UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍施工技術(shù)在八丘田車行天橋的應(yīng)用

摘要：文章結(jié)合八丘田車行天橋工程概況，從UHPC拱肋預(yù)制、支架搭設(shè)、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)體、起吊與安裝等方面，介紹了UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍施工技術(shù)的應(yīng)用工藝。工程應(yīng)用實(shí)踐表明，翻轉(zhuǎn)吊裝合龍施工工藝可以優(yōu)化吊裝施工順序，減低安裝風(fēng)險(xiǎn)，在工程的工期、質(zhì)量、成本等各方面均取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土;拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合攏;八丘田車行天橋

中圖分類號(hào)：U445.46A291093

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是一種新型的水泥基復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高延性、高耐久性和高環(huán)保性等特點(diǎn)，還有超強(qiáng)的力學(xué)性能和耐久性能。八丘田車行天橋采用UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍施工技術(shù)，拱肋整體平臥澆筑，在吊裝前，需進(jìn)行“臥轉(zhuǎn)豎”，然后進(jìn)行支架吊裝合龍，而在具體的施工過(guò)程中，通過(guò)研究UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍技術(shù)，能解決大跨徑混凝土拱橋在翻轉(zhuǎn)、吊裝、調(diào)節(jié)中的施工問(wèn)題。

1 工程概況

八丘田車行天橋是M01縣道上跨云南省昌寧至保山高速公路（簡(jiǎn)稱昌保高速公路）主線的一座車行天橋，與昌保高速公路主線交叉樁號(hào)為K69+605.00。M01縣道是丙麻鄉(xiāng)至省道S312（二級(jí)路）最便捷的通道，路基寬約7 m，路面寬約6 m。

本橋沿M01縣道至丙麻鄉(xiāng)約4 km，為采用上承式超高性能混凝土（簡(jiǎn)稱UHPC）的無(wú)鉸拱橋，主橋拱肋拱軸線為懸鏈線，計(jì)算跨徑L=34 m，計(jì)算矢高f=7 m，計(jì)算矢跨比f(wàn)/L=1/4.86，拱軸系數(shù)m=1.543。主拱截面雙箱單室拱肋，每個(gè)箱截面高度為1.3 m，截面寬度為1.5 m。拱肋采用UHPC混凝土，其材料等級(jí)為UC150-4級(jí)，即混凝土立方體為100 mm×100 mm×100 mm，抗壓強(qiáng)度≥150 MPa。拱上建筑采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

八丘田車行天橋主拱跨徑為34 m，拱頂高7 m，橋拱為UHPC高強(qiáng)混凝土預(yù)制拱，單個(gè)橋拱分成3個(gè)節(jié)段在預(yù)制廠加工預(yù)制，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 UHPC拱肋預(yù)制

UHPC原材料包括水泥、硅灰、石灰石粉、砂、鋼纖維、減水劑和水。其中水泥、石灰石粉采用粉罐投料，砂采用配料機(jī)稱量輸送帶投料，硅灰和鋼纖維為袋裝，采用人工投料。具體操作方法為：在輸送帶上搭建一投料平臺(tái)，平臺(tái)上設(shè)置一投料漏斗，漏斗下方正對(duì)輸送帶，硅灰投料前破袋，將硅灰全部集中在一大桶中，投料時(shí)倒入漏斗，通過(guò)輸送帶投入攪拌機(jī)。鋼纖維通過(guò)分散器投料，將纖維分散器安裝在輸送帶上，下料口正對(duì)輸送帶，生產(chǎn)時(shí)提前將袋裝鋼纖維破袋倒入一大桶中，投料時(shí)將桶內(nèi)的鋼纖維倒入纖維分散機(jī)內(nèi)，鋼纖維經(jīng)過(guò)分散器分散后通過(guò)輸送帶投到攪拌機(jī)內(nèi)。

攪拌時(shí)先將水泥、石粉、砂、硅灰投入攪拌機(jī)，干拌均勻后加入水與減水劑，待物料攪拌成砂漿狀態(tài)后加入鋼纖維，持續(xù)攪拌至鋼纖維分布均勻后完成UHPC攪拌工作[1]。其生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

