焦廣彥

摘要：本文以西寶鐵路客運(yùn)專(zhuān)線咸陽(yáng)西立交特大橋主橋連續(xù)梁-拱組合結(jié)構(gòu)鋼管拱安裝施工為例，重點(diǎn)介紹梁后拱肋支架搭設(shè)、分節(jié)段制安等施工關(guān)鍵技術(shù)，兼述方案比選、實(shí)施中的施工技術(shù)，為同類(lèi)型結(jié)構(gòu)施工提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)專(zhuān)線 梁拱組合結(jié)構(gòu) 鋼管拱

1 工程概況

西寶鐵路客運(yùn)專(zhuān)線咸陽(yáng)西立交特大橋主橋采用64.15+136+64.15m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁與中孔鋼管混凝土加勁拱組合結(jié)構(gòu)上跨西寶高速公路，梁長(zhǎng)264.3m，中跨橋面對(duì)稱布設(shè)兩道鋼管混凝土系桿拱，拱軸線為二次拋物線Y=0.8X-0.00588253X2。拱肋中心間距12.9m，計(jì)算跨徑為L(zhǎng)=136m，計(jì)算矢高為f=27.2m，矢跨比1/5，單箱雙室變高箱形截面，采用“先梁后拱”方法施工。

每道拱肋截面全高3.0m，采用啞鈴型截面形式，內(nèi)充C55無(wú)收縮混凝土。上下弦管為外徑φ100cm，壁厚δ=16mm的鋼管，上下鋼管中心距2.0m，采用厚16mm的腹板連接，腹板腔間腹板距600mm。腹板內(nèi)除拱腳7m范圍及吊桿處和橫撐處2m范圍內(nèi)灌注混凝土外，其余部分均不灌注混凝土；拱肋之間共設(shè)1道米字橫撐、8組K撐。米字撐及K撐的橫撐全高1.5m，采用直徑φ100cm，壁厚δ=16mm的圓端形空鋼管。斜撐為外徑φ90cm，壁厚δ=12mm的圓形鋼管。兩道拱肋共設(shè)14對(duì)吊桿，吊桿間距8m，采用PES.HY（FD）7-109低應(yīng)力全防腐索體。

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主拱肋分為26節(jié)，其中拱腳4節(jié)，中間拼裝節(jié)22節(jié)。K撐、米撐劃分為8節(jié)橫撐和20節(jié)斜撐。

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2 梁下及梁部施工工況準(zhǔn)備

橋梁主跨以37°斜交上跨西寶高速公路，主墩采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.8m，樁長(zhǎng)78m，梅花群樁18根，并按設(shè)計(jì)進(jìn)行了樁后壓漿的補(bǔ)強(qiáng)施工以增大承載力。墩身為啞鈴形截面，截面混凝土方量58.1立方。

全梁設(shè)計(jì)情況為：梁拱結(jié)合部0#段長(zhǎng)17m，邊中孔合龍段長(zhǎng)2m，邊孔直線段6.15m、各標(biāo)準(zhǔn)梁段最大4.5m。直線段在支架上現(xiàn)澆施工，0#段的施工慮及拱腳預(yù)埋及掛籃安設(shè)因素，在施工中部分變更施工方案，采用將0#段、1#段和2#段同步支架現(xiàn)澆方案，其余節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑。按常規(guī)施工方法于2011年8月19日邊跨合龍，于2011年10月12日主跨體系合龍，退卸掛籃，清理橋面，準(zhǔn)備進(jìn)入支架施工。梁部施工期間采用了掛籃自防護(hù)體系和既有高速公路行車(chē)保暢措施，工程得以順利實(shí)施。

