下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)分析

邱春

（江蘇嘉隆工程建設(shè)有限公司，江蘇 宿遷 223800）

1 工程概況

該大橋?yàn)橄鲁惺戒摴芑炷料禇U拱橋，橋梁全長374m，主橋全寬14.8m，橫斷面為1.4m（拱肋區(qū)）+12.0m（機(jī)動車道）+1.4m（拱肋區(qū)）；引橋全寬12m，橫斷面寬為0.5m（防撞護(hù)欄）+11.0m（機(jī)動車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）。

2 支架預(yù)制安裝采用工廠生產(chǎn)的方式

第一，拱跨中腹板采用鋼板現(xiàn)場切割與焊接后整體吊運(yùn)的方式進(jìn)行吊裝，其特點(diǎn)是主拱施工周期短、對主拱的內(nèi)力影響小、質(zhì)量容易控制，但對整個(gè)拱橋影響較大。第二，由于該工程采用上部結(jié)構(gòu)整體吊運(yùn)到施工現(xiàn)場，因此，該橋下部結(jié)構(gòu)支架主要采取分段吊裝方式進(jìn)行安裝。具體的分節(jié)方案為：一段主拱安裝在下橫梁上，另一段為3 跨主拱安裝在中腹板上。第三，由于拱肋、中肋均采用鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋焊接組成，在拱形面內(nèi)設(shè)置鋼管和鋼筋支架是為了保證拱肋受力的要求。該工程采用分段吊裝法進(jìn)行下部支架安裝，即先將拱肋、中肋整體吊起后吊至拱腳位置，并在中肋頂板位置安裝下部結(jié)構(gòu)支架。為了保證中肋頂板和拱腳頂板施工質(zhì)量及控制施工質(zhì)量，首先在拱腳位置將整個(gè)支架預(yù)拼裝并吊裝到位。

其一，由測量放線人員確定吊點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，并按施工圖紙的中心線放置支架，同時(shí)將支架吊至施工現(xiàn)場。其二，將吊裝使用的鋼絲繩、滑輪等材料堆放在施工現(xiàn)場一側(cè)并鋪設(shè)好防護(hù)措施后，由操作人員根據(jù)安裝圖放好吊點(diǎn)并用吊鉤連接到相應(yīng)位置，再將每根主拱肋中承板用螺栓與鋼絲繩、滑輪等材料連接固定。其三，對有較大撓度或出現(xiàn)扭曲變形的支架需及時(shí)調(diào)整加固，以保證其剛度和強(qiáng)度，減少變形。其四，在支架安裝過程中若發(fā)現(xiàn)有影響主拱肋變形的構(gòu)件時(shí)，需及時(shí)拆除，避免損傷主拱肋結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)構(gòu)支架設(shè)計(jì)

第一，桁架式主拱的主要施工方法為先在桁架式主拱端部設(shè)置一道豎向桁架，并將其分為幾個(gè)基本塊，然后再進(jìn)行鋼管混凝土塊的澆筑及焊接，既能保證桁架在拱圈內(nèi)錨固可靠，又能在拱圈內(nèi)形成整體空間結(jié)構(gòu)，確保施工時(shí)各桁架間的空間協(xié)調(diào)。第二，由于橋面兩側(cè)和橋塔均采用了鋼管混凝土系桿拱橋的設(shè)計(jì)方案，對鋼箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體計(jì)算，考慮到對上部結(jié)構(gòu)支撐作用、荷載等因素影響，其剛度要求較高。第三，由于受橋梁本身的特點(diǎn)和影響，在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對橋梁上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型進(jìn)行了簡化處理。為保證設(shè)計(jì)計(jì)算方法正確可靠，在具體計(jì)算時(shí)可不考慮結(jié)構(gòu)自重、環(huán)境荷載集中系數(shù)等因素。第四，該橋上部結(jié)構(gòu)支撐形式為雙桿式支架形式，主桁架、拱肋鋼管和拱肋鋼箱梁均采用桁架式布置方式[1]。

