新白廣線鋼管拱施工關(guān)鍵技術(shù)

（中鐵十一局集團第一工程有限公司，湖北襄陽 441000）

1 工程概況簡述

珠三角城際軌道交通新白廣線自廣清城際廣州北站引出，進入廣州白云機場，再終至新塘站（不含）。其中跨廣園快速路特大橋147#～148#墩上部結(jié)構(gòu)為74 m簡支鋼管混凝土系桿拱橋。主橋設(shè)計縱坡為-30‰。平面位于R=800 m曲線上。

梁全長76.5 m，橋面、底板總寬均為16 m?？缰锌v梁高度2.2 m，計算跨度74 m，矢跨比f/L=1∶5，拱肋線型采用二次拋物線，為豎直平行拱，拱頂處兩拱肋中心距13.8 m，拱肋橫斷面為鋼管混凝土啞鈴型截面，截面高度H=2.2 m，鋼管直徑0.8 m。

全橋共設(shè)11對平行吊桿，第一對吊桿距離支點9.5 m，其余吊桿中心間距均為5.5 m，吊桿縱向鉛錘布置。

2 施工方法

跨廣園快速路特大橋74 m雙線簡支拱橋主梁采用支架法分段現(xiàn)澆施工，鋼管拱肋在系梁及臨時支架上拼裝節(jié)段直至拱圈合龍，采用先施工系梁后施工鋼管拱肋，即“先梁后拱”的施工方法。

施工工序：下部結(jié)構(gòu)施工、鋼結(jié)構(gòu)加工制造→系梁支架安裝及預(yù)壓→系梁A段梁體模板、鋼筋、鋼絞線、吊桿等預(yù)埋件安裝→澆筑梁體砼，養(yǎng)護待強后張拉橫縱向預(yù)應(yīng)力筋→安裝拱肋根部預(yù)埋段→系梁B、B′段梁體模板、鋼筋、鋼絞線、吊桿等預(yù)埋件安裝→澆筑梁體砼，養(yǎng)護待強后張拉橫縱向預(yù)應(yīng)力筋→搭設(shè)拼裝拱圈結(jié)構(gòu)支架并安裝拱肋及橫撐→泵送拱肋下、上管再腹板管內(nèi)砼→待強后拆除支架，安裝吊桿并張拉→拆除系梁支架，養(yǎng)護60 d后施工附屬設(shè)施→待臨孔梁施工完畢，施工梁端懸臂過渡板→檢測并調(diào)整吊桿力至設(shè)計值→鋼管涂裝→成橋。

3 鋼管拱施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 拱腳定位關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 拱腳定位支架設(shè)計

拱腳定位支架采用10工字鋼、63 mm×63 mm×7 mm角鋼、100 mm×100 mm×10 mm角鋼焊接。支架通過在墩頂?shù)念A(yù)埋角鋼焊接錨固。支架在定位點下分別由工字鋼作為橫梁支撐點，橫梁焊接在外側(cè)豎向支撐工字鋼上，豎向工字鋼再將荷載傳遞到墩頂錨固角鋼上。支架設(shè)計時，必須充分考慮到預(yù)應(yīng)力波紋管的位置以及型鋼本身的尺寸大小，避免型鋼與預(yù)應(yīng)力管道相沖突，使得每一根型鋼均從預(yù)應(yīng)力管道之間穿過。

支架在墩頂?shù)腻^固位置需避開支座。每個支架由4個錨固點固定，每個錨固點用1根63 mm×63 mm×7 mm角鋼與工字鋼鋼進行焊接。同一側(cè)兩個拱腳的支架進行橫向連接，增強骨架的整體剛度，保證拱腳安裝后不發(fā)生橫向變形。

3.1.2 定位支架檢算

為保證拱腳安裝的質(zhì)量與安全，需對定位支架的強度及剛度進行驗算，此處采用MIDAS/Civil對支架進行檢算。

拱腳重量1.075 t，下部由3個支點支撐，為安全考慮取1.2倍荷載系數(shù)，每個支點作用力按0.43 t考慮。模型材料選擇Q235鋼材，支架采用梁單元模型，支架連接采用剛性連接，荷載采用梁單元集中荷載，墩頂角鋼固結(jié)。定位支架所受應(yīng)力圖和定位支架變形分別如圖1、圖2所示。