八丘田車行天橋拱肋及梁板預(yù)制均在預(yù)制廠統(tǒng)一進(jìn)行加工，預(yù)制廠與攪拌站為一體站，場(chǎng)站內(nèi)設(shè)置龍門吊，可供混凝土運(yùn)輸。根據(jù)超高性能混凝土性能指標(biāo)要求，結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況，擬采用塔機(jī)料斗接UHPC，用龍門吊運(yùn)輸卸料至混凝土泵車中，待一節(jié)拱肋所需混凝土全部拌制完成后，統(tǒng)一由混凝土泵車送至澆筑地點(diǎn)進(jìn)行拱肋澆筑。

2.2 支架搭設(shè)

拱肋支架為鋼管立柱支架，鋼管采用 350 mm×10 mm，材質(zhì)為Q235鋼。為了確保鋼管支架的穩(wěn)定，鋼管之間采用14#的槽鋼或工字鋼連接，沿縱橋方向設(shè)置6排，每排4根鋼管立柱，立柱頂部、底部焊接500 mm×500 mm且厚度≤1 cm的鋼板，頂部鋼板根據(jù)拱肋弧度，焊接千斤頂調(diào)節(jié)頂座，垂直拱軸線預(yù)留5 cm調(diào)節(jié)距離。千斤頂采用QL50螺旋千斤頂（起重高度為15 cm，自重高度為33 cm，頂部直徑為9.7 cm，底部直徑為18.5 cm）。

2.3 拱肋運(yùn)輸

2.3.1 拱肋吊點(diǎn)確定

拱肋吊點(diǎn)的確定方法是：將拱肋節(jié)段分成三部分，以左邊與右邊節(jié)段質(zhì)量相加等于中間節(jié)段質(zhì)量為原則確定分界線，該分界線即為吊點(diǎn)位置，并且采用模擬軟件建立模型進(jìn)行模擬，現(xiàn)場(chǎng)試吊試驗(yàn)，驗(yàn)證吊點(diǎn)的最終位置（見(jiàn)圖2）。

2.3.2 拱肋運(yùn)輸

拱肋預(yù)制廠距八丘田車行天橋橋址位置約600 m，拱肋分節(jié)段澆筑，完成三個(gè)節(jié)段，即全肋澆筑，并蒸養(yǎng)完畢后即轉(zhuǎn)運(yùn)至橋址處。因拱肋節(jié)段較短且重量相對(duì)較輕，可在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)采用汽車吊將拱肋吊移至13 m平板拖車上，每次裝運(yùn)1節(jié)。

2.4 拱肋轉(zhuǎn)體

由于拱肋采用臥式澆筑工藝，吊裝前拱肋為臥式體位，吊裝時(shí)應(yīng)將拱肋進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。拱肋轉(zhuǎn)體關(guān)鍵是避免翻轉(zhuǎn)過(guò)程對(duì)拱肋的損傷，拱肋翻轉(zhuǎn)過(guò)程難度來(lái)源于兩方面：（1）翻轉(zhuǎn)器具對(duì)拱肋的損傷;（2）拱肋轉(zhuǎn)體過(guò)程中重心瞬變易造成拱肋的碰撞損傷[2]。

針對(duì)翻轉(zhuǎn)器具損傷的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)的方案是采用兩臺(tái)汽車吊作為翻轉(zhuǎn)動(dòng)力，以拱肋上的吊孔為著力點(diǎn)，采用螺紋鋼棒等固定好鋼絲繩，防止滑移。在鋼絲繩與拱肋接觸處設(shè)置緩沖件防止損傷拱肋。

針對(duì)重心瞬變的問(wèn)題，擬將拱肋在沙堆上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以減小對(duì)拱肋的沖擊。沙堆采用濕潤(rùn)的級(jí)配碎石堆積而成，嚴(yán)禁用干料堆積。按規(guī)定尺寸堆積成型后拍實(shí)，并在用土工布覆蓋表面，防止污染拱肋表面。

