主橋設計關鍵技術
1 引言
因能充分合理利用土地、河流、空間，共用基礎節省投資等優勢，使近年來公鐵兩用橋在大江大河上大量成功套用。已建橋樑結構形式分為以下幾種:
( 1) 鋼桁斜拉橋，如武漢天興洲公鐵兩用長江大橋，主跨 504 m，上層 6 車道公路，下層 4 線鐵路，上下橋面寬度基本一致;
( 2) 剛性懸索，採用三片桁加勁連續鋼桁梁橋，如石濟客專濟南黃河公鐵兩用橋，主跨 180 m，上層 6 車道公路，下層 4 線鐵路;
( 3) 部分斜拉下橋面寬度基本一致，採用三片桁連續鋼桁結合梁，如鄭州黃河公鐵兩用橋，主跨168 m，上層公路橋寬 32． 5 m，下層雙線鐵路，三片桁結構，邊桁傾斜，上層為鋼樑上弦桿與混凝土橋。
濱北線松花江公鐵面板結合形成的結合橋面兩用橋綜合考慮使用功能、地形、地質、水文、通航、嚴寒氣候等因素採用主跨 144 m 下加勁連續鋼桁梁結構，主桁採用兩片直桁，公路及鐵路橋面均採用正交異形板結構。屆時，該橋將成為黑龍江省內最長的跨江公鐵兩用橋，不僅極大提高濱北線鐵路運能，還將成為連線江北新城區與江南老城區的重要交通走廊，具有極其重要的社會意義和經濟意義。本文結合相關研究，詳細闡述了主橋結構設計的總體思路，並介紹了桁高、桁寬、橋面系、材質等主要設計要素。
2工程概況
濱北線松花江公鐵兩用橋改建工程位於哈爾濱市區。既有濱北橋位於濱北線K2 + 620 處，是中國最早的公鐵兩用過江大橋，於1933 年12 月建成通車，已運營81 年。經鑑定評估認為，濱北橋鋼樑各主要桿件剩餘壽命嚴重不足，病害性狀明顯，濱北橋在正常條件下可使用至2016 年 使用壽命即將到期 。因此決定對本橋進行改建，改建完成後拆除既有橋。改建橋位選擇在距既有濱北橋下游50 m 處，與既有濱北橋平行，橋位處松花江兩岸堤壩間距離2．2 km。改建鐵路濱北線正線線路全長7．0 km，橋樑長度4．171 km。根據鐵路、公路的線路規划走向，在跨江主橋段及江北灘地引橋段採用公路、鐵路上下層布置方式。江北公路引橋接近北大堤後 (鐵路53 號橋墩位置)平面彎出，位於鐵路的上游側;南岸公路引橋過南大堤後(鐵路17 號橋墩位置) 平面彎出，位於鐵路的下游側。
3建橋條件
橋址位於哈爾濱市區，沿線經過地區大的地貌單元主要為松花江沖積平原、松花江河漫灘，地形平坦，地面高程一般在98 ～124 m。沿線交通條件便利，江南地區建築物密集。表層由雜填土、沖填土和粉質黏土組成，上部地基土主要由砂土組成，中間不均勻夾有厚薄不等的黏性土夾層，下部為白堊紀粉砂質泥岩。本地區為北寒帶氣候條件，年氣溫36．4 ，最低氣溫－38．1 ;最大凍結深度2．05 m，多年平均相對濕度為66% 。松花江為季節性封凍河流，一般11 月中旬封凍，翌年4 月上、中旬解凍，封凍天數150 d 左右，一般冰厚1．1 m，最大可達1．6 m。場地50 年超越機率10% 水平下的基岩地震動水平加速度峰值為0．088 g。
4主要技術標準
4．1 鐵路主要技術標準
鐵路等級: 級; 設計時速: 120 km; 正線數目:雙線; 設計荷載: 中 －活載。
4．2 城市道路主要技術標準
道路等級:城市快速路;計算行車速度:60 km / h;設計荷載:城－A 級，人群3．5 kN / m;橋面布置:雙向六車道+ 兩側各2．0 m 人行道，橋面全寬30 m。4．3 設計洪水頻率及橋樑建築限界設計洪水頻率:1 /100;校核洪水頻率:1 /300;橋樑建築限界:均按客貨共線鐵路建築限界(V ≤160km / h)－橋樑建築限界(電力牽引區段)辦理;航道等級: 橋區河段航道等級為國家 級; 通航淨寬:滿足 級航道單孔單線通航115 m(95 m 加上由於角度大於5°需要加寬的20 m)的要求;通航淨高: 南汊為主航道，北汊為副航道，主、副航道設計通航水位時通航孔淨高≥13 m。