圖1 定位支架所受應(yīng)力圖

圖2 定位支架變形圖

圖1中，最大應(yīng)力76 MPa＜215 MPa，強度滿足要求。圖2中，最大豎向變形2 mm＜5 mm，故支架的剛度滿足要求。定位支架能夠滿足拱腳安裝的要求。

3.1.3 定位支架制作安裝

加工前先對每一個不同尺寸的槽鋼進行編號，集中下料。根據(jù)定位點的相對坐標(biāo)，計算出每一個支架支撐槽鋼的絕對坐標(biāo)，采用萊卡全站儀精確測放出每一道支撐槽鋼的十字中心線，通過此中心線預(yù)埋一根角鋼。

完成后在基礎(chǔ)角鋼頂面安裝第一道橫聯(lián)角鋼，用水準(zhǔn)儀精確抄平，控制此水平角鋼的標(biāo)高。

其他型鋼采用在廢棄的鋼模板上定線，根據(jù)尺寸逐步焊接成單片骨架。單片完成通過吊車吊裝至水平角鋼上，將兩個單片骨架焊接成整體。

焊接整體過程中，拱腳定位點下的橫聯(lián)支撐必須控制標(biāo)高及前后位置，采用全站儀測放槽鋼邊緣的投影點到梁體底模上，吊線錘精確控制前后位置，水準(zhǔn)儀進行標(biāo)高復(fù)核。

3.2 拱肋安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

鋼管拱采用多段在支架上拼裝的施工方法，在每段拼裝處下端布置格構(gòu)式支架，鋼柱截面為Ф426×8 mm，斜輟條、橫輟條為[16槽鋼，橫橋向所有柱間距均為2 m，順橋向中間段柱間距為4 m，邊緣所有柱間距為2.5 m，柱頂布置橫向分配梁2I20a，用于支撐分界線兩端節(jié)段，兩橫梁間用雙[14槽鋼拉結(jié)。格構(gòu)式支架底部與系梁梁面上的防護墻預(yù)埋鋼筋焊接并澆筑臨時混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，支架頂面操作平臺預(yù)設(shè)拱肋調(diào)整設(shè)施。

格構(gòu)式支架拼裝完成，并經(jīng)聯(lián)合技術(shù)、安全、質(zhì)檢等相關(guān)部門驗收，驗收合格后，進行下道拱肋節(jié)段拼裝工序。采用吊機將拱肋節(jié)段吊至格構(gòu)柱支架上，利用支架操作平臺上設(shè)置的臨時底座進行臨時穩(wěn)固，再用50 t手動千斤頂?shù)日{(diào)整設(shè)施進行調(diào)整，將拱肋節(jié)段的水平位置和標(biāo)高調(diào)整到合理、正確位置，滿足設(shè)計、規(guī)范要求后，再用臨時碼板將該拱肋節(jié)段與上一節(jié)段進行臨時焊接，確認(rèn)穩(wěn)固牢靠后，方可進行下一節(jié)段的安裝。

拱肋各節(jié)段的安裝應(yīng)對稱同步進行，同時安裝相應(yīng)橫撐及焊接，合龍節(jié)段安裝應(yīng)根據(jù)設(shè)計、規(guī)范要求的溫度進行合龍。

待合龍定位完畢后，進行全橋節(jié)段縫進行永久焊接。

3.3 拱肋混凝土泵送頂升施工關(guān)鍵技術(shù)

鋼管混凝土的泵送采用由拱腳向拱頂?shù)摹斑B續(xù)頂升”施工；同時采用一級泵送一次到頂，拱頂弦管內(nèi)以隔倉板隔開[1]。

鋼管拱灌注施工工藝流程：安裝灌注截止閥→布設(shè)加固輸送管→安裝加固輸送泵→砂漿潤鋼管→對稱泵送頂升混凝土→拱頂出混凝土→關(guān)閉截止閥→拆除輸送管→清洗輸送管和輸送泵→混凝土養(yǎng)護。

