東莞水道連續(xù)梁拱鋼管拱豎轉(zhuǎn)體系總體設(shè)計(jì)

劉娜湯池

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 衡陽(yáng) 421001）

1 工程概況

東莞水道特大橋跨東莞水道主橋上部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁與鋼管混凝土拱組合結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)跨度為（100+180+100）m，鋼管拱設(shè)計(jì)矢高f=36.0m，矢跨比f(wàn)/L=1/5，拱肋采用等高度啞鈴形截面，截面高度3.0m，里程為GDK6+306.885～GDK6+686.885。主橋上部箱梁平面位于直線段上，線間距4.4m，縱坡GDK6+350之前縱坡G=4‰，GDK6+350之后縱坡G=0，豎曲線半徑R=10000m。

主橋采用“先梁后拱”法施工。主要施工步驟為：支架法澆筑0#塊；利用掛籃懸臂澆筑1～21#段；邊跨合龍；中跨繼續(xù)懸臂澆筑至22#段；中跨合龍并拆除臨時(shí)支墩；以橋面為工作面，搭設(shè)胎架、臥拼鋼管拱；拼裝豎轉(zhuǎn)塔架，豎轉(zhuǎn)鋼管拱到位；合龍嵌補(bǔ)段，固結(jié)拱腳；依次泵送拱肋上弦管、下弦管、綴板內(nèi)自密實(shí)混凝土；按設(shè)計(jì)順序張拉吊桿，調(diào)整吊桿力；張拉主梁后期鋼束；施工橋面系；調(diào)整吊桿索力到成橋狀態(tài)。

2 鋼管拱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

莞惠城際軌道設(shè)計(jì)時(shí)速200km/h，東莞水道特大橋主橋跨越東莞水道（Ⅲ級(jí)航道），設(shè)計(jì)為（100+180+100）m連續(xù)梁拱橋。

圖1 東莞水道特大橋連續(xù)梁拱橋斷面圖

拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨度L=180.0m，拱軸線采用二次拋物線，設(shè)計(jì)拱軸線方程：Y=(-1/225)X2+0.8X。拱肋于拱頂設(shè)置最大10cm預(yù)拱度，施工矢高f=36.10m，施工拱軸線方程：Y=-0.00445679X2+0.802222X。拱肋實(shí)際施工均采用施工拱軸線制作和拼裝。拱肋弦管直徑Φ1.0m，由δ=20mm的鋼板卷制而成，弦管之間用δ=16mm厚鋼綴板連接，拱肋弦管及綴板內(nèi)填充自密實(shí)混凝土。兩榀拱肋間橫向中心距11.2m(橋面寬12.6m)。兩榀拱肋間共設(shè)9道橫撐，橫撐均采用空間桁架撐，各橫撐由4根Φ610×14mm主鋼管和24根Φ406×12mm連接鋼管組成，鋼管內(nèi)部不填混凝土。吊桿順橋向間距9m，全橋共設(shè)17組雙吊桿。

圖2 拱肋分段圖（單位：m）

拱肋及風(fēng)撐豎轉(zhuǎn)時(shí)，先豎轉(zhuǎn)惠臺(tái)（右）側(cè)的小半拱，再豎轉(zhuǎn)莞臺(tái)（左）側(cè)的大半拱，兩側(cè)拱肋豎轉(zhuǎn)到位后，安裝嵌補(bǔ)段，完成拱肋合攏。

3 豎轉(zhuǎn)體系總體設(shè)計(jì)

豎轉(zhuǎn)體系包括：塔架（塔身、連接系、塔帽、塔腳），提升索，后背索，壓塔索、提升吊點(diǎn)，后錨結(jié)構(gòu)，提升千斤頂、支架及泵站，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。

3.1 塔架

塔架設(shè)計(jì)高度約50m，塔身利用六五式軍用墩進(jìn)行拼裝，橫、縱橋向軍用墩采用3*3單墩組合，橫、縱橋向?qū)挾染鶠?m。塔腳采用固結(jié)形式，塔腳設(shè)置特制變截面連接段，底部與拱座混凝土內(nèi)預(yù)埋件連接，上部連接軍用墩標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。連接系采用軍用墩標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和特制調(diào)節(jié)件——由槽鋼組合焊接而成，塔高范圍內(nèi)設(shè)置5道。塔頂設(shè)塔帽，塔帽采用Q345B鋼板焊制而成。塔帽一端與提升索、壓塔索連接，一端與后背索連接。

3.2 提升索

每半榀拱肋采用四束鋼絞線進(jìn)行提升，提升索1布置2臺(tái)200t提升千斤頂，采用19Φ15.24鋼絞線進(jìn)行提升；提升索2同樣布置2臺(tái)200t提升千斤頂，采用9Φ15.24鋼絞線進(jìn)行提升；提升索3布置2臺(tái)350t提升千斤頂，采用23Φ15.24鋼絞線進(jìn)行提升；提升索4布置2臺(tái)200t提升千斤頂，采用11Φ15.24鋼絞線進(jìn)行提升。

