異形拱—梁組合體系橋梁施工技術(shù)研究

王 斌

(大連理工現(xiàn)代工程檢測(cè)有限公司,遼寧 大連 116024)

1 工程概況

山西省晉中市綜合通道北起蘊(yùn)華西街，南至榆祁高速，道路全長(zhǎng)18.2 km。

道路工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)蘊(yùn)華西街，終點(diǎn)二廣高速以北樁號(hào)K12+357.299，施工起點(diǎn)樁號(hào)為K0+390.809，施工終點(diǎn)樁號(hào)為K12+336.804，實(shí)施長(zhǎng)度約11.95 km。道路規(guī)劃紅線(xiàn)寬度60 m，綠線(xiàn)寬度90 m。

綜合通道在K9+640處跨越瀟河，設(shè)置一座大橋——瀟河橋。橋梁跨徑布置為55 m+55 m+60 m+90 m+55 m+55 m=370 m，為鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁拱組合體系橋。其中，在60 m 和90 m跨分別增設(shè)鋼拱肋，60 m跨處拱肋中心高15.2 m，矢跨比為1/3.95，90 m跨拱肋中心高22 m，矢跨比為1/4.09。圖1為瀟河大橋立面布置圖。

橋梁總寬53.6 m～57.6 m，由兩側(cè)人行道及其挑梁、雙幅主箱梁(單幅梁寬21 m)及其中間鏤空段(寬4 m)組成。單幅箱梁橫斷面布置為：0.25 m(非機(jī)動(dòng)車(chē)道側(cè)護(hù)欄)+3.5 m(非機(jī)動(dòng)車(chē)道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+16.25 m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)=21 m。圖2為瀟河大橋斷面布置圖。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)

梁拱組合體系橋呈現(xiàn)出優(yōu)良、穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與美觀的外形，特別適合于軟土地區(qū)和橋面標(biāo)高與通航凈空均受限的地區(qū)，同時(shí)也可以作為城市景觀橋設(shè)計(jì)。

瀟河大橋?yàn)閱纬休d面連續(xù)梁拱梁組合體系結(jié)構(gòu)，由于拱的剛度與主梁的剛度之比較小，吊桿力不會(huì)太大，拱起的作用更偏重于景觀方面的考慮。鑒于吊桿兩端的錨固形式，為方便施工、節(jié)約成本、縮短工期，吊桿張拉采用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法，即吊桿按無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度進(jìn)行安裝，后期隨著施工進(jìn)行，在控制階段對(duì)索力進(jìn)行多輪張拉、調(diào)索操作，成橋后索力達(dá)到理論索力值。

3 總體施工思路

瀟河大橋的施工方案為下部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)澆筑，鋼梁,鋼拱在工廠(chǎng)預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)支架拼裝，拱肋合龍后拆除其支架,按照無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法進(jìn)行吊桿安裝，先邊跨后中跨、先中間后兩側(cè)的順序拆除主梁支架，測(cè)量索力，對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，最后附屬設(shè)施施工，對(duì)索力進(jìn)行最終調(diào)整。

4 重難點(diǎn)分析

1)施工工期緊，施工壓力大。2)本橋結(jié)構(gòu)分塊較多，橋梁寬度大，橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吊裝難度大。在支墩上分段拼接鋼箱梁一定要注意標(biāo)高控制，保證橋面線(xiàn)形及結(jié)構(gòu)受力安全。3)吊桿安裝是本橋施工的關(guān)鍵，擬采用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法控制，以吊桿的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度為基準(zhǔn)進(jìn)行安裝，后期隨著施工的進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際受力情況進(jìn)行必要的張拉及索力調(diào)整工作。4)主梁臨時(shí)支墩的拆除順序需要引起足夠重視，柔拱剛梁，吊桿對(duì)主梁的支撐作用不會(huì)太大，大部分荷載將由主梁承擔(dān)，所以拆架時(shí)主梁并沒(méi)有脫架，拆架方案需提前制定好，以保證結(jié)構(gòu)受力安全。

5 主要施工方案

5.1 項(xiàng)目主體節(jié)段劃分

綜合考慮設(shè)計(jì)要求、廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝及施工環(huán)境等因素，將鋼箱梁橫向分塊、縱向分段，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行塊件吊裝、焊接、栓接拼裝組合制造。鋼箱梁沿縱向共劃分為25個(gè)節(jié)段(節(jié)段A～節(jié)段Y)，其中在兩端節(jié)段A、節(jié)段Y及跨中節(jié)段I部位處設(shè)置合龍段。節(jié)段長(zhǎng)度組合為14 m+17.5 m+15 m+12.5 m+3×15 m+12 m+16 m+17.5 m+15 m+12 m+3×15 m+17.5 m+15.5 m+12 m+3×15 m+13 m+17 m+15 m+14 m。橫向單幅箱梁共劃分為8個(gè)節(jié)段，縱橫向均為錯(cuò)縫分割。鋼拱肋共分12個(gè)節(jié)段，分別在小拱頂、大拱頂處設(shè)置合龍段，節(jié)段最大長(zhǎng)度約16 m。

