無風撐背靠式鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)探究

安 靜

（山西交通職業(yè)技術(shù)學院 公路系，山西 武宿 030031）

我國韓江北橋?qū)儆跓o風撐背靠式鋼管混凝土拱橋，與湘子橋(中國四大古橋之一)遙相呼應(yīng)。對于城市景觀的意義而言，人們對韓江北橋的關(guān)注非常多。目前，在工程實踐當中，鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用也越來越普遍，但對于韓江北橋而言，無風撐背靠式系桿拱橋的設(shè)計理論還欠缺成熟。結(jié)合韓江北橋，本文對無風撐鋼管混凝土拱橋進行了探究，分析了包括V型結(jié)構(gòu)施工、主拱肋制作與安裝等工程的施工重點，對無風撐背靠式鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)進行了進一步地分析和總結(jié)。

一、主橋的V構(gòu)施工

主橋V構(gòu)設(shè)計，指的是將主橋的橋墩設(shè)計成與V型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的一種組合，將下承式的鋼管拱橋變成中承式的，從而加強橋面自身的動態(tài)感及飄逸感。

(一)V構(gòu)的設(shè)計方案

1.平衡塔

其高度為12-16m，平面尺寸為6×2m。平衡塔的格構(gòu)柱共有8-13根，每個格構(gòu)柱由兩根25B槽鋼組成，其組合的矩形截面為25cm×25cm。10#槽鋼在格構(gòu)柱之間起著斜撐、水平的作用，對格構(gòu)柱進行連接，促使其穩(wěn)定性、剛度以及強度的良好。

2.斜托梁

斜托梁采用單層的、普通的貝雷梁組成，一般情況下，兩排貝雷梁便可拼成一組斜托梁。將底托梁以橫向的方式，在貝雷梁的下方進行布置，并使用I20a的槽鋼，和橫向底梁同時形成組臺結(jié)構(gòu)。橫向底托梁彼此之間應(yīng)保持3-6m的距離，才可通過斜向拉桿，使得斜向的貝雷梁和橫向的托梁形成一個整體。

3.拉桿

對應(yīng)橫向底托梁的位置對斜向拉桿進行布置。2×10#槽鋼背靠式組拼成斜向拉桿，橫向底托梁與拉桿一端銷接，并將平衡塔銷接于另一端。將拉桿的水平剛性設(shè)置為4×I25a的工字鋼，在使用混凝土進行最后一次澆筑前，要將其于V腿的頂部進行預(yù)埋。

(二)V構(gòu)混凝土的澆筑

1.以聯(lián)合泵送、汽運的輸送方式對混凝土進行澆筑

運輸車將集中攪拌后的混凝土承平，并運送至現(xiàn)場進行澆筑。V腿附近地面進行混凝土泵的拖放，混凝土泵對混凝土的泵送，要以垂直角度進行，然后使用滑槽將其送至工作面，最后采取澆筑。

2.混凝土的坍落度

一定要保持在14cm左右，混凝土中需要摻入高效的緩凝減水劑，一般情況下初凝時間多在10小時左右，每次進行澆筑時，其澆筑的時間，一定要低于混凝土初凝時的時間。

3.澆筑順序

根部(第一段)，選取橋中心點，保持兩側(cè)對稱，由中間部位逐漸向橋的兩端，推進橫橋向?？招亩?第二段)，此時澆筑時則采取由低往高的方式逐層進行，橫橋按照中部至兩側(cè)的方式卸料，另外順橋則逐漸向兩側(cè)對稱澆筑。頂部(第三段)，首先從中部開始，利用混凝土的自然坡度，逐層實施澆筑，分別于兩側(cè)進行對稱澆筑。

