X形提籃式鋼筋混凝土拱橋勁性骨架安裝施工技術(shù)

秦定松

（中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

渝黔鐵路項(xiàng)目控制性橋梁工程設(shè)計(jì)為1-370 m 上承式鋼筋混凝土X 形提籃式拱橋，其三維模型圖如圖1 所示。主拱圈采用勁性骨架外包混凝土施工，從拱腳到分叉處由2 肢單箱單室拱肋組成，拱頂合并為單箱三室截面。

圖1 鋼筋混凝土×形提籃三維模型圖

勁性骨架設(shè)計(jì)為鋼管混凝土構(gòu)件，上下弦主鋼管共計(jì)8 肢（拱腳和分叉段各4 肢，拱頂合并段8 肢），管內(nèi)壓注自密實(shí)無(wú)收縮混凝土。骨架分為44 個(gè)節(jié)段，節(jié)段長(zhǎng)度在14.92～24.67 m，最重節(jié)段質(zhì)量為183.7 t（含施工模板質(zhì)量）。采用纜索吊機(jī)+斜拉扣掛法安裝，纜索吊機(jī)須能夠橫移覆蓋骨架吊裝范圍。勁性骨架節(jié)段參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 勁性骨架節(jié)段參數(shù)

2 斜拉扣掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

勁性骨架采用纜索吊機(jī)+斜拉扣掛法施工，即采用纜索吊機(jī)垂直起吊，縱移就位后，采用斜拉鋼絞線(xiàn)臨時(shí)錨固勁性骨架，直至合龍成拱圈。纜索吊機(jī)+斜拉扣掛系統(tǒng)布置圖如圖2所示。

圖2 纜索吊機(jī)+斜拉扣掛系統(tǒng)布置圖（單位：m）

纜索吊機(jī)主跨548.5 m，最大吊重2 000 kN（200 t），能夠橫移施工，滿(mǎn)足370 m 主跨勁性骨架吊裝施工。纜索吊機(jī)主要由纜索系統(tǒng)、起重小車(chē)、錨碇、塔架及風(fēng)纜、動(dòng)力系統(tǒng)5 部分組成[1]。

斜拉扣掛系統(tǒng)主要由扣索、背索、扣塔、錨碇等機(jī)構(gòu)組成。半幅斜拉扣掛系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

圖3 半幅斜拉扣掛系統(tǒng)示意圖

2.2 斜拉扣掛系統(tǒng)簡(jiǎn)述

扣索和背索骨架扣點(diǎn)和地錨端均為錨固端，張拉端均設(shè)在扣塔，對(duì)稱(chēng)張拉扣索、背索，調(diào)整骨架軸線(xiàn)及標(biāo)高。

本橋選用鋼絞線(xiàn)加工扣背索，滿(mǎn)足扣索和背索張拉、放張調(diào)整骨架線(xiàn)型和標(biāo)高的施工目的。扣索和背索鋼絞線(xiàn)根數(shù)依據(jù)拱肋節(jié)段重量計(jì)算得到，同時(shí)，扣索和背索索力值須報(bào)監(jiān)理、監(jiān)控單位確認(rèn)后，由監(jiān)控單位提供?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，扣索和背索同步張拉，以計(jì)算張拉值指導(dǎo)施工，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)骨架前端線(xiàn)型控制為準(zhǔn)。

2.2.3 錨碇

利用既有承臺(tái)、澆筑擴(kuò)大基礎(chǔ)等作為背索錨碇。本橋錨碇為重力式錨碇。

2.2.4 其他構(gòu)件

其他構(gòu)件主要為骨架端錨箱，設(shè)計(jì)為3 向結(jié)構(gòu)，便于現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)型調(diào)整。采用鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu)，以銷(xiāo)軸鉸接。

2.2.1 扣塔

扣塔設(shè)置于5#、6#交界墩上，利用墩身的強(qiáng)度和剛度，減小扣塔周轉(zhuǎn)材料的投入，同時(shí)，可增加扣掛系統(tǒng)的剛度，以更好地調(diào)節(jié)前端線(xiàn)型。