5主橋設計
5．1 孔跨布置
根據松花江橋的建設條件和工程自然條件，在充分利用橋位的地形、地貌並滿足通航要求和水文條件的情況下，並綜合考慮施工組織方案。本橋主橋通航孔跨布置為:2 －96 m + (96 + 2 × 144 + 96)m + 6 －96m;鐵路引橋部分跨越北岸大堤處採用1 －96 m簡支系桿拱跨越，其餘鐵路引橋均採用24 m 及32 m標準T 梁形式。
5．2 聯長劃分
鋼軌伸縮調節器是軌道的薄弱環節，從行車安全性、舒適性及線路少維修的角度考慮，應儘量避免設定或少設定鋼軌伸縮調節器。由於線路受哈東站接軌及主孔通航淨空要求，19、20 號墩分別位於縱坡及豎曲線上，21 ～32 號墩均位於平坡段。根據規範 鋼軌伸縮調節器不宜設定在縱坡及豎曲線上，因此19、20 號墩處不宜設定鋼軌伸縮調節器。且根據規範 對於溫度跨度大於100 m 的鋼樑，每一溫度跨度應安設一幅鋼軌伸縮調節器。綜合以上考慮，將孔跨布置定為2 －96 m 簡支鋼桁梁+ (96 + 2 × 144 + 96)m 連續鋼桁+ 6 －96 m 簡支鋼桁梁，並將連續梁固定支座設定在24 號墩。主橋除20 號至24 號橋墩之間鋼軌溫度跨度超過100 m 外，其餘孔跨上的鋼軌溫度跨度均小於100 m，主橋僅需在21 號橋墩位置設定一幅鋼軌伸縮調節器。
5．5 鐵路橋面系選擇
鐵路鋼桁梁橋面系主要有鋼 －混結合橋面系、正交異性板鋼橋面兩種形式 。由於本橋採用連續梁結構，主橋最大聯長為480 m，下層為雙線鐵路，活載大，橫樑面外彎曲和混凝土板受拉嚴重，且橋址處位於嚴寒地區，凍融破壞影響大，混凝土抗裂性無法保證，因此，本橋鐵路橋面採用自重輕、承載力強、整體性好、能參與結構整體受力的正交異形板結構，其上鋪設防水層+ 6 cm 厚耐磨層。
5．6 公路橋面系選擇
國內外已建或在建的公路鋼桁梁橋面系的結構形式主要有:整體鋼橋面+ 普通混凝土(厚度10 cm)+ 瀝青混凝土(厚度9 cm)、整體鋼橋面+高性能瀝青混凝土(厚度5 ～7 cm)、結合梁橋面。經綜合比較，3 個方案工程造價相差不大，但橋址區為嚴寒氣候條件，該地區橋樑橋面鋪裝成熟套用經驗顯得尤為重要，因此，本設計採用鋼橋面板+ 10 cm 混凝土鋪裝層+ 9 cm 普通瀝青混凝土鋪裝方案。
5．7 主橋結構設計
5．7．1 主桁設計
經綜合比較，主桁採用帶豎桿的三角形桁架，兩片主桁橫向中心距為14 m，桁高14 m，節點間距。主橋(96 + 2 × 144 + 96)m 孔跨中墩處設下加勁弦，加勁弦高10 m，兩側分別設定兩個節間範圍; 其餘孔跨主桁為平行弦桁架;主桁上、下弦桿及加勁弦桿均採用箱形截面，主桁腹桿受力較小的桿件以及受拉桿件採用工字型，受力較大的桿件以及受壓桿件採用箱形。最大桿件吊裝重量約為45 t。加勁弦處桿件採用強度較高的Q420qE 鋼，平弦主桁桿件和橋面系等均採用Q370qE 鋼。
5．7．2 聯結系
為保證主梁框架的橫向穩定性，在每個節點處均設定了橫向聯結系，聯結系採用三角形桁架結構，桁高2 500 mm，聯結系桿件採用H 型截面。
5．7．3 支座
