京臺高速京杭運河特大橋施工技術(shù)

章超明

摘 要：京臺高速跨韓莊運河主橋為345 m中承式鋼拱橋。本文從拱座基礎(chǔ)、主拱施工方案、扣索張拉、主拱合攏、主要節(jié)段吊裝工況等方面分析該拱橋的施工技術(shù)特點，從技術(shù)上保證了施工過程質(zhì)量控制和安全。

關(guān)鍵詞：鋼拱橋;施工技術(shù);扣索張拉

1 工程概況

1.1 工程簡介

京臺高速棗莊段跨韓莊運河，右幅新建為京杭運河特大橋主橋采用 68+209+68 m 中承式剛性系桿鋼箱拱橋，主跨拱肋理論計算跨徑 209 m，拱高48 m，拱軸系數(shù)m=1.5。中跨拱肋及邊拱肋均采用等截面鋼箱型（2.4×3.6 m），中跨拱肋對稱設(shè)置 5 道橫向風(fēng)撐。邊跨采用變截面鋼格柵構(gòu)造，主縱梁標(biāo)準段為箱型斷面（2.4×3.2 m），次縱梁與橫梁均為工字型截面（橫梁梁高 2.3 m，次縱梁梁高1.2 m）。全橋主拱肋設(shè)置 16 對吊桿，吊桿縱向間隔9 m，橫橋向軸線跨距23.5 m。

1.2 整體安裝方案概況

鋼梁構(gòu)件在場內(nèi)制造，在鋼箱拱、邊縱梁、次縱梁、橫梁及附屬結(jié)構(gòu)在廠內(nèi)進行制造并試拼裝，經(jīng)長江-京杭運河等水路運輸至橋位進行吊裝作業(yè)。上部結(jié)構(gòu)總體采用“先拱后梁，先邊跨后中跨，邊跨橋面鋼梁散拼吊裝，中跨橋面系鋼梁整體拼裝后分節(jié)段吊裝”的施工方案。具體施工步驟如下：

（1）在15#、16#主橋墩邊人工筑島圍堰未開挖之前，15#、16#橋墩承臺搭設(shè)完畢后，分別50 t汽車吊拼裝兩側(cè)邊跨及拱肋結(jié)合段支架，支架驗收合格后方可使用;（2）拱座、邊跨1#～7#所有節(jié)段（含拱腳）采用360 t履帶吊分別吊裝以及安裝扣塔預(yù)埋板及扣塔梁下支架部分;（3）對500 t浮吊工作區(qū)域進行航道清淤，確保河道深度大于浮吊的吃水閾值2.2 m;（4）采用500 t浮吊分別吊裝扣塔支架剩余部分，安裝扣塔重力錨及拉索，扣塔支架系統(tǒng)經(jīng)過驗收合格后方可使用;（5）采用500 t浮吊分別依次吊裝8#（B）、C、D、E、F、G段（合攏段）以及風(fēng)撐，從兩端向中間逐段定位、逐段焊接，拱肋合龍，并完成拱肋吊桿掛索;（6）采用500 t浮吊分別依次吊裝跨中橋面節(jié)段9-1#～13#，并完成吊索與橋面節(jié)段的錨固，完成主跨橋面系節(jié)段吊裝，最后進行吊桿的張拉，完善橋面附屬設(shè)施施工;（7）拆除臨時結(jié)構(gòu)。

2 工程重難點

首先工程跨越京杭運河，采取的先拱后橋施工方案，施工過程結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換次數(shù)多，施工組織管理及施工控制難度大。并且拱肋及大節(jié)段縱梁吊裝定位精度要求頗高，吊裝作業(yè)能力是核心要求。其次是跨中橋面系大節(jié)段自重大，橋面寬，施工中必須嚴格控制鋼梁的吊轉(zhuǎn)方向。而浮吊施工受天氣因素影響還較大;然后，施工組織難度大，線下鋼梁要按時完成，現(xiàn)場支架搭設(shè)要及時，吊機要按時進場，這四個方面都直接關(guān)系到吊裝作業(yè)的順利進行。最后，鋼縱梁最重的一榀為5#鋼梁約101 t及拱座節(jié)段116 t，采用360 t履帶吊時吊裝區(qū)域地基承載力務(wù)必滿足工作要求。

3 主拱方案分析

3.1 拱座工況分析

本次吊裝采用360 t履帶吊，施工時考慮工裝支架對吊裝工作的影響，在拱座吊裝完成后再進行邊跨支架的搭設(shè)。拱座在存梁區(qū)，與實際吊裝區(qū)域距離較遠，應(yīng)用履帶吊之前，采用平板車轉(zhuǎn)場，再進行履帶吊工裝作業(yè)。

采用一臺360 t履帶吊機，采用回轉(zhuǎn)半徑12 m，臂長24 m，吊鉤重量按5 t，鋼絲繩重量2 t，吊耳重量1 t。由于拱座分上部拱座與下部拱座，下部拱座為HW型材組成，主要分析下部拱座單重為116 t?？芍~定起吊能力;計算重量;負載率，履帶吊滿足整體吊裝要求。

在拱座吊裝之前，應(yīng)進行拱座的預(yù)埋件及預(yù)埋支架的精準定位，特別是預(yù)埋的螺栓與預(yù)埋的支架螺栓孔的精準度的控制。在進行預(yù)埋螺栓的施工時，將廠內(nèi)制造的定位孔模板套裝預(yù)埋螺栓孔，經(jīng)過測量定位準確后，實施預(yù)埋混凝土的澆筑。