轉(zhuǎn)體前將拱肋突出部分，尤其是各個(gè)角用舊輪胎綁好，然后將拱肋平移至沙堆上并放平，確保拱肋受力平衡，狀態(tài)穩(wěn)定。將吊車設(shè)置于拱肋兩側(cè)，吊車用鋼絲繩分別固定于兩側(cè)吊點(diǎn)上，A吊車收緊吊繩，B吊車吊繩緩慢釋放，拱肋在兩臺(tái)吊車協(xié)調(diào)配合下緩慢翻轉(zhuǎn)。

2.5 拱肋起吊與安裝

拱肋翻轉(zhuǎn)成吊裝體位后，采用兩臺(tái)汽車吊進(jìn)行吊裝。拱肋吊裝采用型鋼扁擔(dān)梁兜底，使用精軋螺紋鋼將扁擔(dān)梁固定于吊孔上，防止吊點(diǎn)滑移。每節(jié)段吊點(diǎn)為兩個(gè)，且吊運(yùn)用鋼絲繩截面尺寸及型號(hào)必須滿足計(jì)算要求，拱肋與型鋼連接處應(yīng)設(shè)置緩沖件，防止拱肋和型鋼接觸而發(fā)生磨損。拱肋在吊運(yùn)安裝前，應(yīng)進(jìn)行試拼裝并對(duì)每節(jié)段拱肋進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)標(biāo)識(shí)顯著且易于辨識(shí)[3]。

吊裝采用的鋼絲繩選用6×19型，其公稱抗拉強(qiáng)度為1 960 MPa，繩徑56 mm，經(jīng)驗(yàn)算均滿足施工要求。吊車布置水平距離拱橋位置5～6 m。拱肋節(jié)段1最高點(diǎn)距地面9.9 m，故起重總高度為11.7 m。而節(jié)段為兩最高點(diǎn)距地10.63 m，起吊高度為0.5 m，繩長(zhǎng)按60°方向考慮，則繩子高度為1.3 m，回轉(zhuǎn)半徑控制在5.5 m內(nèi)。

為確保拱肋受力均衡，拱肋安裝應(yīng)先從拱腳開(kāi)始，左右兩側(cè)拱肋必須對(duì)稱安裝，拱頂位置進(jìn)行合龍。

拱肋跨邊節(jié)段起吊后緩慢移動(dòng)，不斷調(diào)整拱肋節(jié)段姿態(tài)，使拱肋鋼板與拱座鋼板對(duì)齊，讓拱肋鋼板上的螺栓孔插入拱座地腳螺栓，最后上地腳螺栓螺帽，但暫時(shí)不擰緊螺帽。

重復(fù)以上工序完成另一跨邊節(jié)段吊裝。

（1）在吊裝過(guò)程中，對(duì)接頭位置采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀定位和測(cè)量檢驗(yàn)，控制其坐標(biāo)高程。同時(shí)，進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，觀測(cè)拱肋中線位置以及接頭高程。

（2）在吊裝邊段拱肋時(shí)，拱身調(diào)整根據(jù)拱段接頭兩點(diǎn)設(shè)計(jì)高程，并核對(duì)與該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的理論數(shù)值及預(yù)留高度。

（3）預(yù)拱度使用千斤頂調(diào)整，拱肋段安裝采用兩臺(tái)吊車慢慢吊起，對(duì)接邊段拱肋下端與拱腳預(yù)埋端接頭，并用梢栓臨時(shí)連接。另外一側(cè)落在支架上，鋼管拱肋中線用全站儀、經(jīng)緯儀調(diào)整，軸線偏差<5 mm，用水準(zhǔn)儀檢測(cè)。接頭用500 kN的千斤頂進(jìn)行調(diào)整，要比設(shè)計(jì)高程抬高10～20 cm。接頭最后松摘吊點(diǎn)，確保邊段拱肋完全落于千斤頂?shù)闹Ъ苌?，兩個(gè)邊段拱肋順利完成安裝[4]。

