽33m，为城市快速路；下层桥面宽48.6m，其中车行道宽33m，为城市主干路；上层桥面设置1m宽的检修道，下层桥面设置1.5m宽人行道和3m宽非机动车道。斜港大桥实景见图1，立面和横断面见图2和图3。

2　结构设计

本桥为桁架式拱梁组合体系，拱和梁通过结合段大节点相连，拱的推力全部由主梁承担。主梁和桥墩之间设置大型球钢支座。

横桥向设两片主拱，每片主拱为由上下两根八边形的箱型拱肋组成的桁拱体系，采用三角桁式。全桥共设置15道箱型风撑。

主梁主桁采用三角桁式，标准段弦杆与斜腹杆的夹角为60°左右。主桁包含上下弦杆、腹杆、整体节点。桁架杆件之间采用整体节点板，整体节点之内采用板件对齐直接传力，节点板仅起到应力扩散的作用。

桥面系分为正交异性桥面板（车行道）、横梁、人非车道挑臂、检修道挑臂。标准的正交异性板块长度约9m，由厚16mm的桥面板、纵向“U-肋”和小纵梁组成。主横梁和副横梁平均间距各约9m，交错布置。主梁标准阶段构造图见图4。

全桥共设17对吊杆，分为柔性索、装饰索两种。其中柔性索型号Φ7-127，的镀锌高强度平行钢丝索。吊杆顺桥向为9m，分别锚固在主拱和主梁节点横隔板所连接的吊耳处。

3　施工条件分析

（1）斜港大桥位于吴中区苏申外港线（斜港）与京杭大运河交叉口处，其中京杭大运河为三级航道，苏申外港线为现状四级、规划三级航道。两条航运均十分繁忙。

（2）在以往工程设计中，航道部门要求跨越航道的永久性桥梁需一跨过河，且在施工时水中不得设临时墩。但在桥位下游100m处有一临时性的斜港便桥，是按照60m临时通航宽度实施的，斜港大桥在施工期间可以参照。

（3）主桁梁标准节段外形尺寸为26.6（长）×38.2（宽）× 10.4（高）m，重量约840t，难以实现大节段整体运输和架设，故采用主桁及桥面系分节段运输、现场组拼的方式。

（4）为适应本桥双层桥面的特点，主梁采用桁架式，具有较大刚度。故可以采用“先梁后拱”的安装方案。主梁边跨和主跨的南半侧完全位于岸上，可采用最经济的全支架安装方案；主跨的北半侧位于水上，则存在多种施工可行性，需要对各种施工方案进行论证后，选择最经济合理的方案。

（5）从地理位置来看，京杭运河、苏申外港线和苏申内港线（吴淞江）三条航道围城一闭合的环状，由外港线出入京杭运河的船只存在经内港线绕行的可能。航道地理位置图见图5。

4　施工方案

4.1顶推施工法

主桥钢结构现场安装采用南北两岸钢主梁顶推，河中间合龙，河中拱肋及风撑采用浮吊吊装的施工流程。顶推施工时在钢桁主梁下弦杆的若干位置设置大型临时支墩，顶部设置纵向滑移轨道梁，同时设置了竖向和横向千斤顶的调节装置；待钢主桁、下桥面和上桥面形成整体后，采用ZLD自动连续顶推系统进行钢结构连续性和同步性前行的施工工艺。

南岸采取两次顶推，最大顶推重量5373t，北岸采取一次顶推，顶推重量4839t。钢桁梁合龙段和拱肋采用浮吊安装。

具体施工步骤如下：

步骤1：临时支墩及拼装支架施工，并在临时支墩墩顶设置顶推平台，在河中LS3临时支墩打设钢管桩时，需间歇性断航。详见图6。

步骤2：在临时支墩上部的顶推平台上分步安装主桁及桥面系，按计划顶推，南岸采取两次顶推，北岸采取一次顶推，顶推时为了保证过往船舶安全，需间歇性断航。详见图7。

步骤3：在P2主墩与水中大型临时支墩LS3设置千斤顶进行合龙口位置的调节，通过浮吊安装合龙段，主桁梁合龙后安装相应的上下桥面及上下挑臂。需间歇性断航。详见图8。

步骤4：边跨拱肋采用履带吊安装，河中拱肋、风撑采用浮吊施工，需间歇性断航。详见图9。

步骤5：拱肋合龙段吊装采用浮吊进行吊装，需间歇性断航。详见图10。

步骤6：主桥吊装完成后，需要进行临时支墩拆除、表面防腐涂装，河中的主桁及桥面系下部施工时，需间歇性断航。详见图11。

4.2全支架施工法

在钢桁主梁下弦杆与斜腹杆交叉节点位置均设置临时支墩，调整各临时支墩顶面标高，采用大型履带吊或浮吊等设备分别安装钢主桁、下桥面节段、上桥面节段、拱肋、风撑，逐段安装成整体的施工工艺。