3.2 中拱施工主要流程

采用500 t浮吊依次吊裝分別依次吊裝拱肋C、D、E、F、G節(jié)段（合攏段）、臨時風(fēng)撐以及中間橫撐，利用拱肋接頭的馬板栓接，由底板往頂板拼接，利用扣塔拉索精確定位，中跨主拱成型后，可拆除臨時結(jié)構(gòu)。

3.2.1 中拱扣掛系統(tǒng)安裝

扣塔經(jīng)分段吊裝，復(fù)測垂直度后可焊接固定，關(guān)鍵位置無損合格后，即可進行扣索的安裝。

3.2.2 拉索張拉

（1）在主拱節(jié)段及重力錨端就緒后，扣索經(jīng)塔頂牽引就位、查驗各索長無誤后，方可進行張拉。（2）扣索張拉采取逐級張拉，位移量與液壓頂拉力雙控的張拉技術(shù)。（3）將千斤頂置于扣塔頂部分別進行扣鎖張拉。（4）每級張拉過程都需注意控制張拉力和伸長量，并監(jiān)控拱肋變形量和塔偏，以便及時采取調(diào)整措施。（5）扣索張拉完畢后，須對拉索的應(yīng)力值及控制節(jié)點位移進行檢測，及時進行微調(diào)。

3.2.3 索力調(diào)整

C拱安裝時背索（邊跨）和扣索（主跨）差值不能超過100 kN。D拱安裝時背索和扣索差值不能超過150 kN。E拱、F拱安裝時背索和扣索差值分別不能超過200 kN。單側(cè)節(jié)段安裝時，背索和扣索平衡調(diào)整以前不得進行下個節(jié)段的安裝。上下游單側(cè)兩個節(jié)段一起安裝時，扣索調(diào)整平衡完畢前，起重船吊鉤不得松鉤?？鬯麂摻g線束張拉和放張根據(jù)結(jié)構(gòu)布置應(yīng)確保兩端對稱、同步分級進行。

3.3 中拱吊裝工況分析

中跨施工選用500 t浮吊工況，施工時預(yù)先分析最重節(jié)段C拱吊裝工況，采用浮吊吊裝時，吊裝采用雙鉤掉吊裝，先吊裝靠近舊橋處的拱肋，分南北岸左右對稱吊裝。

按拱肋C拱最不利的情況下計算， C拱重約為92 t;吊裝工作半徑36 m，吊裝高度約77 m;吊裝動載系數(shù)。采用一臺500 t浮吊，采85 m桿，回轉(zhuǎn)半徑36 m，傾角65°，吊鉤重量按5 t，鋼絲繩重量2 t，吊耳重量1 t?？芍~定起吊能力;計算重量;負載率，滿足浮吊吊裝要求。

3.4 主拱肋梁合龍

3.4.1 合龍段定位和控制

上部主拱肋節(jié)段安裝時，先進行南北雙側(cè)陸岸和部分水中段拼裝，最后是水上G合龍段的施工。針對合攏口的施工，須先等待雙側(cè)F段定位、施焊完工，兩側(cè)主拱C～F整體高程滿足設(shè)計要求時再進行合攏口的吊裝定位。依據(jù)設(shè)定的合攏時間，對合攏口兩端里程、標(biāo)高等數(shù)據(jù)持續(xù)觀測，經(jīng)比較后確定溫差系數(shù)，計算出切割余量?？紤]到溫度影響，合攏時間選擇晚上至凌晨。余量切割在存梁場完成，合攏段對接定后利用限位碼板快速連接，經(jīng)矯正裝配后，隨即固定鋼碼板，降低合攏口熱變形量。

鋼梁的安裝測量，利用全站儀進行軸線、里程、標(biāo)高的測控。起吊前，復(fù)核測控點的位置是否符合實際要求。對于曲線段要加密控制點。定位后，復(fù)核安裝坐標(biāo)是否符合規(guī)范要求。

3.4.2 合龍段劃線配割

為了合攏段的順利合龍，保證主拱合攏整體線型，合攏段劃線配切如下：

（1）依據(jù)主拱的總拼線型，試拼合攏段（G）與相鄰F拱段。（2）根據(jù)設(shè)計線型，以腹板距端口200 mm處為基準畫合攏口的配切線。（3）根據(jù)現(xiàn)場測得的合攏段兩端參數(shù)，結(jié)合溫差、干濕性等因素，確定G拱長度并將端口的配切量切除。

3.4.3 合龍構(gòu)件安裝

全橋共設(shè)置2個合攏段，共計4個合攏點，合攏段起吊點的設(shè)置要確保起吊過程中主拱肋結(jié)構(gòu)不變形、不扭曲。合龍流程：南北F拱施焊完畢復(fù)測上口標(biāo)高，確認達到監(jiān)控要求，G節(jié)段安裝前應(yīng)根據(jù)合龍測量數(shù)據(jù)修割合龍段的余量，然后按照先橋北側(cè)G段（東西兩端）安裝→北側(cè)合攏段焊接→橋南側(cè)G段安裝→焊接的順序完成主拱肋梁的合龍。安裝合龍前，一定要先測出在預(yù)定時間段的溫度下，需要合龍的實際尺寸距離，結(jié)合現(xiàn)場實際可能發(fā)生的溫差變化，確定合龍時機。浮吊緩慢松放鋼絲繩，直至G拱兩端和F拱端口初步對接，在G拱頂板設(shè)置千斤頂進行微調(diào)到位后，迅速使用臨時碼板將主拱肋箱型端口臨時焊接固定。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了一種中承式剛性系桿拱的施工技術(shù)，項目采用先拱后橋的安裝方式，主拱通過扣掛斜拉索張拉定位，通過對關(guān)鍵節(jié)段的吊裝工況分析，論證吊裝設(shè)備的可操作性和使用安全。

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