3 拱肋臨時(shí)支架方案的比選確定

本例連續(xù)梁—拱組合結(jié)構(gòu)在目前客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)同類(lèi)型結(jié)構(gòu)中屬較大跨度，鋼管拱肋的安裝首先應(yīng)確定拱肋支架方案。綜合考慮到拱肋支架搭設(shè)及預(yù)壓、拱節(jié)吊裝定位、精測(cè)精調(diào)、撐桿連接、焊接合龍及后期管內(nèi)混凝土壓注等各環(huán)節(jié)施工工藝要求，對(duì)支架施工方案比選情況作以說(shuō)明：

方案比選

初期確定的三種支架方案：

第1方案：吊車(chē)上橋貝雷架立柱吊裝方案

采用貝雷架在拱肋節(jié)段各連接處搭設(shè)門(mén)形支架，門(mén)形支架縱橫向用[16槽鋼與[10槽鋼組焊成桁架進(jìn)行連接，吊車(chē)上橋組拼。

第2方案：貝雷架立柱拼裝橋下吊裝方案

拱肋支架為貝雷架，在橋下組裝12個(gè)門(mén)形支架，每個(gè)門(mén)形支架采用兩臺(tái)260噸大型吊車(chē)整體吊裝到橋面，為保證支架的穩(wěn)定性，各支架縱橫向采用[16槽鋼與[10槽鋼組焊成桁架進(jìn)行連接。

第3方案：輪扣式支架

首先用工字鋼及方木在中跨兩側(cè)翼緣板搭設(shè)鋼挑梁平臺(tái)，并對(duì)平臺(tái)進(jìn)行防護(hù)。用輪扣桿件和φ48鋼管搭設(shè)滿堂架，在支架支座位置用方木及槽鋼搭設(shè)操作平臺(tái)拼裝拱肋。經(jīng)過(guò)多次方案會(huì)議評(píng)審，對(duì)輪扣支架方案進(jìn)行了優(yōu)化，拱肋拼裝支座平臺(tái)位置立桿按照30cm（橫）*60cm（縱） 間距布置，各平臺(tái)之間采用φ48鋼管縱、橫向連接為整體，檢算滿足要求。經(jīng)過(guò)方案的優(yōu)化，支架數(shù)量減少為原方案的3/5，減少了支架安裝拆除工作量，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工成本。

以上方案中，第1方案吊車(chē)上橋組裝支架，橋下高速公路車(chē)流量大，吊裝安全隱患較大，操作困難。第2方案吊車(chē)橋下整體吊裝需長(zhǎng)時(shí)間占用高速公路，且大型吊車(chē)租賃費(fèi)用較大。第3方案輪扣支架方案搭設(shè)簡(jiǎn)單易行，不需要大型吊裝設(shè)備和占用高速公路。比選后確定按第3方案實(shí)施。

4 拱肋臨時(shí)支架施工

拱肋拼裝支架采用輪扣桿件和φ48鋼管搭設(shè)滿堂架，輪扣及鋼管較鋼管樁、貝雷片等材料更為輕便，可在連續(xù)梁邊跨將輪扣桿件及鋼管吊運(yùn)至橋面，沿橋面采用叉車(chē)水平運(yùn)輸至搭設(shè)位置，采用人工配合滑輪垂直吊運(yùn)至搭設(shè)高度；通過(guò)鋼絞線對(duì)支架預(yù)壓進(jìn)行反支點(diǎn)預(yù)壓，拱肋支架搭設(shè)及預(yù)壓材料上橋困難的問(wèn)題得以解決。

4.1 支架布置

對(duì)于拱肋支架，通常情況下采用輪扣桿件和φ48鋼管進(jìn)行搭設(shè)，搭設(shè)面積控制在121.2m（縱向）×16.8m（橫向），高度1.9～ 28.9m，支架橫橋向共設(shè)17排，拱肋節(jié)段接頭處立桿加密為31排，采用輪扣桿件搭設(shè)。支座處立桿間距為30cm（橫）*60cm（縱），焊接平臺(tái)處立桿間距為90cm（橫）*90cm（縱）。各接頭處平臺(tái)采用φ48鋼管縱、橫向連接為整體。支架水平桿步距1.2m，具體布置見(jiàn)圖4。

