鋼管混凝土提籃拱橋鋼管拱肋施工技術(shù)

劉志波

(中鐵十四局集團(tuán) 第四工程有限公司，濟(jì)南 250002)

1 工程概況

廣深港客運(yùn)專(zhuān)線廣深段沙灣水道特大橋上跨市良路，與市良路斜交31.4°角，橋長(zhǎng)112 m，橋下凈空高度32.9 m，前后墩位處分別為滴水巖山體和沙灣河道。本工程具有跨度大、凈空高、跨路施工、工作面狹小等特點(diǎn)，因此擬采用門(mén)式支架施工方法。

拱肋采用懸鏈線線型，拱肋平面內(nèi)矢高為22.4 m，矢跨比為1∶5。拱肋橫截面采用啞鈴形混凝土鋼管截面，鋼管直徑為1 200 mm，厚18 mm。拱肋在橫橋向內(nèi)傾9°，形成提籃式，提籃拱按尼爾遜體系布置吊桿。拱頂處兩拱肋中心間距9.19 m，拱腳處兩拱肋中心間距16.20 m。采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土系梁。

2 鋼管拱肋施工方案比選

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提籃拱橋采用先梁后拱的施工方式，但對(duì)于鋼管拱肋施工，共考慮了三種方案進(jìn)行比選:滿堂支架方案、豎轉(zhuǎn)方案和門(mén)式鋼管支架方案。

滿堂支架法施工由于需要大量支架材料，而橋面空間有限，無(wú)法展開(kāi)工作面，機(jī)械設(shè)備無(wú)法上橋施工，因此該方案不滿足要求。

豎轉(zhuǎn)法施工對(duì)起吊及平衡系統(tǒng)和拱腳旋轉(zhuǎn)裝置的質(zhì)量要求較高，必需對(duì)系梁進(jìn)行重新評(píng)估、加固，并加工起吊設(shè)備，致使工期延長(zhǎng)和造價(jià)增加。

門(mén)式鋼管支架方案則在系梁上搭設(shè)門(mén)式鋼管支架，采用兩臺(tái)50 t輪胎式起重機(jī)吊裝拱肋節(jié)段，精調(diào)到位后焊接成型。該方案易操作、工期快、造價(jià)省、占用空間小，最終確定該方案，其立面如圖1所示，共設(shè)置8個(gè)門(mén)式鋼管支架，對(duì)稱(chēng)布置。

3 門(mén)式鋼管支架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

3.1 門(mén)式鋼管支架設(shè)計(jì)

圖1 門(mén)式鋼管支架立面布置

根據(jù)工廠加工、運(yùn)輸情況和門(mén)式鋼管支架吊裝方案要求，鋼管拱肋將分為9個(gè)節(jié)段進(jìn)行加工制作、預(yù)拼和空中焊接。根據(jù)拱肋分段情況，在拱肋接頭處設(shè)8個(gè)門(mén)式鋼管支架，主受力立桿采用φ325 mm×δ10 mm鋼管，連接桿件采用φ159 mm×δ6 mm鋼管，橫向聯(lián)系桁架采用 φ273 mm×δ8 mm鋼管。在拱肋下緣約50 cm的橫向聯(lián)系桁架上，搭設(shè)拱肋鋼管安裝施工平臺(tái)。

門(mén)式鋼管支架高度自拱腳向跨中由13.85 m逐漸變至23.21 m，橫橋向?qū)挾扔?4.83m變至11.44 m，跨中處門(mén)式鋼管支架布置見(jiàn)圖2。每個(gè)門(mén)式鋼管支架整體制作，整體吊裝，保證其焊接質(zhì)量和整體穩(wěn)定性。

