下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋的安裝施工要點

袁小兵

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），江蘇東臺224200）

1 概述

204國道鹽城南段（東臺段）改擴建工程泰東河大橋位于廣山鎮(zhèn)，東廣公路邊。泰東河為三級航道，同時是水利上重要的泄洪河流。目前水利部門正在對泰東運河逐段進行拓寬疏浚，項目所在河段還暫未實施。橋梁與規(guī)劃航道中心線設(shè)計交角為88.54°，在泰東河北岸跨越東廣公路，設(shè)計交角為80°。設(shè)計汽車荷載等級為公路-Ⅰ級，基本地震烈度為Ⅶ度，設(shè)計通航標(biāo)準(zhǔn)為70 m×7 m，最高通航水位2.87 m。該橋橋面寬度為28.70m，全長536.88 m。主跨橋上部結(jié)構(gòu)采用82.4 m下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋，計算跨徑L=80.3 m，拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/5，矢高為16.06 m。主橋上部結(jié)構(gòu)雙幅完全分離，獨立成橋。

拱肋采用等截面“I”字型截面，系桿采用等截面箱梁。吊桿原設(shè)計為剛性，在實施過程中變更為歐維姆柔性鋼絞線整索擠壓式拉索體系，吊桿間距為5.0 m。等截面“I”字截面風(fēng)撐設(shè)置6道，端橫梁高度為1.50 m～1.755 m，中橫梁高度為1.25 m～1.505 m，梁頂設(shè)有0.25 m后澆混凝土。拱肋、風(fēng)撐、橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；橫梁、系梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，施加的預(yù)應(yīng)力根據(jù)施工各階段結(jié)構(gòu)受力特點進行分批張拉。

2 支架設(shè)計

臨時支架水中共設(shè)三跨，根據(jù)海事部門的意見，臨時支架設(shè)計時預(yù)留北側(cè)邊孔和中孔兩個通航孔，其通航凈寬分別采用15 m、19 m，凈高均為6 m。南側(cè)邊孔采用原木導(dǎo)航樁封閉，為了防止過往船只碰撞支架，在每個支墩外側(cè)各設(shè)置3根Φ40 cm的防撞鋼管樁，防撞樁用型鋼組合成整體以提高防撞能力。

貝雷支架順橋向長78 m（2.5 m+22 m+23 m+22 m+2.5 m），兩端延伸支于承臺邊（懸臂段主要用于端塊件現(xiàn)澆底模的鋪設(shè)），共設(shè)四處臨時支墩，中跨臨時支墩外側(cè)設(shè)置導(dǎo)航樁和防撞樁。全橋共設(shè)12個臨時支墩，橫橋向邊支墩每片系桿下設(shè)6排上下加強貝雷片，中間支墩每片系桿下設(shè)6排上下加強貝雷片，全橋共4×6排，中間用橫向拉桿、支撐架聯(lián)接。貝雷支架搭設(shè)完畢后，用等重的荷載進行預(yù)壓，消除其沉降變形并測出其彈性變形值。

為了保證臨時支墩的承載能力，計劃中間兩個邊支墩采用3排×3列的Φ600 mm×δ8 mm鋼管樁群樁基礎(chǔ)，經(jīng)計算鋼管樁的有效入土深度不小于7 m。為了保證鋼管樁受力均勻，先用4根30#工字鋼組合制作的分配梁安裝于鋼管樁的頂部，其上再設(shè)置兩排30＃工字鋼（每排四根）支撐鋼支墩。每個濕接頭下設(shè)置4根鋼支墩，鋼支墩中心間距為1.8 m，用4根30#工字鋼組合制作的分配梁安裝于每排鋼支墩頂部，用于支承貝雷縱梁。中間支墩采用3排×5列的Φ600 mm×δ8 mm鋼管樁群樁基礎(chǔ)，樁頂設(shè)置370 cm×770 cm的30＃工字鋼框架，在框架上安裝8根Φ60 cm鋼支墩，鋼支墩中心間距為1.5 m。

主墩立托架可直接支承于主墩承臺上，擬采用鋼管支架，主要用于端塊件現(xiàn)澆底模的鋪設(shè)。兩邊兩個臨時支墩在岸邊，邊支墩基礎(chǔ)采用2 m×3.5 m×0.8 m的C30混凝土承臺，中支墩基礎(chǔ)采用2 m×7 m×0.8 m的C30混凝土承臺，

縱梁采用6排組合貝雷。為了兼顧安裝橫梁時的支撐點和橫梁濕接頭等施工，縱梁的組合寬度要求不小于2.4 m。邊支墩縱梁采用2組寬度90 cm和3組寬度45 cm的支撐架進行組合，組合后總寬為3.15 m。中間支墩縱梁采用兩個5組寬度45 cm的支撐架進行組合，組合后總寬為5.15 m。