4.2 剪刀撐設(shè)置

全橋支架設(shè)置三向剪刀撐系統(tǒng)，在縱橋向最外排、第5排、第13排設(shè)置剪刀撐，橫橋向在每個(gè)支座位置兩側(cè)設(shè)置剪刀撐，在垂直橋面方向上每隔6個(gè)橫桿高度設(shè)置水平剪刀撐。剪刀撐與梁面夾角控制在45°～60°，采用φ48mm鋼管搭接連接，搭接長(zhǎng)度不小于1m，搭接扣件數(shù)量3個(gè)。

4.3 纜風(fēng)繩安裝

支架搭設(shè)寬、高較大，且外設(shè)4mm密目鋼絲網(wǎng)防護(hù)，受風(fēng)荷載影響較大，通過(guò)在梁面上拉設(shè)纜風(fēng)，降低風(fēng)載對(duì)支架穩(wěn)定性的影響。順橋向在4個(gè)拱座位置分別設(shè)置2道纜風(fēng)繩，在第一個(gè)支座位置支架上端橫穿一根φ48mm鋼管，在鋼管兩端掛設(shè)φ15mm鋼絲繩，利用倒鏈拉設(shè)至預(yù)埋段拱肋支架上。橫橋向在支座位置支架兩側(cè)分別設(shè)置“X”型纜風(fēng)繩，一端在支架頂端采用φ15mm鋼絲繩固定，另一端采用倒鏈斜向拉設(shè)至另一側(cè)梁面預(yù)埋鋼筋上。

4.4 分配梁設(shè)置

在各管節(jié)對(duì)接處拼裝焊接平臺(tái)。平臺(tái)設(shè)兩層方木，方木間通過(guò)鈀釘進(jìn)行連接固定，底層為14×14方木，橫橋向布置，間距同立桿間距，上層為滿鋪9×9方木，縱橋向布置，平臺(tái)長(zhǎng)3.6～8.4m，寬2.7m。將兩層[20槽鋼搭設(shè)在方木上作為分配梁，轉(zhuǎn)化支座承受的集中荷載，進(jìn)而在一定程度上均勻地作用在支架上，分配梁之間焊接為整體，具體布置見(jiàn)圖5。

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4.5 支架預(yù)壓方案選定及實(shí)施

由于本處連續(xù)梁作業(yè)空間受高速公路行車(chē)限制，采用傳統(tǒng)預(yù)壓塊、砂袋、水箱等配重的預(yù)壓方法，材料上橋困難，操作難度較大；鋼絞線反支點(diǎn)預(yù)壓方法在近幾年已開(kāi)始用于高墩0#塊支架預(yù)壓、掛藍(lán)預(yù)壓，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，故預(yù)壓方案選用鋼絞線反支點(diǎn)預(yù)壓法。

對(duì)于每個(gè)支承平臺(tái)，分別設(shè)置2個(gè)預(yù)壓點(diǎn)，沿縱橋向分布在鋼支座中心的兩側(cè)，間距控制在60cm，每個(gè)受力點(diǎn)的張拉力按1.2倍的二分之一管重考慮。

對(duì)于預(yù)壓用鋼絞線下端，在橋體豎向預(yù)應(yīng)力筋精軋螺紋鋼上，通過(guò)利用精軋螺紋鋼與鋼絞線連接器進(jìn)行錨固；上端在鋼支座分配梁上設(shè)置長(zhǎng)40cm、寬40cm、厚2cm鋼板，鋼板中心開(kāi)設(shè)φ20mm圓孔，利用5孔扁錨及夾片將鋼絞線錨固于鋼板上。

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通過(guò)27t液壓穿心式千斤頂進(jìn)行張拉。通過(guò)采用左右側(cè)支架對(duì)稱分級(jí)預(yù)壓方法進(jìn)行預(yù)壓，支座1～4分3級(jí)進(jìn)行加載，第1、2級(jí)分別張拉至50KN、100KN，第3級(jí)張拉至P，支座5分2級(jí)進(jìn)行加載，第1級(jí)分別張拉50KN，第2級(jí)張拉至P，持荷48小時(shí)后分級(jí)對(duì)稱卸載。