钢结构桥采用正常通航（60m通航净孔）和封航（预留仅施工船舶通行的16m净孔）两种状态的施工模式。钢桁梁的安装顺序为：先下桥面系，后两侧钢主桁，然后上桥面系，其次下挑臂板，再次上挑臂板。钢桁拱肋和风撑的安装顺序为：从两端向中间逐段定位、逐段焊接。

具体施工步骤如下：

步骤1：根据拆迁进度情况，先进行北岸后进行南岸陆岸主桁、桥面系及拱肋的安装、焊接工作。在此期间，保持航道正常通行。在陆岸施工的同时，在桥址南北两侧进行防撞墙施工，做封航前准备。在此期间，在南北两侧封闭线上布设彩色灯带，并安设警示灯具，提醒过往通航船舶提前进入中间的60m航道，避免撞击临时支墩。详见图12和图13。

步骤2：河道搭设主桁拼装支架并进行构件安装，需封航。中间预留净宽16m的施工通航孔，没有施工船舶进出时采用栏杆连接固定；封闭线上通长布设彩色灯带，并安设警示灯具，用于提醒过往船舶绕道航行。详见图14。

步骤3：2015年1月底完成拼装支架的拆除工作，恢复航道通航。

4.3方案综合比选

4.3.1技术难度比选

（1）同步性

顶推施工方案南岸最大顶推距离长达100m，长距离顶推对施工技术、顶推设备要求很高。而且本桥横向宽度48.6m，顶推施工时两侧同步性难以保证，直接影响工程质量及施工进度；全支架方案施工则不存在同步性的问题。

（2）线形控制

顶推施工方案钢桁架梁工厂加工中包含了施工预拱度，故主桁梁底呈竖曲线。而钢桁架梁在顶推前进过程是变化的竖曲线，因此需要多次调节桁架梁的标高，当调节时，需停止向前顶推，将顶举千斤顶放置在纵梁牛腿下端，顶举牛腿进行超垫。此施工工序繁琐，线形控制难度非常大。

顶推方案由于通航航道并不位于主跨跨中，导致主桥中跨合拢后，南北墩支座反力、全桥受力及线形均不对称，需采用调节边墩支座的支撑高度使桥梁受力、线形达到设计成桥状态。

全支架施工通过在临时支架顶部预先将标高点调整到位，安装时直接将构件放置到位，进行微调，施工方便，线形控制简单、精确度高，整桥线形更为可控。

全支架施工在支架上拼装主梁节段，主跨合拢后，受力线形皆能满足设计成桥状态，无需调节边墩支座的支撑高度，施工方便，整桥线形更为可控。

（3）临时支架受力

顶推施工是一个动态过程，钢桁架梁行进过程中一旦支架产生脱空现象会导致单个支架上的支反力过大影响桁架梁结构安全。

全支架施工临时支架受力明确、简单，施工时临时支架安全性有保障。

（4）结构加强

顶推施工由于采用了滑板式顶推施工，故钢主桁下弦杆矩形截面内必须增设加劲板，增加了桥梁自重，间接地影响桥梁使用寿命；全支架施工无需结构加强。

4.3.2经济造价比选

顶推施工投入材料、设备主要有2套专用顶推设备、1台500t浮吊、2台350t履带吊，钢材550t，钢筋50t，混凝土620m3；PHC管桩4500m。

全支架施工投入材料、设备主要有1台500t浮吊、3台 350t履带吊、2344mΦ600×110PHC管桩（C80）、1500t钢管材料（包括钢桁梁拼装支架、防撞设施）。

综合分析：采用全支架施工预计减少投入约200万元。

4.3.3水上施工比较

顶推施工只需间歇性断航；全支架施工需完全封航，水上施工期间船只需绕行。

4.4方案比选结果

综合以上各种因素，考虑到新建苏州斜港大桥为全钢结构桁架式双层桥面梁拱组合钢拱桥，设计较为新颖，技术比较复杂，施工难度大，工期紧，为最大程度保障大桥施工质量和施工安全，以及保证施工工期，斜港大桥主桥钢结构采用集中封航约300m的全支架施工方案。对航道进行5个月的集中封航，避免间歇性断航对船舶航行管理带来严重困扰，有力地保证了施工工期，使苏州东环快速路按时建成通车。