3.3 后背索

每邊塔架設(shè)置兩束背索，后背索一端連接塔帽，一端連接梁端底錨千斤頂支架。后背索1布置2臺(tái)200t提升千斤頂，采用19Φ15.24鋼絞線進(jìn)行塔架垂直度調(diào)整；后背索2同樣布置2臺(tái)200t提升千斤頂，采用11Φ15.24鋼絞線進(jìn)行塔架垂直度調(diào)整；后背索3布置2臺(tái)350t提升千斤頂，采用23Φ15.24鋼絞線進(jìn)行塔架垂直度調(diào)整；后背索4布置2臺(tái)200t提升千斤頂，采用11Φ15.24鋼絞線進(jìn)行塔架垂直度調(diào)整。

3.4 壓塔索

塔架與塔架之間設(shè)置兩束壓塔索，便于調(diào)整塔架的垂直度。壓塔索共布置2臺(tái)100t提升千斤頂，采用9Φ15.24鋼絞線進(jìn)行調(diào)整。

3.5 提升千斤頂及支架、泵站

本橋設(shè)計(jì)共布置18臺(tái)提升千斤頂，其中：4臺(tái)350噸提升千斤頂、12臺(tái)200噸提升千斤頂、4臺(tái)100噸提升千斤頂；設(shè)置18個(gè)提升支架，4臺(tái)350噸提升千斤頂支架、12臺(tái)200噸提升千斤頂支架、2臺(tái)100噸提升千斤頂支架；全橋共設(shè)置6臺(tái)液壓泵站。

3.6 提升吊點(diǎn)的設(shè)置

每半榀拱肋設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，半拱中間吊點(diǎn)為吊點(diǎn)A，跨中吊點(diǎn)為吊點(diǎn)B。吊點(diǎn)設(shè)計(jì)采用插入弦管內(nèi)十字型鋼板焊接，吊點(diǎn)耳板四周焊接十字加勁肋，弦管內(nèi)加設(shè)環(huán)形加強(qiáng)箍。詳細(xì)定位由拱肋橫撐和總布置圖共同確定，原加勁鋼箍位置做適當(dāng)調(diào)整。焊接采用雙面坡口焊，只能從單面焊接的焊縫采用單面坡口焊，焊接質(zhì)量不低于《鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗(yàn)收規(guī)范》GB50205一級(jí)。

圖3 東莞水道橋拱肋豎轉(zhuǎn)立面布置圖

3.7 后錨結(jié)構(gòu)

本橋大小里程梁端共設(shè)置4個(gè)350t、4個(gè)200t底錨錨座。梁端內(nèi)預(yù)埋鋼板及精軋螺紋鋼與底錨錨座進(jìn)行焊接及錨固，支架位置處混凝土內(nèi)采用5層鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加強(qiáng)，支架預(yù)埋鋼板采用δ30mm厚鋼板，每塊預(yù)埋鋼板底部四周設(shè)置10道L125*14mm角鋼定位，提升過(guò)程中，為加強(qiáng)混凝土的抗拔力，采用精軋螺紋鋼將梁端與墩身連接成整體。

3.8 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其他

本橋橋面設(shè)置鋼管拱豎轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)控制中心，每個(gè)提升吊點(diǎn)下面均布置一臺(tái)距離傳感器，千斤頂處設(shè)有油壓傳感器，在提升過(guò)程中這些傳感器可以隨時(shí)測(cè)量當(dāng)前的構(gòu)件高度，并監(jiān)測(cè)每個(gè)提升吊點(diǎn)的載荷變化情況。主控計(jì)算機(jī)除了控制所有提升千斤頂?shù)慕y(tǒng)一動(dòng)作之外，還必須保證各個(gè)提升吊點(diǎn)的位置同步。在提升體系中，設(shè)定主令提升吊點(diǎn)，其它提升吊點(diǎn)均以主令吊點(diǎn)的位置作為參考來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對(duì)跨度較大的大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎轉(zhuǎn)，無(wú)論是位置控制，還是荷載控制均有較高的難度。計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)為確保鋼結(jié)構(gòu)的安全施工提供了保障。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）， 在充分分析荷載工況，按照sap2000(14.1)計(jì)算程序建模的基礎(chǔ)上完成了東莞水道連續(xù)梁拱橋鋼管拱豎轉(zhuǎn)體系總體設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，所有工作參數(shù)均在控制范圍之內(nèi)。并在整個(gè)過(guò)程中未出現(xiàn)任何意外狀況。豎轉(zhuǎn)體系的總體設(shè)計(jì)為東莞水道連續(xù)梁拱橋鋼管拱的施工提供了有利的施工保障，也為我們以后的大型拱橋轉(zhuǎn)體法施工積累了經(jīng)驗(yàn)。