下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：為解決下承式鋼管混凝土系桿拱橋安裝精度要求高、受力變形控制困難等問題，以新建贛深鐵路鋼管混凝土拱橋為例，分析鋼管拱橋的關(guān)鍵施工工藝，并對各個關(guān)鍵施工節(jié)點的橋梁位移和受力進(jìn)行監(jiān)測。對施工過程中各個關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測表明，拱肋的垂直位移、系梁撓度和吊桿軸力均在控制范圍內(nèi)，有效保障了拱橋的順利成橋。

關(guān)鍵詞：拱橋;下承式;鋼管混凝土;拱肋施工;穩(wěn)定性分析

0" "引言

下承式鋼管混凝土系桿拱橋由內(nèi)充填混凝土的鋼管拱肋、吊桿和系梁組合而成，其充分利用系梁的抗彎性能和拱橋的抗壓性能，且以吊桿提供拉力，以平衡拱肋對兩側(cè)拱腳的水平推力，具有受力明確、造型優(yōu)美、跨度能力大和對拱腳地質(zhì)條件要求低等特點，在我國高速公路和高速鐵路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。然而下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工工藝較為復(fù)雜，對安裝精度要求高，因此對橋梁施工過程中各個關(guān)鍵節(jié)點的受力變形進(jìn)行控制，成為影響成橋的重要施工難點[3]。

本文以新建贛深鐵路鋼管混凝土拱橋為例，對鋼管拱橋在構(gòu)件加工、拱肋支架施工、拱肋安裝以及合攏段施工中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了分析，并對各個關(guān)鍵施工節(jié)點的橋梁位移和受力進(jìn)行監(jiān)測，以指導(dǎo)施工。

1" nbsp;工程概況

新建贛深鐵路在DK400+321里程處與S255省道以夾角95°交匯，采用1跨72m系桿拱預(yù)應(yīng)力混凝土梁與鋼管混凝土加勁拱組合結(jié)構(gòu)體系跨越。主跨系桿拱梁底距離S255省道路面最低高度6.30m，滿足不小于5.50m的通行凈空要求。拱肋軸線跨度72m，支座中心距梁端各1.60m，梁全長75.2m。拱肋矢高14.4m，矢跨比為0.25，橫截面高3.2m，上、下弦管均采用直徑100cm、厚度16mm的鋼管，鋼管內(nèi)澆筑補(bǔ)償收縮混凝土，混凝土等級為C55。

系梁采用C50混凝土單箱3室結(jié)構(gòu)，截面尺寸為17.1m（寬）×2.5m（高）。頂、底板、中腹板厚度均為30cm，邊腹板厚度為1300cm。吊點橫梁厚0.45～1.4m。吊桿采用LZM（K）7-73（Ⅰ）型新型吊桿，全橋共設(shè)18對吊桿，吊桿間距6m，單根吊桿由73根平行鋼絲索組成。

2" "施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1" "鋼管拱構(gòu)件加工

鋼管拱構(gòu)件由專業(yè)加工廠加工制造，每個拱肋分為7個節(jié)段加工，如圖1所示。其加工工藝流程為數(shù)控下料→卷管成形→縱縫焊接→圓度矯正→管節(jié)端口相貫線切割→上、下弦管節(jié)段放樣組裝及焊接→上、下弦管節(jié)段整拱放樣組拼→檢測拱曲線→按照拱肋節(jié)段的分段將同一節(jié)段的上、下弦管、腹板組裝在一起→測量放樣吊索錨管孔位置→切割錨管孔→組裝錨管并焊接→焊接錨管處的腹板→安裝拱肋節(jié)段接口處的定位裝置→整拱幾何尺寸、形狀測量檢驗→解體→防腐。

2.2" "拱肋支架施工

根據(jù)每節(jié)段拱肋投影高度，支架施工采用單側(cè)單排Φ730×8mm鋼管，每排共設(shè)置6根鋼管，鋼管支架搭設(shè)于系梁上方，鋼管的搭設(shè)位置根據(jù)拱肋接頭的位置進(jìn)行布置，以保證拱肋接頭位于鋼管柱中心位置[4]。其中第3、5跨間鋼管頂部采用縱向Φ273×6mm鋼管+L125×10mm剪刀撐進(jìn)行連接加固，兩排鋼管間采用橫向Φ273×6mm鋼管水平撐。

拼裝采用兩臺25t汽車起重機(jī)配合進(jìn)行作業(yè)，兩側(cè)鋼管柱安裝就位后，及時對連接槽鋼按設(shè)計位置施焊，保證其穩(wěn)定性。同側(cè)鋼管柱利用剪力撐連接固定。對于較高管柱，采用攬風(fēng)繩對稱牽引加強(qiáng)穩(wěn)定性。施工過程中，及時跟蹤觀測中心位置及垂直度，控制施工誤差。

2.3nbsp; 鋼管拱安裝

待鋼管架施工完成后，按照對稱性原則將鋼管拱起吊值拱架上以備焊接，起重設(shè)備一般用25t輪胎起重機(jī)。起吊順序按拱腳到拱頂依次進(jìn)行，同時對稱吊裝臨時固結(jié)。拱肋節(jié)段連接固定后方可進(jìn)行焊接作業(yè)。

焊接時溫度要與出廠前預(yù)拼裝溫度一致，以減小因溫度變化帶來的誤差。兩拱肋間橫向支撐在拱肋安裝時同時進(jìn)行[5]。橫向支撐和斜撐均采用工廠預(yù)制的方式制作，并整體運輸至施工現(xiàn)場后，通過汽車起重機(jī)將其吊裝至設(shè)計的安裝位置。安裝時需按對中、調(diào)整、檢查、焊接等程序進(jìn)行。