3.3.1 泵送混凝土配合比選擇

設(shè)計鋼管內(nèi)采用C50無收縮混凝土填充，限制膨脹率0.000 15，強度降低不大于5%。此類混凝土的配合比選擇應(yīng)綜合考慮高強、早強、良好的可泵性、自密實性等特性。

鋼管拱泵送混凝土配合比配制要求：

（1）為確保壓注施工質(zhì)量，壓注工作必須在混凝土初凝前結(jié)束。因此，泵送混凝土必須有一定的緩凝性，即要求混凝土的初凝時間≥16 h，終凝時間＜3h；

（2）壓力泌水率低，流動度高，便于混凝土自流平填充，要求初始擴散度＞550 mm；

（3）混凝土坍落度初始為22～24 cm，1 h后損失≤2 cm，2 h后損失≤4 cm；

（4）混凝土具有收縮補償性，混凝土縱向限制膨脹率在水中養(yǎng)護時為2×l0-4～6×10-4之間，干空養(yǎng)護90 d不出現(xiàn)負(fù)值，在混凝土內(nèi)部建立0.2～0.7 MPa自應(yīng)力。

經(jīng)多次試驗驗證，確定C50微膨脹自密實混凝土配合比及性能指標(biāo)如表1和表2所示。

表1 C50鋼管拱混凝土配合比 單位：kg/m3

表2 C50鋼管拱混凝土配合比技術(shù)指標(biāo)

3.3.2 微膨脹混凝土泵送頂升施工

（1）根據(jù)設(shè)計圖紙，鋼管拱拱肋微膨脹混凝土擬按照如下施工順序進行：左、右幅下弦管→左、右幅上弦管→左、右幅腹板。

（2）下一次泵送混凝土需待前一次泵送強度達到設(shè)計強度100%后方可進行。

（3）鋼管拱肋管灌注孔均設(shè)在拱角處，出漿孔均設(shè)于拱頂最高處。灌注孔采用標(biāo)準(zhǔn)外直徑為Ф168 mm高壓泵管改制，出漿孔提前焊接外直徑為Ф168 mm高壓泵管。

（4）同根弦管內(nèi)混凝土泵送將一次頂升到位。

（5）鋼管拱混凝土壓注采用泵送頂升法是利用混凝土輸送泵從低處向高處頂升，砼自重使之密實。施工時用4臺混凝土地泵從4個拱腳處的灌注孔對稱壓注。

（6）鋼管拱混凝土壓注在氣溫較低時進行。正式灌注前，應(yīng)避免堵管，可先用1 m3的清水潤泵管，再以1～2 m3砂漿作為先導(dǎo)，再壓注混凝土。

（7）混凝土壓注時，混凝土泵的操作人員必須協(xié)調(diào)一致，確保左右兩幅的混凝土對稱壓注，在泵送過程必須將混凝土泵調(diào)至高壓、慢速、均勻，同時要始終保證混凝土泵的料斗有不低于其容積2/3的混凝土，避免空氣隨泵壓送進入拱肋。砼運輸車裝運量必須滿足一次壓注量。

（8）當(dāng)混凝土泵送壓注緩慢到拱頂后，確保之前潤管的水或砂漿均已出管，有新鮮混凝土冒出出漿孔后方可停止泵送，并保壓5～10 min，保壓結(jié)束關(guān)閉截止閥轉(zhuǎn)入下個階段，待全部頂升混凝土施工完畢后，拆除和清洗泵管和泵機。

（9）管砼壓注頂升施工時，安排專業(yè)技術(shù)人員沿頂升方向盯控、檢查。當(dāng)管內(nèi)混凝土壓注至橫向加勁肋或橫隔板附近時，用小錘等合適的工具或設(shè)備敲振排氣孔附近的拱肋弦管、腹板，以加強排氣；當(dāng)有新鮮混凝土沿排氣孔冒出，即可封好排氣口，直至排漿孔冒出新鮮混凝土并持壓一段時間后再停止頂升，關(guān)閉截止閥，轉(zhuǎn)入下一肋管或腹板施工。當(dāng)進漿管自然冒漿時，關(guān)閉截止閥將泵管接至下一肋管或腹板漿管繼續(xù)進行混凝土的頂升。