縱梁在河堤處整平的場地上進行組拼，采用浮吊進行架設(shè)。架設(shè)前，應(yīng)按照由海事部門批準(zhǔn)的航道施工管制方案，在上下游合適位置設(shè)置航道施工的各種標(biāo)志。架設(shè)時由專業(yè)人員專人指揮，同時請當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T做好航道管制工作，確保施工安全。

在貝雷縱梁頂面的系桿安裝節(jié)段支點位置，制作由4根32#工字鋼組合的橫梁作為系桿支點。支點應(yīng)與吊點位置錯開布置，可設(shè)置在吊點處靠構(gòu)件端部一側(cè)，但不得影響濕接頭的模板安裝，在工字鋼橫梁支點頂面滿鋪方木和木楔以調(diào)節(jié)系桿高度，調(diào)節(jié)過程采用油頂操作。

拱肋支架采用鋼管支架在貝雷縱梁、系桿及橫梁頂面搭設(shè)。首先將橫梁頂面用方木和工字鋼調(diào)整平齊，然后用鋼管搭設(shè)支架。上下游的支架連成整體，以保證支架的穩(wěn)定性。拱肋支架要兼顧到風(fēng)撐的安裝，在支架頂面用型鋼和方木制作適合于拱肋弧線的支墊，以保證拱肋安裝就位時，支承面接觸平順。支架布置見圖1所示。

根據(jù)該方案設(shè)置的臨時支架進行上部結(jié)構(gòu)施工，對成橋系桿主梁、拱肋的標(biāo)高實測值與計算值基本吻合，差值控制在1.8 cm以內(nèi)，主梁與拱肋整體線形變化平順，絕大部分測點標(biāo)高差值在1.3 cm以內(nèi)。拱軸線橫向偏差也很小，主拱線形正常。成橋后橋梁的線形、高程達到設(shè)計目標(biāo)。

3 航道管制

主橋需要采用浮吊安裝的構(gòu)件主要有系桿、拱肋、橫梁和風(fēng)撐，支架通航凈寬為19 m，邊孔采用原木導(dǎo)航樁封閉。

根據(jù)主橋施工順序，需要在施工過程中進行分階段通航管制，主要管制計劃考慮在支架縱梁安裝時需要實行斷航管制。主橋的系桿、拱肋、橫梁、風(fēng)撐安裝時需要實行間斷性斷航管制，其他階段為一般通航秩序維護。

為了保證航道通航管制具有一定的規(guī)范性和合法性，計劃請地方海事部門進行通航秩序維護和管制。

施工前，在航道的上下游1 km處設(shè)置施工標(biāo)志、航道變窄標(biāo)志、限高標(biāo)志、限速標(biāo)志等標(biāo)志牌。編制航道斷航管制時間計劃報海事部門批準(zhǔn)，提前15 d左右通過報紙等媒體向社會發(fā)出斷航或分流通告，動員部分船舶自動分流，降低通航壓力。

正式安裝前應(yīng)檢查航道通航秩序維護的執(zhí)法人員、專職安全員、安裝指揮人員和各崗位作業(yè)人員是否齊全并到位。確定滿足要求后，由安裝指揮員按照斷航管制計劃時間準(zhǔn)時發(fā)出開始作業(yè)信號，再由海事執(zhí)法人員向船舶發(fā)出航道斷航信號并進行斷航秩序維護后，安裝人員方可開始安裝作業(yè)。

4 主橋施工順序

泰東河大橋主橋上部嚴(yán)格按照設(shè)計要求和規(guī)定的施工順序進行安裝，主要步驟如下：

（1）利用主墩立托架，并在水中設(shè)置四個臨時支墩，在墩頂、托架和臨時支架上搭設(shè)上下加強型貝雷桁架縱梁支架構(gòu)成施工平臺。

（2）拱架采用整體放樣，拱肋和系桿均分段預(yù)制（不含端塊件）。

（3）安裝系桿：在支架上現(xiàn)澆上游側(cè)拱片端塊件，利用浮吊安裝系桿預(yù)制塊，并組拼、合攏、穿預(yù)應(yīng)力鋼束，用同樣的方法完成下游側(cè)拱片系桿安裝。

（4）安裝端橫梁及第一批中橫梁，張拉上述橫梁第一批鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.75 fpk。

（5）對稱張拉系桿第一批預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.72 fpk。

（6）在臨時貝雷支架、系桿上搭設(shè)拱肋支架，安裝拱肋中段，合攏拱肋，并安裝風(fēng)撐。

（7）安裝吊桿。安裝其余中橫梁，并張拉其余中橫梁的第一批鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.75 fpk。