扣塔采用鋼管支架，錨梁為型鋼結(jié)構(gòu)?？鬯^點(diǎn)分上下2 層，第1 層在塔底，設(shè)置16 組錨梁，作為2#～5#節(jié)段的扣掛錨點(diǎn)；第2 層設(shè)在扣塔頂面，設(shè)置20 組錨梁，作為6#～10#節(jié)段的扣掛錨點(diǎn)。

2.2.2 扣索和背索

骨架節(jié)段懸臂拼裝，利用扣索、背索調(diào)整節(jié)段線(xiàn)型、高程。

2.3 斜拉扣掛系統(tǒng)檢算

2.3.1 扣索背索索力計(jì)算

采用Midas Civil 軟件整體建模完成扣索背索索力計(jì)算。其中，勁性骨架、扣塔設(shè)置為梁?jiǎn)卧?；扣索設(shè)置為只受拉桁架單元。計(jì)算時(shí)，模型參照實(shí)際施工階段，將施工過(guò)程分17 個(gè)施工階段。依據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，以節(jié)段豎向零位移控制索力大小，即按照當(dāng)前節(jié)段豎向位移小于1 mm 控制，分析各個(gè)階段扣索背索索力值。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出各吊裝節(jié)段的扣索背索索力值，報(bào)監(jiān)控單位復(fù)核。同時(shí)，施工中以監(jiān)控單位下達(dá)監(jiān)控指令為準(zhǔn)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 扣索索力計(jì)算值統(tǒng)計(jì)表

2.3.2 扣塔計(jì)算

依據(jù)扣索背索計(jì)算，采用Midas Civil 軟件建立扣塔計(jì)算整體模型，如圖4 所示，荷載為扣索初張力。

圖4 扣塔計(jì)算整體模型圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算，結(jié)果如下。

1）桿件應(yīng)力

經(jīng)過(guò)計(jì)算，桿件最大拉應(yīng)力為147.2 MPa，最大壓應(yīng)力為201.4 MPa，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在立柱底部調(diào)節(jié)桿中，該桿件材質(zhì)為Q345 鋼管，應(yīng)力滿(mǎn)足要求[2]。

2）支座反力

10#節(jié)段吊裝并完成錨固后，扣塔產(chǎn)生豎向力最大值，支點(diǎn)處反力分別為2 128.1 kN、3 425.9 kN、1 405.6 kN、3 424.7 kN、2 128.6 kN；豎向力總計(jì)12 512.9 kN。

3）錨碇計(jì)算

本橋設(shè)計(jì)為重力式錨碇，參照表3 背索索力參數(shù)計(jì)算錨碇的抗拔穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性。其中，抗拔穩(wěn)定性安全系數(shù)不小于2；抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)不小于1.2[3]。

表3 背索索力計(jì)算值統(tǒng)計(jì)表

3 勁性骨架吊裝施工

勁性骨架吊裝流程：骨架加工（同步完成扣塔安裝及扣背索準(zhǔn)備）→骨架翻身、旋轉(zhuǎn)→模板及安全措施安裝→纜索吊機(jī)起升、縱移就位→安裝、預(yù)緊扣索和背索→全站儀定位→焊接環(huán)縫→扣索和背索同步張拉，監(jiān)控扣塔、骨架偏位→扣塔、骨架前端滿(mǎn)足要求，松鉤→下節(jié)段施工。

3.1 拱腳起拱段安裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況加工定位支架，安裝起拱段，以滿(mǎn)足起拱段安裝精度。定位支架計(jì)算以剛度主控。

3.2 骨架安裝

3.2.1 吊裝前準(zhǔn)備

1）測(cè)量控制點(diǎn)標(biāo)識(shí)，實(shí)際控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算，同時(shí)，獲取監(jiān)控單位相關(guān)指令。

2）對(duì)接接頭匹配件、扣掛錨箱、吊裝吊耳等臨時(shí)結(jié)構(gòu)焊接。

3）在節(jié)段側(cè)面設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，與底模系統(tǒng)形成封閉防護(hù)體系；上弦頂面設(shè)置人行爬梯，節(jié)段端部設(shè)置焊接施工平臺(tái)，共同組成節(jié)段安全防護(hù)體系，并隨節(jié)段一同起吊，形成全時(shí)空安全防護(hù)。

