桂江三橋的施工方案比選

趙勝

中鐵二十二局集團(tuán)項(xiàng)目管理中心，北京 100043

桂江三橋的施工方案比選

趙勝

中鐵二十二局集團(tuán)項(xiàng)目管理中心，北京 100043

廣西梧州市桂江三橋全長687米，其主跨為1孔175米中承式鋼管砼系桿拱橋。設(shè)計(jì)單位的建議施工方案為纜索吊裝方案。我處經(jīng)多次實(shí)地考察及對各種因素綜合分析，決定采用豎向轉(zhuǎn)體施工方案，在通過了嚴(yán)格認(rèn)真的技術(shù)答辯、可行性論證后，一舉中標(biāo)?，F(xiàn)將施工方案的比選工程作一簡要論述。

施工方案；比選； 鋼管混凝土；豎向轉(zhuǎn)體

1.工程概況

梧州桂江三橋（鴛江大橋）位于廣西梧州市桂江入西江口處，跨越桂江，連接市區(qū)東西兩區(qū)。橋梁總長687米，其中主橋長255米（40m +175m +40m），橋?qū)?5.6米，主跨為1孔自錨式鋼管砼中承式系桿拱橋，基礎(chǔ)為樁基，邊跨為普通砼拱橋。引橋?yàn)殇摻铐胚B續(xù)箱梁橋。

桂江三橋東西兩岸地勢較低，洪水時(shí)會(huì)被淹沒。東岸民房較多，西岸為著中風(fēng)景名勝“鴛江春泛”施工場地狹窄，同時(shí)環(huán)保要求很嚴(yán)，施工期間不能影響桂江通航。

2.施工方案的比選及確定

桂江三橋的施工關(guān)鍵是主跨施工，而主跨施工的重點(diǎn)又是架設(shè)鋼管拱肋形成裸拱的施工。因此，確定了裸拱的施工方案也就確定了鋼管砼拱橋的施工方案。

2.1 鋼管砼拱橋的裸拱施工方案主要有以下幾種：

1）纜索吊裝方案。

2）轉(zhuǎn)體施工方案。

3）支架施工方案。

4）塔索吊裝方案。

5）混合施工方案。

2.2 各種施工方案的特點(diǎn)及其就桂江三橋而言的局限性：

2.2.1 纜索吊裝方案。纜索吊裝方案即將鋼管拱助按設(shè)計(jì)分為若干段，利用架設(shè)在拱跨上方的纜索吊至設(shè)計(jì)位置，用定位索扣好后，拼裝焊接成拱。這種方法在打跨度或多孔連續(xù)拱橋中應(yīng)用較多。

其優(yōu)點(diǎn)為：

①適用范圍廣。

②除拱肋外，拱上構(gòu)件也可利用纜索吊裝，施工方便。

③對橋下通航影響最小。

其缺點(diǎn)為：

①社保投入較多。

②塔架、纜索等材料用量大。

③背索的錨固增大了施工場地。

④空中拼接焊接保證精度有一定難度。

其針對本工程的局限性

①受場地限制：東岸為居民區(qū)，無法錨固背索，西岸受地形限制背索只能錨固在河灘或河中。

②需要很高的索塔（約85米），大量的鋼材。

③在岸邊加工成段拱肋再用船運(yùn)至橋下，需要大型起吊設(shè)備。

④需建較長的碼頭和棧橋。

2.2.2 轉(zhuǎn)體施工方案即將拼裝焊接成型的整個(gè)或分為兩部分的拱肋利用拱腳處的臨時(shí)鉸轉(zhuǎn)體就位成拱。轉(zhuǎn)體施工分為豎向轉(zhuǎn)體和水平轉(zhuǎn)體兩種，根據(jù)橋位處的地形，水情及通航條件等分別采用。轉(zhuǎn)體方法適用于橋址拱跨兩端為山體或岸坡及施工場地較為狹小的地形條件，且多用與單跨拱橋。