3.2 門(mén)式鋼管支架設(shè)計(jì)方案驗(yàn)算

根據(jù)門(mén)式鋼管支架的結(jié)構(gòu)影響，選擇拱腳處和跨中處支架進(jìn)行穩(wěn)定性分析。計(jì)算采用MIDAS/Civil通用空間有限元分析軟件，建立支架模型如圖3所示。分別進(jìn)行偏載和中載作用下兩種工況的計(jì)算，考慮施工過(guò)程影響，荷載采用400 kN集中荷載。拱腳支架和跨中支架在偏載和中載作用下變形和穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算結(jié)果匯總于表1。

圖2 門(mén)式鋼管支架正立面

圖3 跨中處支架模型

表1 支架模型計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果中可以看出:①支架強(qiáng)度安全可靠，其彈性變形均<1 cm，但需考慮支架變形對(duì)拱肋鋼管安裝精度的影響;②支架穩(wěn)定系數(shù)較大，滿足施工要求，但穩(wěn)定系數(shù)隨支架高度的增大而變小，故需對(duì)高度較大的支架采取加強(qiáng)穩(wěn)定性的措施。通過(guò)有限元計(jì)算分析，確認(rèn)該支架設(shè)計(jì)滿足施工要求。

4 鋼管拱肋施工工藝

4.1 門(mén)式鋼管支架制作

門(mén)式鋼管支架選材應(yīng)符合規(guī)范要求，門(mén)式鋼管支架的尺寸、角度、垂直度等必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖施工，偏差必須在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范允許范圍以內(nèi)。

門(mén)式鋼管支架在系梁頂面上制作，首先焊接成整體門(mén)式支架，再用起重機(jī)整體吊裝立起。為抵抗風(fēng)力水平推力，設(shè)置足夠的纜風(fēng)繩，增加整體穩(wěn)定性。在門(mén)式鋼管支架的桁架上安裝可調(diào)底座，通過(guò)可調(diào)底座來(lái)調(diào)節(jié)控制拱肋鋼管的安裝高程。

4.2 工藝流程及施工順序

提籃拱鋼管拱肋施工工藝總體流程為:運(yùn)輸→起吊→就位→連接→精確調(diào)整→點(diǎn)焊固接→調(diào)整拱肋線型→安裝橫撐→焊接→探傷檢測(cè)。

吊裝順序總體如下:首先安裝拱腳處門(mén)式支架，并吊裝第一段拱肋鋼管，其次對(duì)稱(chēng)安裝另一側(cè)拱腳支架，并吊裝第九段拱肋鋼管，以后逐步對(duì)稱(chēng)安裝各門(mén)式支架和分段拱肋，直至最后吊裝合龍段拱肋及橫撐。

4.3 鋼管拱肋安裝

1)拱肋運(yùn)輸:檢測(cè)拱肋各節(jié)段的焊縫質(zhì)量及各部位幾何尺寸，合格后出廠，運(yùn)輸至安裝位置下方。然后用2臺(tái)50 t輪胎式起重機(jī)以抬移法起吊，縱移時(shí)平行抬移，即兩吊車(chē)抬吊拱肋向同一方向擺臂(或伸臂);橫移時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)抬移，即兩臺(tái)吊車(chē)中一臺(tái)停臂不動(dòng)，另一臺(tái)通過(guò)擺臂(或伸臂)來(lái)實(shí)現(xiàn)橫移。

2)一般節(jié)段的吊裝:拱肋節(jié)段運(yùn)至安裝點(diǎn)后，由有經(jīng)驗(yàn)的起重工指揮起吊。用兩臺(tái)50 t吊車(chē)起吊，采用吊點(diǎn)加鋼絲繩捆綁方法，通過(guò)倒鏈慢慢調(diào)整拱肋的空中姿態(tài)，慢慢地移至接頭處，使其與先前安裝節(jié)段(或預(yù)埋段)接頭處對(duì)接板吻合。然后測(cè)量拱肋端頭處的高程及軸線位置，通過(guò)可調(diào)底座和倒鏈逐步調(diào)整高程和軸線位置，達(dá)標(biāo)后將拱肋鋼管與支架臨時(shí)焊接定位，慢慢放松吊點(diǎn)，使拱肋完全由支架支撐。