3.1 拱肋鋼管的預(yù)埋

第一，預(yù)埋件的設(shè)置：拱肋鋼管預(yù)埋件由下至上分別設(shè)置成“T”型、“H”型等形狀，每個(gè)“T”型預(yù)埋件采用鋼管混凝土進(jìn)行澆筑。第二，拱肋鋼管的安裝：采用MQ420B 鋼或M50 鋼筋制作主拱截面，并在每個(gè)截面處粘貼一層10mm 厚的鋼板。第三，拱肋鋼管吊裝：主拱在拱座拼裝后，首先進(jìn)行拱肋的吊裝、合龍、就位。第四，吊桿、吊索的預(yù)安裝：將預(yù)埋好的錨桿與吊索進(jìn)行連接，將吊繩從預(yù)埋件的錨孔中穿入，并根據(jù)需要設(shè)置調(diào)節(jié)鋼絲扣和調(diào)節(jié)螺桿。第五，拱腳預(yù)壓：在預(yù)埋件施工時(shí)對各焊接點(diǎn)進(jìn)行墊塊處理，在安裝過程中將墊塊調(diào)整至水平狀態(tài)。第六，安裝吊桿及主梁：主跨鋼管吊裝就位后，先將主拱肋吊至橋面水平位置，再按照設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)壓工作。第七，主梁就位：在預(yù)埋好的各錨桿上鉆孔，將鋼管插入錨桿孔內(nèi)并固定好。第八，焊接：將MQ420B 鋼板制成的主拱與14mm 的鋼管用作主梁的截面厚度進(jìn)行焊接，鋼管截面形狀為圓形。

3.2 主拱桁架的設(shè)置

第一，桁架式主拱的布置方案根據(jù)橋梁的受力特點(diǎn)，選擇桁架式主拱結(jié)構(gòu)作為施工時(shí)的臨時(shí)支撐方案。第二，主桁架結(jié)構(gòu)及布置方式將豎向主拱支臂的幾個(gè)基本塊分為兩個(gè)或三個(gè)，每個(gè)基本板塊有一個(gè)腹桿，將各基本板塊放置到相應(yīng)的位置。第三，主拱下塔柱及箱梁支撐施工主拱下塔柱采用了鋼管樁，內(nèi)壁光滑、平整，樁頂及樁底各設(shè)置一道橫梁。第四，鋼結(jié)構(gòu)支架制作安裝及施工工藝標(biāo)準(zhǔn)：鋼結(jié)構(gòu)支撐采用了雙桿式支架法施工工藝流程，主拱支吊架設(shè)計(jì)為四節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)支撐吊架；主拱拱肋分節(jié)段整體預(yù)制后采用了鋼筋混凝土灌注工藝[2]。

4 上部結(jié)構(gòu)施工支架搭設(shè)

在梁體的縱向支架完成后或扣索成功后，就可以對橋梁上部結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行搭設(shè)工作。搭設(shè)過程中需注意，應(yīng)在支架安裝前做好前期準(zhǔn)備工作，并及時(shí)對相關(guān)人員進(jìn)行安全教育交底和技術(shù)交底；橋面系施工期間需要進(jìn)行橋面系扣索安裝等一系列作業(yè)活動；對于一些需要焊接的支架，必須先對焊接部位進(jìn)行加固處理。搭好上層結(jié)構(gòu)后，在上下層均有施工人員和設(shè)備進(jìn)行施工作業(yè)；搭好上層結(jié)構(gòu)后須及時(shí)封閉下層的通道；上部支架搭設(shè)工作完成后還需及時(shí)撤除臨時(shí)設(shè)施，避免上部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞而造成安全事故。上部結(jié)構(gòu)架體搭設(shè)過程中應(yīng)注意：在架體搭設(shè)過程中對下部支撐體系需進(jìn)行控制和檢驗(yàn)；上部架體應(yīng)按照搭設(shè)規(guī)范和圖紙?jiān)O(shè)置到位；為保證上下層之間的相對穩(wěn)定性，應(yīng)對各個(gè)支座連接位置進(jìn)行固定、鎖定。當(dāng)上部構(gòu)配件安裝完畢后，就可以對下部支撐體系進(jìn)行拆除，并進(jìn)行下道工序的施工。

4.1 下部支架搭設(shè)

為保證主拱肋施工時(shí)的線形和拱肋線形，主拱肋頂高及邊跨主拱肋頂高須控制在15m 范圍內(nèi)。對主拱肋及主梁進(jìn)行吊裝。在上部結(jié)構(gòu)施工過程中，通過鋼箱梁與梁體間的連接，使得下部結(jié)構(gòu)的支架與上部結(jié)構(gòu)之間有相對穩(wěn)定的聯(lián)系。通過對鋼箱梁、梁體間安裝扣件后，再對下部結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行搭設(shè)。為保證上部結(jié)構(gòu)支架搭設(shè)和上部結(jié)構(gòu)施工同步完成，各道支架的高度在設(shè)計(jì)圖紙要求的范圍內(nèi)可以自由調(diào)整，以滿足支架搭設(shè)和上部施工之間具有相對穩(wěn)定的聯(lián)系為原則，其高度可以在1～2m 范圍內(nèi)調(diào)整。利用卷揚(yáng)機(jī)將下部架體與主拱體系一起運(yùn)輸至拱腳位置。由于下部架體受力比較復(fù)雜，因此，應(yīng)對下部架體受力進(jìn)行計(jì)算并做好相關(guān)控制措施。