主橋布置為2 －96 m + (96 + 2 × 144 + 96)m + 6－96 m，固定支座分別設定在19 號墩、20 號墩、24 ～30 號墩處。主橋144 m 跨中墩採用80 000 kN 級球形鋼支座，邊墩及次邊墩採用20 000 kN、70 000 kN 級球形鋼支座。96 m 簡支鋼桁梁採用20 000 kN 級球形鋼支座。
5．7．4 伸縮縫裝置
主橋伸縮縫裝置21 號墩處採用D720mm 型，19號墩處採用D160mm 型，20 號、25 號～31 號墩處採用D240mm 型。
5．8 主橋施工方案
主橋22 ～24 號、28 ～31 號墩為水中墩，基礎和墩台採用棧橋和墩位平台方案施工，承台採用雙壁鋼圍堰施工。其他墩鑽孔樁施工採用築島施工，承台施工採用鋼板樁圍堰施工。
鋼樑架設通過在岸上以及水中( 不影響通航位置) 搭設臨時支墩，架梁吊機架設、中間合龍的施工方案。先由21 號、25 號橋墩處分別向22 號、23 號墩方向架設至合龍口;合龍後，22 號墩架梁吊機調轉回頭，往19 號墩方向架設簡支鋼樑;23 號墩架梁吊機調轉回頭，往31 號墩方向架設簡支鋼樑;臨時連線簡支鋼桁與連續鋼桁，簡支鋼桁梁公路懸臂部分滯後一孔架設安裝。安裝完成後對橋面附屬進行施工。
6耐久性研究
由於該橋設計最低溫度為－43．1 極端最低氣溫減5 橋樑用結構鋼的各項力學性能指標在規範中沒有規定，因此本橋模擬橋位超低溫環境對結構用鋼板及各種接頭形式的焊接工藝進行了試驗，試驗顯示在超低溫環境下鋼板及焊接質量技術標準滿足:
(1)縱、橫對接焊縫金屬屈服強度(Rel)和抗拉強度(Rm)不低於母材標準值;
(2)焊縫金屬屈服強度(Rel)不低於母材標準或實際值，且不超過母材實際值的100 MPa;
(3)焊縫金屬屈服強度(Rel)超強時，則屈強比應小於0．85(或基材實際值) ;
(4)焊縫韌性:縱、橫對接接頭三區(焊縫、熔合線、熱影響區)－43 的卻貝衝擊功AkV:Q370qE不低於41 J，Q420qE 不低於47 J。
主橋拆除施工技術
1 工程概況
流溪河大橋位於廣花公路差頭～新街段 K7+426 處，大橋全長約 。 流溪河大橋主橋為帶336m掛梁的預應力混凝土T形剛構橋，跨徑為52．5m+，上、下游分左、右兩幅布置。主橋 T 構懸臂52．5m由預製的暗管箱形梁段利用預應力鋼絞線懸拼而成，梁段與梁段間採用環氧樹脂膠接。 構箱梁截面為單箱雙室，在懸臂根部及端部各設1道隔牆。左幅箱梁頂、底板寬度分別為 、 ，右幅11．5m9．36m箱梁頂、底板寬度分別為 、 ；箱梁中13．45m11．16m心高度從11號塊的1．8m 到0號塊的4．8m 呈二次拋物線變化。主橋掛梁為25mT 梁，其中左幅每跨6片T梁，右幅每跨7片T梁。掛梁的中梁梁寬均為 、梁高均為 ；掛梁的邊梁梁高均1．78m 1．8m為 ，左、右幅掛梁的邊梁寬度分別為 、1．8m 2．14m；掛梁的跨中腹板厚 、梁端腹板厚2．21m 0．14m。 梁與 T 梁間通過橫隔板側面及頂板的0．36m T預埋鋼板焊接在一起。由於交通量劇增，流溪河大橋出現樁基下沉 ，雖然交通部門制定了流溪河大橋應急搶險段交通組織方案對其進行搶險加固，但檢測鑑定結果顯示，原橋已經不宜繼續承受車流荷載，需拆除並建設新橋，以滿足不斷增加的交通通行需求及通航等級級的要求。由於爆破拆除方案存在施工風險大、需封航、暫停通車、警戒範圍大等不利因素，綜合考慮橋下通航狀況、工程經濟性、安全性，根據相關工程經驗並與提出利用 2台 50m架橋機聯體主橋 0 號塊臨時固結，依次拆除左幅 25mT 梁和 T構箱梁的11號塊至1號塊，將架橋機橫移至右幅橋，按照左幅橋拆除方式拆除右幅橋。