3)合龍段的吊裝:合龍段的安裝要選擇在溫度14℃～20℃的環(huán)境下進(jìn)行。在拱肋合龍前，對(duì)已安裝拱肋進(jìn)行精確測(cè)量，并根據(jù)需要進(jìn)行溫度修正，選擇溫度穩(wěn)定時(shí)實(shí)施合龍。合龍時(shí)，先將兩段拱肋適當(dāng)抬高，再慢慢將拱肋下放，合龍段慢慢靠近接頭，直至合龍段正確對(duì)位。對(duì)位后應(yīng)立即進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整拱軸線，直至符合要求為止。最后進(jìn)行焊接連接，松開(kāi)吊車(chē)吊索，撤走起重機(jī)。

4)風(fēng)撐安裝:兩拱肋間橫向支撐與拱肋安裝同時(shí)進(jìn)行。橫撐根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)先加工成型，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，通過(guò)吊車(chē)吊高至橫撐與拱肋相貫位置，然后對(duì)中、調(diào)整、檢查、焊接，斜撐按同樣的施工方法進(jìn)行。

5)軸線調(diào)整:在拱肋焊接前、安裝風(fēng)撐前及風(fēng)撐安裝完成后，應(yīng)對(duì)拱軸線進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)拱進(jìn)行調(diào)整，直至符合要求為止。定位時(shí)，利用紅外線全站儀射出定位點(diǎn)坐標(biāo)的紅外線光束，然后調(diào)整拱肋鋼管使其中心測(cè)點(diǎn)與光束對(duì)中，即完成拱肋的準(zhǔn)確定位。

6)焊接:拱肋鋼管在對(duì)接處固定后進(jìn)行施焊，焊接在作業(yè)平臺(tái)上進(jìn)行。鋼管焊接采用手工電弧焊，風(fēng)撐與拱肋、風(fēng)撐間相貫線、節(jié)段對(duì)接均采用對(duì)稱(chēng)焊。拱肋合龍段定位后，須符合設(shè)計(jì)合龍溫度時(shí)，方可進(jìn)行合龍焊接。焊縫外觀質(zhì)量要求成形美觀、整齊，尺寸符合設(shè)計(jì)和工藝要求，做到無(wú)裂紋、無(wú)氣孔、無(wú)夾渣、無(wú)焊瘤、無(wú)弧坑等焊接缺陷。焊縫在焊接完成24 h后，均按設(shè)計(jì)要求全部做超聲波探傷檢查，10%做X射線探傷檢查。

5 結(jié)語(yǔ)

提籃拱鋼管拱肋結(jié)構(gòu)整體自重很大，需分段安裝完成。為保證分段安裝順利完成，本工程采用門(mén)式鋼管支架吊裝方案，門(mén)式鋼管支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，是完成拱肋施工質(zhì)量目標(biāo)的前提。通過(guò)有限元分析，所設(shè)計(jì)門(mén)式鋼管支架的結(jié)構(gòu)變形均在可控范圍內(nèi)。

該客運(yùn)專(zhuān)線提籃拱橋僅用了15 d成功完成鋼管拱肋的安裝，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足施工設(shè)計(jì)要求，本工程的成功實(shí)踐，證明這是一項(xiàng)高效低成本的施工方法，可為今后的同類(lèi)工程施工提供參考和借鑒。

[1] 陳志成.鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2007(3):36-38.

[2] 盧家友.鄭西客運(yùn)專(zhuān)線跨310國(guó)道提籃拱橋拱肋安裝施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009，29(7):47-49.

[3] 史玉.客運(yùn)專(zhuān)線尼爾森體系提籃拱橋施工技術(shù)［J］.鐵道勘察，2008，34(5):73-75.