（8）對稱張拉系桿第二批預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.72 fpk。

（9）根據(jù)設(shè)計圖紙要求的順序和設(shè)計錨下張拉控制應(yīng)力張拉吊桿鋼束。

（10）拆除臨時支架。

（11）對稱張拉系桿第三批預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.72 fpk。

（12）安裝行車道板，現(xiàn)澆中橫梁二期混凝土。

（13）對稱張拉系桿第四批預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.72 fpk。

（14）現(xiàn)澆橋面10 cm厚整體化混凝土。

（15）張拉端橫梁和中橫梁第二批預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力0.75 fpk。

（16）澆注橋面鋪裝、安裝防撞護欄。

5 主橋安裝方法

由于該項目所在的位置為三級航道，來往船舶較多，不可能斷航施工。同時，施工項目位于長江中下游沖積平原，上部結(jié)構(gòu)的安裝方案優(yōu)先考慮浮吊安裝。

為了保證浮吊作業(yè)過程中定位準(zhǔn)確，在施工水域兩岸要設(shè)置4個地錨，用于固定浮吊定位風(fēng)纜，浮吊的4個定位風(fēng)纜各有一臺電動卷揚機控制，構(gòu)件由卷揚機牽引定位。

浮吊施工前，按照航道管制方案的規(guī)定對航道進行通航管制，確保過往船舶和浮吊作業(yè)的安全。

在浮吊的4個定位風(fēng)纜連接后，將150 t浮吊對準(zhǔn)吊扣位置，調(diào)整扒桿角度，根據(jù)浮吊技術(shù)參數(shù)，扒桿角度不應(yīng)小于60°，將起吊葫蘆垂直于吊扣上方，徐徐放下起吊葫蘆至合適高度，掛上吊扣，啟動起重卷揚機至即將起身，檢查構(gòu)件和鋼絲繩受力狀況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)予以糾正，確認(rèn)安全后繼續(xù)起吊。

在構(gòu)件出坑時，浮吊可依靠自身的動力將構(gòu)件直接移運到安裝地點，然后調(diào)整浮吊定位風(fēng)纜，將構(gòu)件準(zhǔn)確對準(zhǔn)安裝位置，徐徐放松吊鉤，當(dāng)構(gòu)件即將到達支點高度時，再一次精確調(diào)整浮吊定位風(fēng)纜，將構(gòu)件準(zhǔn)確就位。

構(gòu)件就位后，可能會由于支架在承受荷載后產(chǎn)生的撓度導(dǎo)致高程誤差，此時，應(yīng)檢查構(gòu)件的標(biāo)高，用油頂調(diào)整到合適高度后墊穩(wěn)并帶風(fēng)纜固定。

嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙規(guī)定的施工順序安裝系桿。安裝前，應(yīng)在支架上確定構(gòu)件平面位置線，盡量保證安裝塊件的平面位置準(zhǔn)確。當(dāng)各個塊件就位后，用油頂精確調(diào)整標(biāo)高，同時檢查順直度和垂直度，如果平面位置發(fā)生誤差或誤差超過檢驗標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時，可采用浮吊進行調(diào)整，不得采用水平牽引的方法調(diào)整，以防造成支架橫向變形或傾覆。

當(dāng)各個系桿構(gòu)件位置調(diào)整至符合要求后，進行系桿濕接頭的施工，并穿入預(yù)應(yīng)力束。

待系桿濕接頭強度達到設(shè)計強度的50%（≥25 MPa）以上后安裝端橫梁和第一批中橫梁。橫梁安裝擱置的支點設(shè)在系桿內(nèi)側(cè)的貝雷縱梁頂面，用方木配木楔支墊，以便于拆卸。安裝就位后，采用與系桿相同的方法進行精確調(diào)整，符合要求后澆筑濕接頭。每根橫梁的濕接頭應(yīng)同時對稱澆筑。待濕接頭達到設(shè)計規(guī)定的張拉強度后，張拉橫梁第一批預(yù)應(yīng)力鋼束至0.75 fpk，對稱張拉系桿第一批預(yù)應(yīng)力鋼束至0.72 fpk，使系桿與橫梁形成框架后解除端塊件風(fēng)纜，然后搭設(shè)拱肋支架安裝拱肋、風(fēng)撐、吊桿、剩余的中橫梁等構(gòu)件。

第二批中橫梁在吊桿安裝后安裝，中橫梁安裝、濕接頭施工方法均與第一批同。

橫梁共分二批張拉，分別在中橫梁安裝好后和中橫梁二期現(xiàn)澆部分及橋面整體化混凝土施工完成后進行。張拉時混凝土強度應(yīng)在設(shè)計強度的90%以上，張拉控制應(yīng)力為0.75 fpk，單端張拉。