3.2.2 吊裝程序

節(jié)段懸臂拼裝須大小里程對(duì)稱(chēng)安裝，即大里程左右第一節(jié)骨架吊裝后，小里程左右第一節(jié)骨架吊裝。節(jié)段吊裝完成后，吊裝橫梁。每次吊裝完成后，均須調(diào)整扣索背索索力，以保證骨架前端線(xiàn)型、高程滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 骨架吊裝

骨架安裝模型及現(xiàn)場(chǎng)圖如圖5 所示。

圖5 骨架安裝模型及現(xiàn)場(chǎng)圖

1）纜索吊機(jī)橫移至節(jié)段設(shè)計(jì)位置，采用四吊鉤四點(diǎn)同時(shí)起吊，保證起吊姿態(tài)與成橋姿態(tài)基本一致。

2）吊裝就位后，先對(duì)位下側(cè)管口，再調(diào)整上側(cè)管口標(biāo)高及平面位置。

3）節(jié)段調(diào)整就位后，采用外置匹配件臨時(shí)鎖定對(duì)接接頭，待對(duì)接焊縫焊接完成后切割臨時(shí)鎖定匹配件，打磨平整后進(jìn)行外包板焊接。外包板焊接前進(jìn)行對(duì)接焊縫探傷檢測(cè)。

4）焊接完成后，張拉扣索、背索。張拉過(guò)程中注意扣索背索對(duì)稱(chēng)同步張拉，采用全站儀監(jiān)測(cè)前端坐標(biāo)。張拉完成后纜索吊松鉤，復(fù)核節(jié)段前端標(biāo)高。

3.3 骨架合龍

合龍前，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，通過(guò)扣索、纜風(fēng)索對(duì)骨架線(xiàn)形、內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，進(jìn)行溫度觀(guān)測(cè)，測(cè)量合龍長(zhǎng)度，切割合龍段余量，安裝合龍段就位，根據(jù)監(jiān)控單位提供的合龍時(shí)間、溫度等要求，進(jìn)行合龍段施工。

3.4 施工監(jiān)控

3.4.1 變形檢測(cè)

施工過(guò)程中對(duì)骨架線(xiàn)形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在骨架上布置變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)縱向在拱腳、1/8 跨度、2/8 跨度、3/8 跨度、拱頂截面布置，橫向在上下弦管、腹桿處布置。變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖6 所示。

圖6 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：m）

3.4.2 應(yīng)力、溫度監(jiān)測(cè)

施工過(guò)程中對(duì)骨架內(nèi)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，主要在骨架的拱腳、2/8 跨度、拱頂截面的上、下弦桿布置應(yīng)力、溫度測(cè)試傳感器完成。

3.4.3 各階段扣索背索索力觀(guān)測(cè)

各階段的扣索背索索力用壓力表法和壓力傳感器法雙控，張拉節(jié)段用壓力表法，以測(cè)出初張拉階段扣索背索索力大小；另外，在索上布置壓力傳感器，根據(jù)施工節(jié)段測(cè)試索力大小。施工過(guò)程中每施工一個(gè)節(jié)段，需要進(jìn)行詳細(xì)記錄、資料整理與計(jì)算值對(duì)比分析，如果索力大小和理論值不一致，需要查明原因，處理后才能繼續(xù)施工。

3.4.4 各扣點(diǎn)的坐標(biāo)、高程控制

利用全站儀進(jìn)行拱肋各扣點(diǎn)在各階段的坐標(biāo)、高程控制測(cè)量。同時(shí)，監(jiān)控各節(jié)段骨架的前端坐標(biāo)與高程控制。

4 結(jié)論

1）克服了立體管桁架空間曲線(xiàn)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)加工的線(xiàn)性控制及對(duì)接錯(cuò)位難度大問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接錯(cuò)邊量≤2 mm、管桁架寬度和高度誤差≤3 mm 的目標(biāo)。

2）采用纜索吊機(jī)+斜拉扣掛法施工，快速高效地完成骨架吊裝。

3）設(shè)計(jì)了可移動(dòng)弧形胎架，提高底模板鋪設(shè)及吊裝的施工工效，減少施工場(chǎng)地建設(shè)。

4）骨架的空間曲線(xiàn)三維坐標(biāo)控制，根據(jù)拱軸線(xiàn)坐標(biāo)與施工標(biāo)高相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量控制，有效克服了節(jié)段拼裝累計(jì)誤差產(chǎn)生的影響。