在每個(gè)平臺(tái)上分別設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)預(yù)壓前、預(yù)壓中、預(yù)壓后進(jìn)行觀測(cè)。對(duì)于支承平臺(tái)非彈性變形通過(guò)預(yù)壓可以消除，對(duì)支座高度調(diào)整量進(jìn)行確定。

4.6 鋼支座安裝

完成預(yù)壓后，將長(zhǎng)74cm（橫橋向）、寬56cm（縱橋向）、厚2cm鋼板焊接在頂層分配梁頂面，鋼板上設(shè)4個(gè)長(zhǎng)條孔，通過(guò)螺栓與拱肋拼裝鋼支座進(jìn)行連接，可以進(jìn)行相對(duì)滑移，拱肋拼裝就位后，可以對(duì)精確進(jìn)行定位和調(diào)整。采用1塊水平鋼板、2塊弧形鋼板、1塊端頭板及2塊連接板焊接成鋼支座。（如圖8所示）

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4.7 支架拆除

支架拆除程序遵守由上而下，先搭后拆。一般拆除順序：安全網(wǎng)及纜風(fēng)→欄桿→作業(yè)平臺(tái)→剪刀撐→橫向水平桿→縱向水平桿→立桿→挑梁平臺(tái)→支架材料吊至橋下→清理梁面。拆下的桿件由上向下傳遞或用繩吊放，嚴(yán)禁住下投扔。拆除的構(gòu)配件分類(lèi)堆放，以便于運(yùn)輸、維護(hù)和保管。

5 幾處特殊關(guān)鍵技術(shù)方案和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本橋施工中存在拱腳預(yù)埋段無(wú)法支撐固定、梁體提供的拱肋拼裝平臺(tái)寬度不夠、拱肋支架搭設(shè)材料無(wú)法直接上橋等問(wèn)題，鋼管拱肋的測(cè)量精調(diào)、線型控制措施。

5.1 拱座預(yù)埋段施工

拱座預(yù)埋段位于0#塊上，進(jìn)而在一定程度上確保拱座預(yù)埋精度，對(duì)于0#塊混凝土，我們分兩次進(jìn)行澆筑。第一次澆筑至梁體頂面以下1.5m位置，并埋放拱腳預(yù)埋段定位支架的固定預(yù)埋件，在固定預(yù)埋件上安裝拱肋定位支架，解決了0#塊無(wú)法支撐固定的問(wèn)題。0#塊第一次混凝土澆筑后精確放樣拱腳預(yù)埋段定位支架位置，在拱腳上、下弦管下管口位置分別安放支架A、支架B，在距拱腳上口56cm處安放支架C，通過(guò)與預(yù)埋拱肋支架定位鋼板進(jìn)行焊接固定。支架主要由I20工字鋼、[10槽鋼和鋼板組成，見(jiàn)圖9。

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采用全站儀測(cè)量上、下弦管位置及高程，調(diào)整拱肋至設(shè)計(jì)位置，使各項(xiàng)偏差滿足允許誤差要求。調(diào)整完成后，將支架滑移裝置、拱腳與定位支架焊接固定，澆筑拱座混凝土。

5.2 鋼挑梁平臺(tái)搭設(shè)

通常情況下，將拱肋外邊緣與梁體翼緣板邊緣之間的距離控制在10cm，將拱肋拼裝支架直接搭設(shè)在梁面上，對(duì)于梁體來(lái)說(shuō)，如果無(wú)法提供相應(yīng)的拱肋拼裝平臺(tái)，在這種情況下，需要采取相應(yīng)的措施，對(duì)拱肋支架搭設(shè)平臺(tái)進(jìn)行加寬處理。