（10）每對稱泵壓頂升的單條弦管、單條腹板，必須取足混凝土試件；試件帶模覆蓋養(yǎng)護，無模標(biāo)養(yǎng)。

截止閥結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 截止閥整體結(jié)構(gòu)

圖4 截止閥部分結(jié)構(gòu)

3.4 吊桿安裝、張拉施工關(guān)鍵技術(shù)

吊桿上端錨固于拱肋錨箱內(nèi)，拱肋端錨頭為非張拉端錨頭，系梁端為張拉端錨頭。

3.4.1 吊桿索安裝

成品吊桿索運至施工現(xiàn)場時，先將已封裝成盤吊桿索存放在干凈、平整、開闊的硬化場地上，確保下墊柔軟結(jié)實護墊，再拆除捆扎繩帶，人工、機械配合將盤狀索展開并順直，期間作業(yè)人員注意安全防護，避免盤狀索彈開碰撞傷人。順展過程中，在索體與地面之間每間隔3 m設(shè)置一臨時PE管保護，避免索體HDPE護套與其他物體接觸碰撞、摩擦損傷。

用軟質(zhì)吊帶捆扎分別在距離吊桿索錨固端、張拉端約1.5 m處的索體上，首先吊機提吊錨固端吊帶緩慢提升吊桿索至拱肋索導(dǎo)管端口處附件后，利用人工或小型機具進行輔助對位，緩慢穿過拱肋。待錨固端捆扎點到拱肋索道管附近時，吊機下小勾提吊張拉端軟質(zhì)吊帶，再解除張拉端軟質(zhì)吊帶。緩慢移動吊桿索，待吊桿索張拉端錨頭從系梁索導(dǎo)管內(nèi)牽引出錨箱錨墊板10 cm左右時即可將球形糾偏墊圈、錨杯錨固螺母安裝在錨杯上[2]。施工作業(yè)期間，人員通過拱上臨時平臺或者既有步道進行人工輔助對位。

在索道管端部與索體接觸位置設(shè)氈布加以防護避免索體的HDPE護層造成損傷。

索體穿入系梁預(yù)埋管后，張拉端錨具等先不進行安裝，待拱肋上錨點安裝完畢后再安裝。

3.4.2 吊桿索張拉

根據(jù)吊桿索設(shè)計張拉力值及規(guī)范要求，選用4臺YCW60型穿心式千斤頂進行張拉作業(yè)。

根據(jù)設(shè)計索力值進行張拉，結(jié)合監(jiān)控方下達的吊桿索張拉施工控制指令進行張拉調(diào)整。嚴(yán)格按照圖紙設(shè)計要求順序進行張拉，并保證對稱束同步進行。分級張拉程序：0→20%→60%→100%→錨固。

吊桿的安裝及施工過程中的索力調(diào)整，原則上按設(shè)計圖進行施工，并結(jié)合施工監(jiān)控情況按指令進行合理調(diào)整。吊桿索張拉力監(jiān)測調(diào)整至合格后，按設(shè)計圖紙要求進行拱肋錨箱內(nèi)發(fā)泡型聚氨酯填充、錨具涂抹專用防腐油脂、錨箱防水罩與減震器的安裝。

二期恒載完成后，須按設(shè)計規(guī)定再一次全橋吊桿索力檢查調(diào)整。完成后，及時進行拱腳二次混凝土的澆筑施工。

4 結(jié)語

基于新白廣城際鐵路跨廣園快速路特大橋74 m 簡支拱拱橋施工的實際情況，通過對簡支系桿拱幾項關(guān)鍵施工關(guān)鍵技術(shù)進行闡述分析，使得該工程順利完成、達到預(yù)期目標(biāo)，實現(xiàn)了技術(shù)方案合理、施工成本受控、工期目標(biāo)實現(xiàn)的良好效果，為同類工程積累、傳遞了實踐經(jīng)驗。