5.2 臨時(shí)施工支架體系

全橋共設(shè)置支架26組。支架基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，支架主管φ609×16，連接系采用Ⅰ14工字鋼及150×150方管組合形式，分配梁采用雙拼Ⅰ56b工字鋼，分配梁頂設(shè)置拼裝支點(diǎn)。為保證支架整體穩(wěn)定性，縱向全長(zhǎng)臨時(shí)支架搭設(shè)連接系，連接系采用14號(hào)工字鋼和150×150方管桁架結(jié)構(gòu)。

主梁吊裝完畢后才吊裝鋼拱，鋼拱支架布置在主梁頂板上。鋼拱臨時(shí)支架主管采用φ609×16 mm鋼管，連接系采用φ273×8和φ169×6鋼管，支架底座和分配梁均為HM440×300型鋼，支架底座采用三拼HM440×300型鋼制作，底座與吊點(diǎn)橫梁頂板臨時(shí)焊接固定。支架橫向布置如圖3所示。

5.3 鋼梁、鋼拱肋吊裝

1)支架樁基礎(chǔ)施工和臨時(shí)支架安裝。2)吊裝90 m跨鋼梁分段，從3號(hào)墩頂N節(jié)段開(kāi)始，從3號(hào)墩向4號(hào)墩方向吊裝，橫橋向從中間箱梁依次向兩側(cè)吊裝，其中一側(cè)主梁吊裝拼接完縱向2個(gè)鋼箱梁節(jié)段后，吊裝中間鏤空段橫梁，然后再吊裝另一側(cè)主梁分段。為保證支座橫向受力均勻，應(yīng)對(duì)鋼橫梁焊接順序及時(shí)機(jī)與支架落架時(shí)機(jī)進(jìn)行控制。3)吊裝60 m跨鋼梁分段，從3號(hào)墩向2號(hào)墩吊裝，橫橋向從中間主箱梁依次向兩側(cè)吊裝，其中一側(cè)主梁吊裝2個(gè)主箱室后，吊裝中間鏤空段橫梁，然后再吊裝主梁邊箱梁。4)從跨中向兩端依次吊裝大小里程邊跨梁段及橫梁。5)安裝拱肋臨時(shí)支架，支架底座與鋼梁頂板焊接固定。6)從拱腳向拱頂依次吊裝鋼拱分段并焊接，在拱頂合龍后拆除拱肋臨時(shí)支架，安裝吊桿。

5.4 主梁及鋼拱肋線(xiàn)形控制

瀟河大橋的鋼箱梁、鋼拱在工廠(chǎng)預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)支架拼裝，拱肋合龍后按順序拆除拱肋及主梁支架。由于本橋結(jié)構(gòu)分塊較多，橋梁寬度大，橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吊裝難度大，跨度大、橋面寬，主梁縱橫兩個(gè)方向的預(yù)拱度及拱肋的豎向預(yù)拱度必不可少。

主梁施工線(xiàn)形的基準(zhǔn)控制點(diǎn)定在3號(hào)墩處最內(nèi)側(cè)腹板的梁頂面，每個(gè)節(jié)段沿梁頂縱橋向選2個(gè)點(diǎn)作為控制點(diǎn)，每個(gè)節(jié)段縱向兩端測(cè)點(diǎn)編號(hào)小里程為1點(diǎn)，大里程為2點(diǎn)；沿梁頂橫橋向選9個(gè)點(diǎn)作為控制點(diǎn)。具體為：縱橋向以頂板切口處為準(zhǔn)，沿里程前后各偏移500 mm作為各節(jié)段的控制點(diǎn)，參見(jiàn)圖4；節(jié)段A、節(jié)段Y作為首尾節(jié)段，橫橋向以梁片切口位置作為控制測(cè)點(diǎn)，非梁段切口處的控制點(diǎn)為距梁邊緣1 600 mm的位置。

拱肋沿縱向拱劃分為13個(gè)節(jié)段，編號(hào)從小里程向大里程方向分別為A～M。分段劃分長(zhǎng)度約4.2 m～15.08 m。其中，A段、F段、M段為拱腳段，副拱肋的C段、D段結(jié)合面作為合龍斷面，主拱肋的I段、J段結(jié)合面作為合龍斷面。分段對(duì)接縫頂板、腹部、底板縱向位置錯(cuò)開(kāi)最少200 mm，拱肋試裝時(shí)工地測(cè)量點(diǎn)要求采用樣沖標(biāo)記在頂板底板上，測(cè)量點(diǎn)布置在距離理論端口線(xiàn)300 mm處，頂板底板板寬中心線(xiàn)，板邊各3個(gè)點(diǎn)，樣沖標(biāo)記應(yīng)清晰準(zhǔn)確，參見(jiàn)圖5。

5.5 防止支座脫空施工措施

防止支座脫空的基本原則為在支座未受力前，不得將兩側(cè)半幅箱梁通過(guò)橫梁連接在一起，也就是半幅箱梁先連接為一體后，拆除橋墩位置的臨時(shí)支撐，使梁體下落后與支座緊密接觸，形成每半幅梁橫向有兩個(gè)支座支撐的靜定體系后，再將兩側(cè)的半幅箱梁連為整幅后整體受力。