2.4" "拱肋合攏段施工

為確保拱肋合攏的精度，防止鋼管的脹縮引起安裝誤差，合攏應(yīng)在當(dāng)天溫度較低且變化不大時實施，并由觀測的最大溫差，確定合攏段長度影響的修正系數(shù)。

與其他拱段一致，合攏段的起吊也采用汽車起重機(jī)。在上弦管起升跨越拱段上、下弦管時，須調(diào)整前后吊點高度，使合攏段保持傾斜狀態(tài)起升。待合攏段上弦管依次跨過已架拱段下弦及上弦管后，再調(diào)平下降，使合攏段支承在兩側(cè)拱段上。

為保證合攏段線型的精確，施工時可采取多種輔助措施進(jìn)行調(diào)整。在合攏段兩端，可采用50kN手動葫蘆牽引進(jìn)行合攏姿態(tài)的控制和調(diào)整。在每根弦管的對接處，可采用緊繩器調(diào)整和固定合攏段在順橋軸線方向上的位置。

2.5" "拱肋混凝土施工

鋼管拱橋內(nèi)部混凝土等級為C55補(bǔ)償收縮混凝土，為加快施工進(jìn)度，保持對稱平衡施工的原則，采用4臺輸送泵按頂升法灌注施工，即從兩肋四拱腳（設(shè)灌注孔）同時對稱灌注到拱頂。需要有足夠的泵壓，以保證混凝土的泵送連續(xù)無中斷。

在泵送混凝土之前，可采用清水對鋼管內(nèi)壁進(jìn)行清洗濕潤。先以水泥漿作為先導(dǎo)，以減少混凝土的離析和防止堵管，然后再連續(xù)泵入補(bǔ)償收縮混凝土。為了保證鋼管拱內(nèi)混凝土的密實程度，可在鋼管外壁安裝振搗器，以使管內(nèi)空氣逸出和振搗密實混凝土的目的。

拱頂平緩段開一直徑150mm的排氣孔，排氣孔成螺旋狀，并備好與之配套的螺旋頭，以便頂升時及時封堵排氣孔。拱內(nèi)灌注混凝土采用上下左右均衡對稱的方式施工，將腔體內(nèi)混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度90%后，拆除拱肋支架。

3" "施工過程控制成果分析

3.1" "監(jiān)測點的布置

為了有效控制施工過程中不同關(guān)鍵施工節(jié)點拱橋的安全，同時也為了滿足成拱的技術(shù)要求，對拱橋主體的關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測的內(nèi)容主要包括鋼管撓度位移、系梁撓度位移以及吊桿桿件受力。為了更好地對不同關(guān)鍵施工節(jié)點進(jìn)行描述，確定監(jiān)測工況如表1所示。拱肋與系梁變形分別觀測點布置在吊桿與拱肋、系梁相交點，吊桿的軸力計則布置在吊桿中間位置。

3.2" "施工過程拱肋控制成果

工況1條件下，鋼管拱的垂直位移曲線如圖1所示。從圖2中可以看出，左右兩側(cè)的拱肋實測垂直位移值均與理論值相近，整體變形表現(xiàn)為拋物線形，最大位移發(fā)生在鋼管拱拱頂，大小為10.15mm。與該點的理論值9.60mm相比，僅超出了0.55mm，小于規(guī)范中規(guī)定的1.00mm。

圖3、圖4分別為工況2、工況3條件下，鋼管拱的垂直位移曲線。從圖3、圖4可以看出，左右兩側(cè)的拱肋實測垂直位移值均與理論值相近，整體變形表現(xiàn)為拋物線形。工況2時，鋼管拱頂?shù)淖畲笪灰茷?.9mm。工況3時，鋼管拱頂?shù)淖畲笪灰茷?.1mm。由此表明，隨著隨著吊桿張拉以及系梁服役荷載，鋼管拱的變形逐漸得到收斂控制，橋梁的變形控制與成橋狀態(tài)良好。

3.3" "施工過程系梁控制成果

圖5分別為工況3條件下，系梁的難度曲線。從圖5中可以看出，隨著系梁支架的拆除，拱肋、吊桿與系梁均進(jìn)入工作狀態(tài)。橋梁施工完成，系梁的實測撓度值與理論值相比，雖有一定的離散波動，但整體偏差較小，整體變形表現(xiàn)為拋物線形。系梁的最大撓度出現(xiàn)在拱頂投影位置（跨中），大小為15.00mm。

3.3" "施工過程吊桿控制成果

圖6、圖7分別為工況2條件下，不同觀測點的吊桿軸力、吊桿軸力與理論值誤差。從圖6、圖7中可以看出，在全橋范圍內(nèi)，吊桿的軸力控制盡管有一定波動（波動范圍在360～420kN之間），但整體較為均衡，且與理論值接近。對比左右兩側(cè)吊桿的軸力控制情況，可知吊桿的軸力偏差范圍小于10%，軸力控制良好。

4" "結(jié)語

本文以新建贛深鐵路鋼管混凝土拱橋為例，對鋼管拱橋在構(gòu)件加工、拱肋支架施工、拱肋安裝以及合攏段施工中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了分析，并對各個關(guān)鍵施工節(jié)點的橋梁位移和受力進(jìn)行監(jiān)測。對施工過程中各個關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測表明，拱肋的垂直位移、系梁撓度和吊桿軸力均在控制范圍內(nèi)。所提出的施工工藝有效保障了下承式鋼管混凝土系桿拱橋順利成橋。

參考文獻(xiàn)

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