對(duì)于鋼挑梁，通常情況下選用I20工字鋼通過(guò)懸挑的方式進(jìn)行搭設(shè)，挑梁的長(zhǎng)度、外挑長(zhǎng)度、梁面上固定長(zhǎng)度分別為4.5m、1.6m、2.9m。對(duì)于支架加密區(qū)來(lái)說(shuō)，順橋向搭設(shè)間距控制在0.6m，對(duì)于非加密區(qū)，順橋向搭設(shè)間距控制在1.2m。用φ20門(mén)型鋼筋將鋼挑梁伸入梁面一端，進(jìn)而在一定程度上，通過(guò)焊接的方式，與梁體防撞墻預(yù)埋鋼筋進(jìn)行相應(yīng)的固定，進(jìn)而為鋼挑梁的穩(wěn)定性做好前提準(zhǔn)備，在距離梁翼緣板邊緣1.07m挑梁頂面上設(shè)置一道縱向扁擔(dān)梁，沿主梁進(jìn)行全橋貫通，將2根[20槽鋼通過(guò)背焊方式組成扁擔(dān)梁，每4m用豎向精軋螺紋鋼將挑梁與梁面壓緊密貼，經(jīng)檢算其穩(wěn)定性及剛度滿足要求。

安裝完鋼挑梁后，在其上縱向鋪設(shè)5排14×14方木，間距16cm，通過(guò)鐵絲將方木與挑梁進(jìn)行固定，利用鈀釘將兩接頭方木釘緊，其上滿鋪竹膠板，在一定程度上防止支架及拱部施工時(shí)墜物危及行車(chē)安全，同時(shí)為橋面以外支架提供支撐平臺(tái)。

6 拱肋拼裝施工

6.1 拱肋加工、運(yùn)輸、存放

鋼管拱拱肋節(jié)段在工廠制造，試拼合格并且對(duì)焊縫檢測(cè)合格后組織進(jìn)場(chǎng)。鋼管拱節(jié)段的裝卸、運(yùn)輸在涂膜干燥后進(jìn)行，運(yùn)輸過(guò)程中防止構(gòu)件變形。節(jié)段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后根據(jù)拱肋安裝順序存放于橋下場(chǎng)地。

6.2 拱肋吊裝施工分析及確定方案

支架上安裝鋼管拱肋最大節(jié)段重量20.18t，起吊高度最大45m，吊車(chē)作業(yè)半徑最大18m，查吊車(chē)技術(shù)參數(shù)表，拱肋吊裝選用260t汽車(chē)吊，按對(duì)稱方式進(jìn)行吊裝作業(yè)，工前高速公路半幅封閉。

6.2.1 吊裝順序

吊裝從下到上對(duì)稱進(jìn)行，拱肋及橫撐安裝順序如下：BC節(jié)段→BC節(jié)段→ML→ML節(jié)段→LK節(jié)段→LK節(jié)段→8號(hào)K撐→CD節(jié)段→CD節(jié)段→1號(hào)K撐→DE節(jié)段→DE節(jié)段→2號(hào)K撐→KJ節(jié)段→KJ節(jié)段→7號(hào)K撐→JI節(jié)段→JI節(jié)段→6號(hào)K撐→EF節(jié)段→EF節(jié)段→3號(hào)K撐→FG節(jié)段→FG節(jié)段→4號(hào)K撐→IH節(jié)段→IH節(jié)段→5號(hào)K撐→GH節(jié)段→米字撐。

6.2.2 吊裝作業(yè)

通過(guò)捆綁法進(jìn)行吊裝，在吊裝前，對(duì)吊點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行試吊和調(diào)整，選用雙股φ30mm及25t卡環(huán)鋼絲繩捆綁拱肋，260t汽車(chē)吊自行完成拱肋翻身、起吊作業(yè)，拱肋最低點(diǎn)脫離地面后，觀測(cè)拱肋角度，滿足設(shè)計(jì)要求后吊裝至拱肋支架上進(jìn)行定位?？紤]安全和拱肋的穩(wěn)定性要求，拱肋吊裝前，在拱肋接頭處拉纜風(fēng)繩，拱肋起吊成豎直狀后，利用纜風(fēng)繩將拱肋拉穩(wěn)。