4.2 系桿安裝與張拉

系桿拱橋施工中，對于主拱肋縱向支架，需先進(jìn)行縱向張拉工作，然后再進(jìn)行其他各拱肋的張拉。系桿的安裝要求：在支架搭設(shè)完畢后，需先對橋梁上、下層各道支架間的距離進(jìn)行檢測和驗(yàn)收，以保證系桿索力的可靠性。必要時(shí)可采用卷揚(yáng)機(jī)或千斤頂作為輔助設(shè)備對系桿進(jìn)行張拉。系桿張拉方法：按照施工方案的要求對系桿支架進(jìn)行臨時(shí)固定后，利用千斤頂進(jìn)行系桿張拉。為保證拉繩不發(fā)生滑移現(xiàn)象，千斤頂上需要鋪設(shè)一層厚為40mm 的鋼絲網(wǎng)并設(shè)置2 道橫向拉繩。由于系桿索力主要受拉力而產(chǎn)生，因此，索力大小直接影響系桿拱橋的施工質(zhì)量。在系桿拱橋主拱肋上、下層各設(shè)置2 道縱向支架。每道縱向支架之間需用鋼拱架固定連接、鎖牢，以防止發(fā)生滑移現(xiàn)象。由于系桿拱橋系桿索力主要由張拉力來產(chǎn)生，因此，系桿拱橋施工過程中在主拱肋上設(shè)置橫向拉、張拉點(diǎn)也很有必要。為了保證縱向支架與橋梁縱向結(jié)構(gòu)之間的相對穩(wěn)定，需要在橋面上進(jìn)行臨時(shí)扣索的設(shè)置、扣索孔的安裝以及橋面結(jié)構(gòu)體系的設(shè)置[3]。

5 下部施工作業(yè)及施工順序

第一，鋼支架預(yù)埋：由于該橋梁采用鋼管拱結(jié)構(gòu)，鋼管拱與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的連接方式不同，在施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)埋處理。

第二，鋼支架的安裝：鋼支架預(yù)埋完成后，應(yīng)立即開始安裝鋼構(gòu)件。

第三，拆除鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筋：拆除工作主要包括兩個(gè)方面：一是拆除橋梁下部的臨時(shí)支撐架；二是將橋梁下部結(jié)構(gòu)及支架吊離地面。

第四，安裝鋼主梁：對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝、定位等工序后，先對主梁進(jìn)行安裝，應(yīng)注意吊點(diǎn)位置和吊裝順序。

第五，澆筑混凝土：在焊接好鋼管和鋼筋后，立即對鋼主梁進(jìn)行澆筑混凝土。

第六，養(yǎng)護(hù)：在支架拆除過程中，不能立即投入使用，需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可投入使用。

5.1 施工過程中存在的問題

第一，由于該大橋主橋?yàn)橄鲁惺戒摴芑炷料禇U拱橋，在拱肋、拱座等主要結(jié)構(gòu)物安裝完成后，必須進(jìn)行全橋貫通及系桿吊架整體架設(shè)，又因橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部支撐結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，造成了施工工序較多、交叉作業(yè)較多的現(xiàn)象。第二，在拆除過程中對原有臨時(shí)支撐架和鋼支架造成了破壞。第三，對于鋼管拱部分，在施工過程中因其自重較大導(dǎo)致承載力下降、結(jié)構(gòu)變形等問題，從而增加了拆除難度。第四，對橋梁的整體外觀有影響。第五，對鋼支架的吊裝作業(yè)時(shí)，給吊裝過程帶來較大困難。第六，在施工過程中，因橋梁自身的荷載比較大，使其變形和承載力都比較差。第七，對于橋梁上部構(gòu)件，需使用臨時(shí)支撐架進(jìn)行整體吊裝作業(yè)或局部拆卸安裝處理，從而增加了施工難度。

5.2 改進(jìn)措施

第一，在拱肋結(jié)構(gòu)中增加一層橫向鋼管，增強(qiáng)其抗裂能力。第二，增加橫向鋼管搭接長度，以滿足橋梁受力要求。第三，優(yōu)化臨時(shí)支撐架安裝方案，盡量減少安裝數(shù)量。第四，根據(jù)實(shí)際情況采用兩根鋼管并聯(lián)搭接，以滿足實(shí)際需求。第五，完善拱肋上臨時(shí)支撐架施工方案。