其優(yōu)點(diǎn)：

①設(shè)備投入小。

②平臺(tái)上拼裝焊接較易保證精度。

③對橋下通航影響較小。

其缺點(diǎn)為：

①使用范圍小。

②水平轉(zhuǎn)需平衡配重。

本工程的局限性：

①水平轉(zhuǎn)體與該橋中承式的結(jié)構(gòu)形式不相符，且無平衡配重墩。

②豎向轉(zhuǎn)體需在浮動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行拱肋的拼裝焊接，對平臺(tái)的剛度要求較高。

③豎向轉(zhuǎn)體起吊拱肋需較多的起吊設(shè)備。

2.2.3 支架施工方案

支架施工方案即在橋下設(shè)立支架，在支架上進(jìn)行拱肋的拼裝焊成形。這種方法適用于地形較為平坦、水深較小、施工期內(nèi)無通航要求的情況。

其優(yōu)點(diǎn)為：

①施工技術(shù)難度小。

②拼裝焊接精度高。

③上部結(jié)構(gòu)施工方便。

其缺點(diǎn)為：

①工程量大。

②工程材料用量多。

③影響通航。

2.2.4 塔索吊裝方案：

塔索吊裝方案即在主墩上避開拱腳設(shè)置設(shè)立塔架及斜攬，將分段加工好的拱肋從拱腳處起吊逐節(jié)用斜攬固定拼裝成拱。這種方法適用于橋下通航要求很高的情況。

其優(yōu)點(diǎn)為：①不影響橋下通航。

其缺點(diǎn)為：①施工工藝較為繁雜。

②空中拼裝焊接保證精度有一定難度。

③設(shè)備需求量大。

2.2.5 混合施工方案：

混合施工方案即根據(jù)橋位處地形、自然條件及施工單位的機(jī)具設(shè)備和技術(shù)力量，有時(shí)可綜合采用幾種不同的方法進(jìn)行裸拱施工，如：采用纜索吊裝加簡易支架法、支架法加豎向轉(zhuǎn)體法、拱腳段轉(zhuǎn)體加中間段纜索吊法等等。

對本工程來講，混合法工程量太大。

綜上所述，幾種施工方案中只有豎向轉(zhuǎn)體法局限性較小，既不受橋尾場地限制，也不需大型吊裝設(shè)備；既不影響通航，又可節(jié)省大量材料，其所遇到的困難經(jīng)認(rèn)真檢算、反復(fù)論證較易克服，故決定采用豎向轉(zhuǎn)體施工方案。

3.豎向轉(zhuǎn)體施工方案的可行性討論

總體上確定了施工方案后還需從施工過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)具體考慮其可行性及經(jīng)濟(jì)性，只有兩者都滿足施工的合理要求，才能真正可行。

3.1 鋼管制作：為保證鋼管拱肋的加工精度，減少運(yùn)輸中的變形，在桂江西岸設(shè)臨時(shí)預(yù)制拼裝廠，負(fù)責(zé)將鋼板加工成10m一段的單元（包括橫撐和各種附件），然后吊運(yùn)至水上平臺(tái)完成大段對接焊接。

具體加工工藝流程為：材料進(jìn)場→材料分類→材質(zhì)確認(rèn)→材質(zhì)檢驗(yàn)→畫線與標(biāo)記→編號→下料→坡口加工→鋼管卷制→組圓調(diào)圓→焊接→附件裝配焊接→單節(jié)終檢→組裝成10m拱肋運(yùn)輸單元→焊接→無損檢測→大節(jié)終檢→1：1大樣拼裝→檢驗(yàn)→防腐→出廠。