6.2.3 拱肋定位

通常情況下，在上節(jié)已定位拱肋下弦管的下端，對(duì)定位馬板進(jìn)行焊接，在支架上方吊裝拱肋后，對(duì)于拱肋來(lái)說(shuō)，其前端和后端分別落至鋼支座上和定位馬板上。

6.2.4 拱肋精調(diào)

每段鋼管拱肋布設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，通常情況下，這三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別位于上弦管上管口為1點(diǎn)，下弦管上管口為2點(diǎn)，下弦管下管口為3點(diǎn)。如圖11所示：

6.2.5 拱節(jié)焊接與拱肋合龍

當(dāng)后一節(jié)段吊裝時(shí)，對(duì)前一節(jié)段的接口處進(jìn)行永久性焊接。接頭施焊由拱腳向拱頂上、下游對(duì)稱進(jìn)行。拱肋及腹板在接頭處采用對(duì)接焊縫，坡口型式為Y型，焊接工藝為CO2氣體保護(hù)焊。外套管與上、下弦管采用貼角焊，焊接工藝為手工電弧焊。

合攏節(jié)段在加工時(shí)，每端預(yù)留10cm富余量。在吊裝前一天，對(duì)兩端缺口標(biāo)高、坐標(biāo)、長(zhǎng)度進(jìn)行精確觀測(cè)，每隔2小時(shí)觀測(cè)一次，以把握不同溫度時(shí)缺口的變化情況，并連續(xù)觀測(cè)合龍段本身的長(zhǎng)度變化情況。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，確定合龍時(shí)間、溫度要求及合龍口的精確長(zhǎng)度，對(duì)合龍節(jié)多余部分進(jìn)行切除。在第二天相同環(huán)境條件下，進(jìn)行合龍節(jié)段的安裝，安裝時(shí)測(cè)量氣溫在10℃～15℃之間。

6.2.6 撐桿安裝

K撐的橫、斜撐吊安裝隨主拱安裝對(duì)稱進(jìn)行，安裝時(shí)兩側(cè)主拱段接口均已進(jìn)行了永久焊接。

6.2.7 施工防護(hù)措施及實(shí)施情況

①支架臨邊防護(hù)：對(duì)挑梁頂面進(jìn)行全封閉，于縱向方木上滿鋪竹膠板并設(shè)擋腳板以防墜物；于最外側(cè)支架張掛雙層密目鐵絲網(wǎng)。

②拱肋焊接防護(hù)：主拱焊接時(shí)，焊渣易從安全防護(hù)網(wǎng)中穿過(guò)，掉落至橋下。高空焊接時(shí)為了消除風(fēng)對(duì)焊接質(zhì)量的影響及保溫，我們對(duì)焊接部位采用彩鋼板進(jìn)行圍護(hù)。焊接拱肋時(shí)，在焊接平臺(tái)頂面鋪設(shè)一層防火布防止焊渣引燃方木。

③道路保暢：吊裝時(shí)公路半幅封閉，路政單位協(xié)助實(shí)施。

7 結(jié)語(yǔ)

本例連續(xù)梁—拱結(jié)構(gòu)已于2012年9月順利施工完成，過(guò)程中安全、質(zhì)量受控，各項(xiàng)檢測(cè)合格，本橋鋼管拱內(nèi)混凝土壓注、吊桿安裝及張拉等施工及相關(guān)后期檢測(cè)本文未及。希望所述鋼管拱安裝能為同結(jié)構(gòu)施工提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB10752-2010 J1148-2011，高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4]黃納新，嚴(yán)愛(ài)國(guó)，羅世東.溫福鐵路昆陽(yáng)特大橋主橋連續(xù)梁拱施工設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005（11）.