6 鋼筋的綁扎與安裝

首先，模板支架、模板安裝：在墩身支架、吊桿及斜拉索固定后，再對整個(gè)拱橋進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)支架的綁扎和安裝。上部結(jié)構(gòu)支架的主筋一般采用直徑200mmφ4～φ12 鋼筋，每盤主筋間距為4m，共設(shè)8盤。其次，鋼筋籠的制作與安裝：鋼筋籠長度按設(shè)計(jì)要求確定，可按設(shè)計(jì)圖紙制作或現(xiàn)場加工。鋼筋籠采用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，鋼筋籠內(nèi)徑φ16mm，鋼筋籠頂面尺寸為10mm×2mm，主筋間距不得大于3m。最后，綁扎順序及方法：對縱向和橫向的箍筋進(jìn)行統(tǒng)一綁扎?？v向及橫向的箍筋用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，并焊接固定。箍筋單根不超過2 箍。綁扎順序是先上后下、先中后兩側(cè)、先里后外、先外后內(nèi)、先遠(yuǎn)后近、先主后次、順序?qū)ΨQ進(jìn)行并保持一定間距均勻分布?？v向及橫向的箍筋在主拱圈混凝土澆筑前，與橋面板同時(shí)綁扎完成。

其一，焊接順序：按鋼筋籠縱向及橫向搭接位置確定主拱拱肋縱向及橫向的箍筋的順序。

其二，焊接方法：縱向和橫向的箍筋采用“人”字焊法焊接，兩個(gè)主拱圈之間采用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，焊縫用焊條電弧焊和氧乙炔火焰電熔兩種焊接方法進(jìn)行搭接。

其三，綁扎方法：先將所有骨架鋼筋在地面上放置一層8～10cm 厚的木板，然后在木板上安放4～6 組50mm 長和6～8 圈寬的鋼筋籠各兩個(gè)，每兩個(gè)支架之間放置一個(gè)鋼筋籠。

其四，錨固措施：采用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，然后將骨架按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谥Ъ苌戏胖盟倪?，并用鐵絲固定到主拱圈上和綁扎支架上。

其五，安裝模板：首先將主拱圈的縱向及橫向的箍筋綁扎牢固后，用M10 冷拔熱拔軋制熱軋鋼絲作骨架，焊縫焊牢并用鐵絲固定到主拱圈上。

其六，安裝斜拉索及吊桿：在主拱混凝土澆筑前將斜拉索及吊桿綁扎牢固后，將吊鉤焊接在主拱圈上，并用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，焊縫焊牢并用鐵絲固定到主拱圈上，與綁扎牢固后使用M10 冷拔或熱軋鋼絲進(jìn)行搭接、焊接，不得損傷結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

7 混凝土澆筑

7.1 施工準(zhǔn)備

第一，混凝土運(yùn)輸：采用專用車輛運(yùn)輸，并設(shè)專人指揮，以確保澆筑的混凝土強(qiáng)度滿足要求。第二，混凝土澆筑前應(yīng)做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，檢查模板的強(qiáng)度、剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求。第三，模板拆除：對于拱肋支架、腹板、底板等采用鋼模板，采用先拆模后澆筑結(jié)構(gòu)混凝土的方法進(jìn)行施工。鋼管支架拆除時(shí)需控制好拆除時(shí)間和速度。在拆模過程中應(yīng)控制好溫度和防止出現(xiàn)露筋現(xiàn)象。第四，混凝土澆筑：對于拱肋支架采用先拱肋結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋綁扎完畢后，在混凝土澆筑前進(jìn)行拆除；先澆筑鋼管及腹板混凝土，待鋼管混凝土初凝后再拆除支架。

7.2 鋼筋保護(hù)層

對于拱肋及橫梁模板、翼緣板施工過程中，模板采用木方綁扎穩(wěn)固，并用竹釘?shù)确绞焦潭ㄔ谥Ъ苌希灰砭壈迨┕r(shí)，模板采用木方綁扎穩(wěn)固；鋼管混凝土澆筑前，先對鋼管及腹板用鋼筋固定，再拆模。

7.3 混凝土的坍落度試驗(yàn)

在施工過程中須經(jīng)常觀測混凝土的坍落度、坍落時(shí)間變化情況及表面情況，并及時(shí)處理問題。

8 結(jié)語

綜上所述，下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)綜合研發(fā)鋼管混凝土拱橋現(xiàn)澆臨時(shí)支架體系設(shè)計(jì)與施工、鋼拱肋安裝施工技術(shù)、拱橋施工過程線形控制及穩(wěn)定分析、下承式鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控技術(shù)等，充分利用新型結(jié)構(gòu)、材料的性能，加快施工進(jìn)度，提升下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工質(zhì)量，有效推進(jìn)鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)進(jìn)步，社會效益明顯，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場應(yīng)用前景。