二、鋼管拱制作與安裝

(一)鋼管拱制作

1.拱肋的加工

主橋為無風撐鋼管拱橋，全橋拱肋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其加工特點尤為獨特：具有較多的線型種類，豎拱的截面屬于變截面，拱橋頂部直至拱角逐漸增大，另外豎拱上、下弦管的線型存在著區(qū)別。A跨鋼管壁厚和直徑分別為24mm和1200mm，板材厚度隨著管徑變大而變大，管的加工難度較大，同時影響到加工效率。鋼管板材厚、直徑大，使得焊接變形逐漸變大，不利于控制。變截面的啞鈴型為豎拱，通過連接管豎拱與斜拱形成三角結(jié)構(gòu)且不對稱，從拱頂往拱腳其三角結(jié)構(gòu)逐漸變寬，對拱肋的橫向穩(wěn)定性進行了提高；豎拱、斜管的每組連接節(jié)點由無縫鋼管焊接連接而成，其共采用數(shù)量為四根，且空間方向和長度有所不同。

2.加工方法與工藝

結(jié)合拱肋的結(jié)構(gòu)特點，單片拱肋的加工分為四個階段，主要包括：單元短直管、單段長弦管組拼、單段豎拱裝配、斜拱與豎拱整幅預(yù)拼并連接成整體。拱肋的加工流程為：材料采購→筒節(jié)→噴砂除銹、防腐→吊裝長度→腹板、長弦管裝配成啞鈴型豎拱→全幅預(yù)拼單片豎拱肋→預(yù)拼斜拱→通過無縫鋼管連接豎拱、斜拱為整體→解體拱肋形成吊裝段→刷漆防腐→運輸?shù)跹b。

(1)筒節(jié)制造

折線拼接短直管成型，其拱肋線型的長度為1-2m，單元短直管數(shù)量較多，而拱肋整體質(zhì)量受短直管加工質(zhì)量的影響較為嚴重，非常值得注意。

(2)組裝長弦管

按照圖紙的排版，對各個節(jié)吊裝段中的豎拱下弦管、斜拱管、上弦管的長度進行確定，以折線對接的形式連接單元短直管形成所需的弦管長度。于組裝前，檢查部件的制造質(zhì)量，檢查尺寸，直至合格后，進行段節(jié)組裝工作。

(3)裝配豎拱

運用兩側(cè)腹板，連接豎拱的上、下弦管形成啞鈴型結(jié)構(gòu)，采取多次施焊、翻身的方法對腹板進行控制，以確保線形的有效準確。

(4)拱肋預(yù)拼裝

成橋的關(guān)鍵是拱肋線型的合理設(shè)計，完成拱肋吊裝節(jié)段的制作后，要借助預(yù)拼檢查其吊桿位置、拱軸線、跨徑的準確性，以促使工地吊裝準備工作的良好實施。首先全幅預(yù)拼各段啞鈴型豎拱，利用全幅豎拱形成平臺對斜拱進行預(yù)拼，之后借助無縫鋼管，連接豎拱、斜拱呈三角整體結(jié)構(gòu)。兩次預(yù)拼拱肋的流程為：平臺、場地的準備→預(yù)拼豎拱段→對斜拱預(yù)拼支架進行搭設(shè)→預(yù)拼斜拱段→對無縫鋼管進行焊接安裝→對外法蘭連接板進行安裝→拱肋的解體與存放→空中操作平臺的安裝完成→防腐并對吊裝進行運輸。