3.2 水上平臺(tái)的安裝：為解決長拱肋的吊裝運(yùn)輸問題，全橋半拱在水上浮動(dòng)平臺(tái)的支架上進(jìn)行拼裝焊接成型。平臺(tái)的剛度決定著拱肋的加工精度，因此，平臺(tái)的安裝要求很高。經(jīng)檢算決定采用兩條225噸機(jī)動(dòng)船，配四條200噸平板船，用工字鋼扣成一個(gè)整體，然后用萬能桿件拼設(shè)一個(gè)110×22米的剛性平臺(tái)，并在其上立好半拱的拱肋支架。在平臺(tái)的1/4處用萬能桿件拼設(shè)一個(gè)門式提升架，供拱腳處對鉸時(shí)起吊用。

3.3 拱肋的拼裝組焊：將在岸上加工成型的拱肋單元利用吊車吊至浮動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行拼裝組焊。

3.4 塔架的檢算及設(shè)立：塔架是拱肋豎轉(zhuǎn)的主要受力部分，首先要保證其穩(wěn)定性，其次還要考慮經(jīng)濟(jì)性。

3.4.1 塔架的受力檢算：

如上圖所示，塔架采用六五式軍用墩，雙塔：

塔架高度約為：50m

塔架自重約為：150t

單塔橫截面積：F = 466cm2

塔架容許壓應(yīng)力：[σ] = 2100kg/cm2

主拱肋矢高為：43.75m

半拱水平長度為：97.83m

半拱鋼管拱肋及橫向聯(lián)結(jié)系自重：G = 500t

根據(jù)∑M0 = 0，

解得塔架所受最大壓力為：Pmax = 689t

每個(gè)單塔所受最大壓力為：Pmax = 344.5t

所以：（1）、塔架的壓應(yīng)力為：σ =（Pmaxl + G/2）/ F =（344.5 + 75）× 1000/446= 940.58kg/cm2∠[σ]

（2）、塔架的穩(wěn)定應(yīng)力：σω =（Pmaxl + G/2）/（φ×F）= （344.5 + 75）/（0.741×446）=1269.34kg/ cm2∠[σ]

式中：φ-折減系數(shù)，經(jīng)計(jì)算后查表得。

所以，塔架的高度設(shè)為5 0米即可，采用六五式軍用墩鋼材數(shù)量約為50×1.3×4=260t。

3.4.2 塔架的設(shè)立：為便于安裝塔架且不影響拱腳就位，拱座施工時(shí)避開拱腳位置在拱座中預(yù)埋型鋼，作為拱架的支撐。塔架的背索錨固在邊跨端橫梁上。

3.5 臨時(shí)鉸的設(shè)計(jì)及檢算：

臨時(shí)鉸采用坐式（如圖1），由旋轉(zhuǎn)角和靠山角組成，外層為10mm鋼板，內(nèi)填充C50砼。

圖1 臨時(shí)鉸接側(cè)視圖

根據(jù)旋轉(zhuǎn)角和靠山角投影接觸面積A及腳至拱頂一次壓注完成，拱腳處開一個(gè)灌注口，拱頂開一個(gè)排氣口，灌注口為密封式，用法蘭與泵相連。泵送砼時(shí)，用兩臺(tái)輸送泵從拱腳同時(shí)灌起，灌注時(shí)保持兩管之間灌注高差不超過5m。為避免拱頂向上變形，采用水箱預(yù)壓。

砼灌注完成后，用錘擊法檢查鋼管是否飽滿，不飽滿處采用開孔壓漿法補(bǔ)強(qiáng)，并經(jīng)反復(fù)多次檢查，直到滿足要求為止。

3.8 系桿、吊桿及橋面系的施工：

（1）本橋系桿采用無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋19Фγ15.24型，沿橋縱軸線對稱排列，每側(cè)10根，共20根。

拱肋豎轉(zhuǎn)吊裝合攏后，立即將系桿穿好，并用臨時(shí)吊桿按設(shè)計(jì)高度吊在拱肋上，隨著工程進(jìn)展，逐步張拉。

（2）吊桿及橫梁施工：

吊桿施工：

人工配合卷揚(yáng)機(jī)穿裝吊桿和臨時(shí)吊桿，然后按設(shè)計(jì)順利吊裝橫梁，并相應(yīng)地張拉系桿。從跨中到拱腳對稱張拉吊桿，調(diào)整橫梁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。吊桿調(diào)整采用YC－ 300型張拉千斤頂。