2 大橋主橋拆除施工技術
2．1 兩端懸掛T梁拆除施工技術
在拆除懸掛 T 梁前，利用風炮機鑿除蓋梁或牛腿上 T 梁腹板兩側的防震擋塊；安裝架橋機後，首拆除架橋機正下方的2片 T 梁之間的連線，並將這2片T 梁吊離，以2片 T 梁為1組，將其餘分組的T梁橫移至架橋機正下方，逐片拆離、吊裝剩餘的梁片，最後轉運 T 梁至鑿除區進行鑿除。
2．1．1 拆除順序
遵循“移梁不移機”的原則拆除 T 梁，即架橋機安裝後，保持架橋機固定不動，以2片 T 梁為1組，使其橫移至架橋機下方，逐片拆除。左幅 6 片 T 梁的拆除順序為：拆除T3號梁→拆除T4號梁→橫移T5 號、 號梁 → 拆除 T5 號梁 → 拆除 T6 號梁 → 橫T6移 號、 號梁 拆除 號梁 拆除 號梁。T1 → T1 → T2T2
2．1．2 T梁切割
採用機械及氧氣切割T 梁之間的連線，採用碟式切割機切割T梁頂板混凝土面板之間的連線，採用鏈條切割機切割橫隔板板體，採用氧氣切割橫隔板之間的連線鋼板。採用鏈條式切割前，需在每道橫隔板兩側各20cm處，沿T梁接縫中心線位置鑽穿繩孔（孔徑為5cm，孔深穿透翼板）。在T梁橫移到位前，不能切割兩兩連體的 T梁橫隔板、濕接縫和面板，T梁橫移到位後方可切割，然後逐片拆除。在T梁切割前，利用木楔將每片T梁兩端橫隔板底部與蓋梁之間緊固，以防在拆除過程中相鄰 T梁發生側翻事故。
2．1．3 T梁吊裝
吊裝T梁前，將天車移至 T梁的正上方，並保證梁體吊點與梁的中心在同一條直線上。吊鉤上部鋼絲繩與吊鉤利用鐵絲連線在一起，以防鋼絲繩抖動脫鉤；在鋼絲繩與梁體倒角處墊弧形鋼板，以避免倒角處的鋼絲繩彎折損傷嚴重。
利用架橋機的2台天車吊裝 T梁，首先單端起吊T梁約5cm，並緊固 T梁的另一端，梁體起吊後，轉換吊裝T梁的另一端。兩端同步提升 T梁，待梁體底板高出橋面1．2m處時，同時縱移天車至引橋橋面運梁平車位置。
2．1．4 T梁橫移
架橋機固定不動，其正下方 T梁吊裝後，橫移兩側 T梁至架橋機2片主導梁間。由於單片 T梁橫移穩定性較差，故採用2片 T梁一起橫移。在沒有橫移T梁的情況下，先起吊架橋機主導梁中間2片（左幅）或1片（右幅）T梁，餘下梁體分組，兩兩一體橫移。T梁橫移前進行千斤頂、牽引裝置、滑移裝置等安裝準備工作，利用千斤頂頂升 T梁，待 T梁頂升至滿足滑道安裝高度後，拆除支座，安裝滑道並調平，同時將滑塊安裝到滑道內，千斤頂回油，使梁底落到滑塊頂面，最後安裝牽引裝置，完成梁體橫移。T梁橫移的關鍵技術如下：
（1）T梁頂升。千斤頂支撐在腹板的底部，靠近支座墊石外側位置，每片 T梁採用2台千斤頂頂升，每端各設定1台。通過位於橋面的泵站控制千斤頂頂升，當T梁頂升高度不能滿足滑道安裝高度的要求時，需利用木楔將 T梁臨時支撐，在千斤頂下墊置小鋼座或者鋼板，再次頂升 T梁直至滿足要求為止。
（2）滑道製作及安裝。滑道採用[28a槽鋼，並將[28a槽鋼反扣，在底部鋪設1層厚3mm的不鏽鋼板，不鏽鋼板與槽鋼採用電焊固定。在不鏽鋼板上部設定聚四氟乙烯滑塊，在聚四氟乙烯滑塊上反扣[20a槽鋼，縱向上在聚四氟乙烯滑塊兩側設定小鋼筋條擋住滑塊。T梁頂升至滿足滑道安裝高度後，在支座墊石上安裝滑道（其中心線對準原支座中心線）。由於施工空間有限，採用手拉葫蘆與天車相互配合的方式安裝滑道。安裝好的滑道放置在交通船上，運至已拆除的 T梁下方，利用天車將滑道吊起至T梁底部，利用鋼絲繩綁住滑道的一端，通過手拉葫蘆將滑道送至安裝位置。