在安裝合龍段前，要多次核對(duì)接頭高程。然后再進(jìn)行合龍段的安裝。在合龍前應(yīng)復(fù)核左右側(cè)拱肋線型和標(biāo)高，保證合龍段連接板連接緊密，其間隙滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

拱肋合龍是拱肋吊裝拱座的關(guān)鍵點(diǎn)也是難點(diǎn)，需將跨中節(jié)段吊裝到位，并保證預(yù)應(yīng)力孔道精準(zhǔn)對(duì)接。為解決跨中節(jié)段順利入位的為題，擬采用向跨邊節(jié)段借位的方法：兩片跨邊節(jié)段到位后，調(diào)整拱肋下的螺桿千斤頂，使拱肋沿拱軸線垂直方向向上平移，由于拱座對(duì)接面為上寬下窄的楔形結(jié)構(gòu)，將跨邊拱肋節(jié)段沿對(duì)接面向上平移，則可為跨中節(jié)段騰出合龍操作空間。經(jīng)過(guò)計(jì)算，若跨邊拱肋單邊向上平移10 cm（5 cm）則可為對(duì)接面提供4 cm（2 cm）空間，兩邊則可提供8 cm（4 cm）空間。由于跨中節(jié)段也是上寬下窄的楔形結(jié)構(gòu)，這些空間足夠跨中節(jié)段順利入位?？缰泄?jié)段吊裝到位后，放下跨邊節(jié)段，使節(jié)段間對(duì)接面貼緊[5]。

為了確保拱肋的安裝位置符合設(shè)計(jì)要求，要采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀架立在兩拱座上拱肋軸線位置，觀測(cè)合龍?zhí)?個(gè)接頭軸線點(diǎn)及拱頂軸線點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀控制拱肋標(biāo)高并微調(diào)，使預(yù)應(yīng)力管道對(duì)齊，并插入實(shí)心鋼棒定位。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以八丘田車行天橋這一工程實(shí)例為背景，進(jìn)行了UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍研究分析，結(jié)果表明：（1）UHPC具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性等特點(diǎn)，采用UHPC建造拱橋，截面厚度得到優(yōu)化，并且在減少混凝土用量的同時(shí)，減輕橋梁結(jié)構(gòu)自重，適應(yīng)橋梁工程輕量化、重載化以及耐久化需求，促進(jìn)路橋行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí);（2）UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍施工技術(shù)，對(duì)于工程的工期、質(zhì)量、成本等各方面均取得了較好效果;（3）UHPC拱肋翻轉(zhuǎn)吊裝合龍施工技術(shù)可以有效解決節(jié)段架設(shè)和索力計(jì)算問(wèn)題，保障拱橋的施工質(zhì)量;（4）鋼管拱肋加工精度、安裝誤差、拱肋弦管焊接引起變形及環(huán)境溫度影響等方面得到有效控制，達(dá)到拱肋線形控制目標(biāo)及要求，可以指導(dǎo)同類項(xiàng)目施工。

參考文獻(xiàn)

[1]張怡孝，劉愛(ài)榮，曾鑫彬，等.高強(qiáng)鋼管-超高性能混凝土拱承載能力研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2021，42（S2）：365-372.

[2]周志敏，房金錢.預(yù)制拼裝UHPC剛架拱橋設(shè)計(jì)施工概述[J].工程與建設(shè)，2021，35（5）：957-959，962.

[3]淳 波.1～80 m下承式簡(jiǎn)支拱拱肋制作及吊裝施工技術(shù)探討[J].工程機(jī)械與維修，2021（1）：104-105.

[4]龔子松.鋼管混凝土拱橋拱肋吊裝分析與扣索索力優(yōu)化[J].公路工程，2015，40（5）：208-213.

[5]蔡景毅. 鋼箱—混凝土組合拱橋吊裝合攏技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2011.

作者簡(jiǎn)介：

張光迎（1988—），工程師，主要從事公路施工管理工作。