系桿分四批張拉，張拉時混凝土強度應(yīng)在設(shè)計強度的90%以上，張拉控制應(yīng)力為0.72 fpk，兩端張拉，每次張拉均要求單根系桿及一幅橋兩根系桿對稱張拉。

在拱肋支架搭設(shè)后，必須用水準(zhǔn)儀仔細(xì)檢查系桿支架的沉降和縱梁的撓度，若沉降大于5 mm,應(yīng)及時匯報，由業(yè)主、監(jiān)理、施工單位共同查明原因，并對支架進行加固后方可進行拱肋的安裝。拱肋采用150 t浮吊按設(shè)計規(guī)定的順序安裝。安裝時用全站儀控制構(gòu)件就位的縱、橫向位置，用水準(zhǔn)儀控制豎向位置，構(gòu)件位置必須嚴(yán)格控制，確保安裝質(zhì)量。在安裝過程中，必須由專人觀測和看管支架的變形或其他異常情況，發(fā)現(xiàn)有非正常變形或其他異常情況必須立即停止安裝，分析原因、排除異常后方可繼續(xù)進行安裝。

在安裝過程中，每塊構(gòu)件就位并用風(fēng)纜固定后方可脫鉤。在構(gòu)件根部與拱腳之間的濕接頭位置，采用事先制作的型鋼支架進行支墊。該支墊可制作成外圍小于鋼筋骨架且不影響濕接頭鋼筋連接的尺寸，以后直接澆筑于濕接頭內(nèi)。

構(gòu)件固定后，可進行拱肋濕接頭的澆筑，待拱肋濕接頭混凝土強度達到設(shè)計強度的50%（≥25 MPa）以上后安裝風(fēng)撐。

風(fēng)撐采用150 t浮吊按先跨端后跨中的順序安裝，兩端的風(fēng)撐安裝擱置點為拱肋支架，中部風(fēng)撐另行采用鋼管柱頂面安裝28#工字鋼挑臂作為安裝支點。因此，在設(shè)計拱肋支架時，應(yīng)兼顧到風(fēng)撐的安裝。

風(fēng)撐吊裝就位后，應(yīng)盡快進行濕接頭的澆筑，以及早保證主橋總體框架的穩(wěn)定，在風(fēng)撐濕接頭強度達到設(shè)計強度的50%（≥20 MPa）以上后，即可拆除部分拱肋支架，進行吊桿的安裝。

全橋共設(shè)吊桿60根。在系桿、拱肋構(gòu)件預(yù)制時，將吊桿預(yù)埋件按圖紙要求安裝于構(gòu)件內(nèi)。制作吊桿時，首先對吊桿進行編號，按編號嚴(yán)格控制長度和頂部角度，中部5根吊桿采用浮吊安裝，其余的吊桿可采用汽車吊安裝。

吊桿安裝和預(yù)應(yīng)力施加必須嚴(yán)格按設(shè)計規(guī)定的順序進行，以保證拱肋受力合理。吊桿預(yù)應(yīng)力采用一端張拉，張拉端位于拱肋處。

行車道板采用QY-25汽車吊吊裝。

6 結(jié)語

混凝土系桿拱橋施工具有動態(tài)過程、受大量不確定因素影響等特點。因地制宜，選擇合理的施工方案，周密的組織、精準(zhǔn)的計算，完善的安全保障措施，是順利推進橋梁建設(shè)的關(guān)鍵。

在泰東河大橋施工過程中，經(jīng)監(jiān)控組對大橋的主要受力構(gòu)件（系桿、拱肋、吊桿）的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、索力、位移、標(biāo)高等參數(shù)進行了跟蹤監(jiān)測與計算分析，施工階段主梁正截面最大壓應(yīng)力為11.21 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。索力分布理想，絕大部分實測值與張拉力接近，誤差小于15%，實測索力小于索力的彈性強度。施工階段各階段截面實測應(yīng)力與計算應(yīng)力偏差較小，大部分截面應(yīng)力差值在3 MPa以內(nèi)，現(xiàn)場實測應(yīng)力與計算應(yīng)力的最大偏差出現(xiàn)在大橋主跨的1/4、3/4截面及拱肋部分截面，符合混凝土系桿拱橋結(jié)構(gòu)受力特點。成橋運營階段的計算分析表明，在正常使用組合下，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，均能滿足規(guī)范要求且有一定安全儲備。說明結(jié)構(gòu)強度能滿足公路I級荷載等級的正常使用要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。大橋建設(shè)取得圓滿成功。

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