(二)纜索起重機的設(shè)計和安裝

1.纜索起重機的設(shè)計

纜索起重機的組成部分主要包括：起重索導撓系統(tǒng)、承重索導撓系統(tǒng)、固定式鋼塔架滑移式索鞍、索鞍滑道、動力源、無線電遙控系、防雷和防航標燈系、U形吊鉤系、承重索平衡機構(gòu)、牽引導撓系統(tǒng)、懸鏈式支索機構(gòu)、動滑輪和定滑輪組、主塔和后錨系、纜風繩和地錨系、電控柜等。纜索起重機的效率高、速度快、跨度大、總體結(jié)構(gòu)簡單，與起重設(shè)備相比，施工周期短、造價較低，不會受到地形條件和氣候條件的限制和影響。纜索起重機的工作原理：第一，升降運行。在跨中上下進行垂直運動，通過無線遙控的控制，從8噸卷揚機卷筒出繩經(jīng)定滑輪、導向輪、吊鉤的動滑輪導，起重縈繞后減速增力，吊鉤向下進行運動。利用“順繞法”，可對避免自銷現(xiàn)象的產(chǎn)生。定滑輪組在機構(gòu)設(shè)計中進行了四個平衡輪的增設(shè)，對滑輪組中鋼絲繩的受力情況進行了改善，可有效處理動滑輪的歪斜以及自銷現(xiàn)象，同時采用一繩制進行升降。第二，順橋向移動，即牽引和回空運行。無線電發(fā)射系統(tǒng)對指令進行發(fā)送，對卷揚機進行牽引并啟動電控柜，牽引索在繞入卷筒后經(jīng)導撓后，在鋼塔架上，對起升機構(gòu)、運行小車進行設(shè)置?；乜諘r通過無線電遙控系統(tǒng)的控制，利用回空牽引繩對運行小車進行引導，通過“一進一出雙繩制”對牽引索實施，經(jīng)過導撓繩在回空卷筒中進行卷入。

2.纜索起重機的安裝

(1)安裝程序

采用50t汽車吊輔助安裝塔架基礎(chǔ)。運用“單件拼裝搖桿安裝”對塔架進行設(shè)計，拼接形式為逐節(jié)向上，達成設(shè)計高度為止。運用“小索帶主纜直接拖拉法”對主纜進行安裝。

(2)塔架安裝

N型萬能桿件組成纜索起重機鋼塔架，其結(jié)構(gòu)為門式架，分別與南北岸進行設(shè)計，每岸一座。其中塔柱的截面為4m×4m，高度為76m，并在其中設(shè)置雙道橫撐，并于頂部安置主索索鞍。利用鉸接對基礎(chǔ)與塔架進行設(shè)置，可橫移塔架。運用單件拼裝搖桿安裝方法對主塔進行安裝，并以拼接的形式，逐節(jié)向上，直至滿足所需要的設(shè)計高度后停止。在塔吊的頂部處，搖頭扒桿屬于一種吊裝工具，可以利用其設(shè)置其他的塔架桿，并對搖頭扒桿進行底座的設(shè)置，使其可以輕易改變拼裝高度，從而爬升向塔架，電動卷揚機的設(shè)置在其下部，設(shè)置后可達到提升動力的效果。搖頭扒桿的起吊能力、回轉(zhuǎn)半徑R分別為10KN和5m，搖頭扒桿的幅徑之內(nèi)能夠全部包含塔架的平面輪廓尺寸，同時對高空的水平搬運進行控制。

3.架設(shè)主纜

主纜索的鋼絲繩設(shè)計為6V×43+IWR，自重比較大，在進行主纜的架設(shè)過程中，對小索帶主纜直接拖拉法進行了運用。安裝工作索：在兩座塔架間對2根6×37-32-1700I光右型的工作鋼絲繩進行安裝，其下一步為Φ 60mm，于滑行軌道繩住纜繩鎖進行安裝。把Φ 32mm工作鋼絲繩放置于選定的地錨附近，于塔架下將繩頭拖拉，并在塔頂?shù)呐R時支架幫助下，掛繩頭后將其提升至鞍部位置，繩頭在索鞍下層滾輪穿入，并使繩頭下滑落地。對岸對JM-3型5t卷揚機進行安裝，以小繩牽過河至對岸，同時與Φ 32mm工作繩相接，拖拉至對岸方向，并穿過索塔滾輪下滑拖拉，利用繩卡對工作繩繩頭進行固定。主索拖拉：架設(shè)工作索后，在繩上進行滑車的安裝，滑車上臨時固定主纜索繩頭，采用5t卷揚機對滑車進行拖拉，可使其在工作繩上滑行，拖拉主纜索過河，對岸的主地錨上，對主纜索繩頭進行固定。拖拉纜索時，為了避免過大下垂，依據(jù)圖紙要求，在預(yù)先架設(shè)的工作纜繩上對鏈式移動支索器進行加設(shè)。通過同樣的方法，對纜索吊機的12根主纜索進行安裝，最后對主索垂度進行初調(diào)。