橫梁吊裝：

在橫梁兩端適當(dāng)位置預(yù)留起吊孔，將臨時(shí)吊桿穿入橫梁兩端預(yù)留孔內(nèi)，然后在橫梁底部兩端的臨時(shí)吊桿上安裝頂推千斤頂，將橫梁頂至設(shè)計(jì)高度。

（3）安裝橋面板及橋面系：

車行道板從縱向中軸線對稱向兩邊安裝，橋面整體砼從拱腳處向跨中對稱按由中線到兩邊的順序進(jìn)行。

經(jīng)對拱肋施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的研究論證后可以證明：

首先，豎向轉(zhuǎn)體施工方案是可行的。

其次，豎向轉(zhuǎn)體施工方案與設(shè)計(jì)圖紙建議的纜索吊裝施工方案相比一來克服了場地限制，不用考慮背索埋設(shè)問題；二來節(jié)省大量材料，從碼頭、棧橋到索塔都大大減少了工程數(shù)量；三來無需大型吊裝設(shè)備。同時(shí)豎向轉(zhuǎn)體施工方案在保證水上平臺(tái)剛度的前提下既提高了拱肋的組裝焊接精度，也減少了空中作業(yè)量，增加了施工安全性。只要解決了拱肋吊裝時(shí)塔架受力情況、臨時(shí)鉸等主要問題，豎向轉(zhuǎn)體施工方案不失為本工程較為優(yōu)先的施工方案。

4 結(jié)語

鋼管砼拱橋的施工方案多種多樣，需根據(jù)不同的具體條件適當(dāng)選用。在設(shè)計(jì)施工方案與實(shí)際施工方案有差異時(shí)，應(yīng)對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的研究論證，充分考慮各種因素的影響，從可行性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行反復(fù)比較，擇其優(yōu)者。

對于鋼管砼拱橋，其優(yōu)美的空間造型、大跨度的跨越能力、合理的受力結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)已引起了人們的高度重視，相信隨著越來越多的鋼管砼拱橋的出現(xiàn)，其設(shè)計(jì)、施工水平將會(huì)進(jìn)一步得到提高。拱肋起吊時(shí)臨時(shí)鉸所受最大壓力HO，

可知，拱肋起吊時(shí)臨時(shí)鉸所受最大壓力應(yīng)力為：σ＝HO／2／A

＝490000/2/8460

=29kg/cm2

3.6 拱肋的起吊：

拱肋起吊采用ZLD—100型頂推千斤頂。

半拱拱肋焊接好后，在拱部安設(shè)測量標(biāo)記即可進(jìn)行主拱肋吊裝。

先將浮動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到橋下，用平臺(tái)上門式提升架將拱肋水平吊起，對鉸位，鉸位對好后，安裝鋼絞線及千斤頂進(jìn)行起吊，待拱肋脫離支架1.0米左右，停機(jī)檢查各部是否正常，并根據(jù)索塔的受力與變形、鋼絞線及千斤頂?shù)男凶叩惹闆r，判斷能否正常起吊，并作出相應(yīng)指令，若初始起吊無異常，隨著起吊進(jìn)程，各部位安全系數(shù)均逐漸增大。

3.7 鋼管內(nèi)砼的灌注：

當(dāng)拱肋吊裝完畢，封鉸之后，即可灌注鋼管內(nèi)砼。

本橋采用C50砼，砼灌注采用泵送，人工振搗棒、平板振動(dòng)器振島。每根鋼管由拱

[1]鐵路橋涵工程施工規(guī)范

[2]鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工.人民交通出版社，1999

[4]范立礎(chǔ).橋梁工程.人民交通出版社，1996

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.048

趙勝 畢業(yè)院校：蘭州交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)最高學(xué)歷：本科 職稱：高級工程師。