（3）梁體橫移。鋼絲繩捆綁4片T梁（2片為需要橫移的T梁，2片為沒有安裝滑道的 T梁），通過對拉使滑道上的梁體滑移。為了防止另外2片沒有安裝滑道的T梁被拉動，利用木楔將T梁橫隔板底面與蓋梁面緊固；同時在翼板處，利用木楔將翼板與蓋梁背牆或者懸掛處箱梁橫隔板緊固。
2．2 主橋T構箱梁拆除施工技術
將T構兩側箱梁各分為11塊，利用2台50m架橋機及吊具、兩側對稱依次拆除箱梁。主要採用機械切割箱梁節段間的連線，先利用碟式切割箱梁頂、底板，並進行預吊裝，再利用繩鋸切割箱梁腹板。箱梁節段分體後，利用牽引裝置使箱梁節段轉動90°，利用縱移天車將梁段放到滑車上，最後利用滑車將梁段運至引橋路基上，進行破碎處理。主橋 T構箱梁拆除流程見圖3。
2．2．1 吊具安裝
箱梁11號塊拆除後，安裝自行研製的吊具。吊具由雙拼45工字鋼和雙拼36工字鋼加工而成，利用吊桿（8條直徑50mm的40Cr型鋼）將吊具與梁體錨固。吊具通過吊帶與吊鉤連線，其中吊帶由5cm厚錳鋼板加工而成。吊具安裝時，首先鑽出吊裝孔及切割用孔，將吊具移至切割塊段，安裝吊桿（吊桿從頂板倒角處穿過進入箱梁），依次安裝三角墊板及吊桿雙螺母，並且預緊螺母；吊具安裝後，用扳手復擰吊桿螺栓，並且預吊緊；利用10t手拉葫蘆和鋼絲繩連線箱梁翼板和吊鉤。
2．2．2 安裝防抖鋼絲繩
吊裝塊段與T構分離瞬間會產生較大衝擊力，不利於結構穩定。為減少梁體分離時的瞬間衝擊力，在切割梁塊段的頂板鑽直徑為15cm的孔，通過10t手拉葫蘆連線梁體前端的固定小扁擔鋼絲（直徑28mm），完成切割梁塊段與 T構其他塊段的臨時連線。
2．2．3 梁體切割
按照兩邊依次對稱的方式切割梁體，切割時，主墩兩端最多允許相差個塊段。為保證箱梁拆除過程中的穩定性，每次只能在1個梁段上按照設計要求鑽穿繩孔。切割時，箱梁沿懸拼接縫切割頂板及腹板楔塊上部，底板及腹板楔塊下部不切割。頂板採用碟式切割機切割，腹板採用繩式切割機切割。在懸拼段截面，橋樑採用環氧樹脂粘結，割除預應力筋後，箱梁靠自重與相連塊段分離。
2．2．4 梁體空中轉體
為保證梁體空中轉體的順利進行，確保梁體圍繞吊鉤中心旋轉，避免梁體旋轉過程中吊帶扭曲，梁體按以下步驟進行空中轉體施工：慢慢放鬆反向卷揚機的鋼絲繩，放鬆長約15m，同時放鬆兩側反拉10t葫蘆，使梁體在吊鉤下方穩定，通過吊鉤使梁體下移1m；向前移動梁體至距後支腿15m處；啟動架橋機天車上的2台卷揚機，拉住箱梁翼板中部孔位，同步操作卷揚機使梁體繞吊鉤中心旋轉90°，使梁體兩邊牽引鋼絲繩在同一條線上，制動牽引卷揚機，降低箱梁轉體的轉動慣量，直至梁體轉動慣性消失。最後放鬆2個卷揚機鋼絲繩，提升梁體使其底面高出橋面1．2m，將梁體縱移到平車上。梁體空中轉體示意見圖4。
3 結 語
流溪河大橋主橋為帶掛梁的預應力混凝土 T形剛構橋，針對該橋拆除施工，提出了一套針對帶掛梁的預應力混凝土T形剛構橋拆除施工技術，主要包括：兩端懸掛 T梁橫移拆除技術、T構箱梁吊裝拆除技術。在兩端懸掛T梁拆除中，遵循移梁不移機的原則，兩兩一體橫移 T梁，保證了橫移過程中T梁的穩定性。在T構箱梁拆除中，針對箱梁吊裝的施工難點，採用了自行研製的吊具，安裝了防抖裝置，並採用梁體空中轉體等關鍵技術，保證了箱梁拆除的安全性。該橋拆除工作已順利完成，整個施工過程沒有影響通航、沒有使用水上設備，對周邊的影響較小，該橋拆除施工技術可以為其他同類工程提供參考。