(三)鋼管拱的安裝

1.場地運輸

進行拱肋的運輸時，可以使用汽車以分段的方式進行運輸，通過施工便道，將拱肋以分段的形式，放置在起吊的位置上，并對需要施工的墩位之間進行清洗，保持其平整性，采取填筑碾壓的方式進行，從而保證車輛的有效運行。

2.吊具的安裝

運用直徑42mm的鋼絲繩與10t導鏈、滑輪組進行配合，將鋼板吊耳焊接在豎拱分段斜拱管及上弦管上，采用雙車雙吊點的方式進行起吊。吊耳耳孔處放橡膠墊，使耳孔直角邊被打磨成圓角，對鋼絲繩過大剪刀的承受進行避免。

3.脫空及調(diào)位

安妥吊具，起升吊鉤使分段與放置面脫離。豎拱斜拱的截面是不對稱的，豎拱面脫空后，其中心線未達到垂直水平，可利用導鏈進行調(diào)整，使其垂直后，與前段進行有效連接。

4.起吊對位

對豎拱進行調(diào)整使其垂直，依據(jù)預(yù)定高度對拱段進行起吊，水平位移纜索滑車，對拱段進行運輸，對拱段傾角進行調(diào)整，依據(jù)先定位后加固的順序?qū)Ψㄌm板進行連接，先連正交法蘭板，后對其余法蘭板進行連接。

5.扣索安裝

吊裝拱段之前，以P型對扣索前后進行擠壓錨錨固，扣索過塔通過5t卷揚機進行牽引，利用短鍋縫繩將前扣索錨進行固定，使其已經(jīng)安裝完畢的拱肋分段進行固定，并完成張錨端和后錨索的連接。在此過程中，應(yīng)注意精扎螺紋鋼，因為其較容易發(fā)生受彎，所以要將可撐支架于張錨端下方進行設(shè)置，并確定其和扣索的傾角一致。對拱肋分段的接頭進行連接后，使用卷揚機、滑輪將扣索前的錨固頭實施牽引措施，將其固定于拱段上弦管前處的扣點內(nèi)，并將錨固頭進行位移的螺栓板，采取限制措施，開始逐級張拉后部張錨端的扣索。

6.扣索加力

在進行分級加載扣索時，首先要對纜索起重機采取卸載措施，并逐級進行，按照拱段抬頭標高所顯示的數(shù)據(jù)，針對性地控制卸載、加載的程序。在卸載的過程中，纜索機起重繩所放松的長度值，便是卸載時所控制的數(shù)據(jù)；而拱段標高的變化值，則是加載時的控制數(shù)據(jù)，另外扣索索力值屬于輔助的。對纜索機的吊鉤進行完全放松，從而滿足拱段標高所預(yù)設(shè)的值，體系轉(zhuǎn)換得以順利完成。

結(jié)束語

潮州韓江北橋在我國拱橋地位中，有著一定的價值和意義，屬于無風撐背靠式五跨連拱鋼管砼系桿拱橋，跨度最大，且在造型上非常獨特，對現(xiàn)代橋梁建筑風格有充分的體現(xiàn)，同時融匯了中國橋梁的精髓。對于無風撐背靠式的鋼管混凝土拱橋來說，此種橋梁在概念便是一種全新的模式，橋梁也是一種新的結(jié)構(gòu)形式，其利用斜拱，對橫向荷載的橋面平衡進行了實現(xiàn)，完全打破了傳統(tǒng)的橋梁所存在的設(shè)計理念。此種方式不但使得橋梁的結(jié)構(gòu)豐富，還使得橋梁具有了景觀性，呈現(xiàn)出美好的造型?？傊?，雖然無風撐拱橋具有較為復(fù)雜的受力，但其應(yīng)用非常廣泛。本文針對無風撐背靠式鋼管混凝土拱橋的特點，對橋梁的施工進行了分析和總結(jié)，可對橋梁的建設(shè)提供一定的參考價值，以促使橋梁工程的有效建設(shè)。

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