以3號(hào)墩頂橫梁卸載及焊接順序?yàn)槔?號(hào)墩頂兩側(cè)主梁吊裝焊接完畢后，先只焊接墩頂兩側(cè)橫梁的一側(cè)焊縫?？缰衅溆嗟臋M梁兩側(cè)焊縫可以與兩側(cè)主箱梁全部焊接，待橫梁施工完畢后，拆除3號(hào)墩兩側(cè)ZZ12號(hào)、ZZ13號(hào)臨時(shí)鋼管樁頂支撐管，使得3號(hào)墩頂鋼梁下落至墩頂支座上，完成第一次體系轉(zhuǎn)換。此時(shí)由于墩頂橫梁還未連接成整體，因此，墩頂鋼箱梁分別由兩側(cè)的支座承壓受力，此時(shí)支座與鋼箱梁為靜定結(jié)構(gòu)，受力均勻，不會(huì)產(chǎn)生一側(cè)脫空的情況。在完成主梁下放后，焊接3號(hào)墩頂橫梁的另一側(cè)與鋼箱梁間的焊縫，使得鋼箱梁在3號(hào)橋墩處形成整體，此時(shí)鋼橫梁不受力，兩側(cè)支座仍然是均勻受力狀態(tài)。之后，恢復(fù)ZZ12號(hào)、ZZ13號(hào)臨時(shí)墩與鋼梁底部的連接，使得在后續(xù)的加載過(guò)程中，支座與臨時(shí)支墩共同受力，直至完成全部鋼梁與鋼拱肋的施工，按順序拆除支架完成鋼結(jié)構(gòu)的施工工序，為后續(xù)的施工做準(zhǔn)備，示意圖如圖6所示。

5.6 支架拆除施工流程

瀟河大橋的支架拆除的施工方案為拱肋臨時(shí)支架拆除和主梁臨時(shí)支架拆除兩部分。其中，拱肋在支架上合龍后拆除其梁上支架，拆除順序?yàn)橛芍虚g向兩側(cè)拱腳逐根、對(duì)稱(chēng)拆除，兩側(cè)拱肋可以同步操作。然后進(jìn)行吊桿安裝，逐根安裝吊桿，直至全部吊桿安裝完畢。

隨后進(jìn)行主梁臨時(shí)支架的拆除，拆架采用分級(jí)切割支撐管的方式，每級(jí)切割3 cm，要求橫向同步，同一排鋼支撐3 cm全部切割完成后方可進(jìn)行下一級(jí)3 cm的切割，保證主梁同步、緩慢下降，防止橫向受力不均，對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成沖擊，直至全部橫向支架支撐管切割完成，主梁與支撐完全脫離。

主梁支架順橋向按照先邊跨后中跨、先中間后兩側(cè)的順序逐排、對(duì)稱(chēng)拆除主梁支架。橫橋向也要采取逐根、對(duì)稱(chēng)的順序，直至全部主梁支架拆除完畢。拆架完成后立即測(cè)量索力，根據(jù)偏差情況，必要時(shí)對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，最后進(jìn)行附屬設(shè)施的施工。

5.7 吊桿索力監(jiān)控

由于本橋的特點(diǎn)屬于強(qiáng)梁弱拱，拱肋結(jié)構(gòu)對(duì)索力的變化比較敏感，因此在施工過(guò)程中必須對(duì)索力進(jìn)行精確的控制，防止對(duì)拱肋及拉索結(jié)構(gòu)造成損害。在保證主梁和拱肋安全的前提下，對(duì)吊桿的張拉程序進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)大小拱不同的受力特點(diǎn)，張拉小拱肋時(shí)按照給定的初拉索力，由于異形拱—梁組合體系的特點(diǎn)，小拱按所給索力分三輪張拉到目標(biāo)索力。而對(duì)大拱肋則需要按照無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法進(jìn)行吊桿安裝，大拱掛完索后所有拉索拉力調(diào)整為初拉力20 kN后，根據(jù)所給拉索調(diào)節(jié)桿放松量，放松拉索，達(dá)到給定的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度值，在后續(xù)拆架過(guò)程中大拱拉索逐步被動(dòng)受力，待拆架全部完成后需進(jìn)行一次索力通測(cè)，根據(jù)實(shí)測(cè)索力進(jìn)行分析，對(duì)誤差較大的個(gè)別拉索需要進(jìn)行索力調(diào)整。隨后進(jìn)行二期荷載的施工，二期荷載施工完成后，對(duì)拉索再進(jìn)行二次通測(cè)，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)拉索進(jìn)行最終一遍調(diào)索，達(dá)到目標(biāo)成橋索力，滿(mǎn)足通車(chē)條件。

6 結(jié)語(yǔ)

以瀟河橋?yàn)楣こ瘫尘?，通過(guò)對(duì)強(qiáng)梁弱拱異形拱—梁組合體系橋梁主要施工方案進(jìn)行研究，確保了綜合通道跨越瀟河高速橋梁的施工安全，并為后續(xù)類(lèi)似橋梁工程的施工提供一定的參考。