高速鐵路大跨連續(xù)剛構(gòu)拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)

朱金彪

（中鐵武漢大橋工程咨詢(xún)監(jiān)理有限公司新建福廈鐵路FXJL-6 標(biāo)， 福建 泉州 362000）

1 工程概況

泉州灣跨海大橋位于東南沿海地區(qū)，受臺(tái)風(fēng)影響較大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，難度大。（76+160+76）m 連續(xù)剛構(gòu)拱橋位于6 號(hào)墩～9 號(hào)墩，主橋墩采用雙壁墩結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用變截面連續(xù)剛構(gòu)，箱梁與墩柱采用固結(jié)形式連接。連續(xù)剛構(gòu)拱橋跨越既有泉州繞城高速，交角30.5度，高速總正寬32m，通行凈高5.5m。

1.1 主拱構(gòu)造

主跨設(shè)下承式系桿拱，跨度160m,拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用疊合拱截面形式，上下拱肋計(jì)算跨度為L(zhǎng)=160m，設(shè)計(jì)矢高為f=34.5m、29.5m，上下剛構(gòu)拱軸線(xiàn)均采用拋物線(xiàn)，上拱肋設(shè)計(jì)拱軸線(xiàn)方程：y=(-67/12800)*X2+(67/80)*X+1,下拱肋設(shè)計(jì)拱軸線(xiàn)方程：y=(-61/12800) *X2+(61/80)*X-1。拱肋預(yù)設(shè)6cm 上拱值，施工矢高為34.56m，29.56m，上拱肋施工拱軸線(xiàn)方程：y=(-67.12/12800)*X2+(67.12/80)*X+1,下拱肋施工拱軸線(xiàn)方程：y=(-61.12/12800)*X2+(61.12/80)*X-1。兩榀拱肋間橫向中心距11.8m。拱肋上下弦管直徑φ1.2m,由δ=28、32mm 厚Q345q-D 鋼材的鋼板卷制而成，采用上下鋼管均為鋼-混組合結(jié)構(gòu)，鋼管及腹腔內(nèi)填充C55自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。上下拱肋除拱腳一定范圍內(nèi)采用啞鈴型結(jié)構(gòu)，其余均為分離結(jié)構(gòu)，用豎向腹桿連接。

1.2 原設(shè)計(jì)主拱施工工藝

原設(shè)計(jì)主梁施工完成后，即開(kāi)始安裝主拱，采用豎轉(zhuǎn)工藝施工。在橋面架設(shè)拼裝拱肋用鋼管支架，架設(shè)拱肋豎向轉(zhuǎn)體用塔架，于橋面鋼管支架上拼裝拱肋鋼管，安裝拱肋間橫撐拼裝拱肋鋼管，安裝拱肋間橫撐。拱肋鋼管豎向轉(zhuǎn)體就位當(dāng)氣溫與主梁合攏溫度相近時(shí)，合攏拱頂，焊接拱腳嵌補(bǔ)段，合攏拱腳，固結(jié)拱腳；拱腳處聯(lián)接鉸在上下弦管焊接固結(jié)后拆除。

1.3 設(shè)計(jì)變更后主拱施工工藝

為避免移動(dòng)模架現(xiàn)澆施工臺(tái)風(fēng)多發(fā)期抗風(fēng)抗臺(tái)等安全風(fēng)險(xiǎn)，更好地保證施工質(zhì)量，建議將泉州灣跨海大橋大里程段26 孔現(xiàn)澆簡(jiǎn)支梁由移動(dòng)模架施工變更為預(yù)制架設(shè)施工。因此，小里程160m 主跨連續(xù)剛構(gòu)拱增設(shè)輔助措施，拱肋的施工工藝調(diào)整為先架梁后安裝，調(diào)整主拱安裝方案，采用原位支架法進(jìn)行安裝。

2 施工特點(diǎn)

本橋鋼管拱安裝位置特殊，主跨上跨高速公路，地處臺(tái)風(fēng)氣候區(qū)，跨度大，安裝高度大，主要技術(shù)難點(diǎn)如下：

（1）主梁混凝土施工完成后需滿(mǎn)足架橋機(jī)運(yùn)梁施工。

（2）主拱上跨高速公路，拱肋全重約900t，安裝施工期間橋?qū)拑?nèi)支架、拱肋結(jié)構(gòu)重等施工荷載總重沿順橋向的總荷載集度不得大于96KN/m。

（3）季風(fēng)氣候條件拱肋焊接均需達(dá)到1 級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)。

3 運(yùn)梁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 運(yùn)梁施工分析

運(yùn)梁施工選用YLSS900B 型架橋機(jī)和JQSS900B 型運(yùn)梁車(chē)。

由于架梁作業(yè)時(shí)，架橋機(jī)作用荷載加大，本剛構(gòu)連續(xù)梁僅通行運(yùn)梁車(chē)，因此本梁僅考慮在運(yùn)梁車(chē)駝梁過(guò)孔和運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)過(guò)孔施工荷載作用下對(duì)（76+160+76）m 剛構(gòu)連續(xù)梁拱做縱、橫向檢算，主要包括兩個(gè)工況：

工況一：運(yùn)梁車(chē)馱梁過(guò)孔；

工況二：運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)過(guò)孔。

經(jīng)檢算，運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)預(yù)制梁及架橋機(jī)過(guò)梁面時(shí)需在梁體邊跨進(jìn)行配重以及中跨梁底采取臨時(shí)支撐保證措施。

3.2 運(yùn)梁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 主梁材料

主梁采用C60 高強(qiáng)度混凝土：fc=40.0MPa，fct=3.50MPa，Ec=3.65×104MPa。預(yù)應(yīng)力束采用фj15.2高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線(xiàn)，fpk=1860 MPa，Ep=1.95×105MPa。

3.3.2 邊跨壓重施工

主梁?jiǎn)螒冶蹪仓^(guò)程中，由于中跨單懸臂澆筑兩個(gè)梁段（16'，17'）不對(duì)稱(chēng)荷載導(dǎo)致需要在邊跨15-12號(hào)梁段壓重，澆筑16'梁段壓重集度為200kN/m，共計(jì)330t。澆筑17'梁段混凝土前，在邊跨15-12 號(hào)梁段壓重，壓重集度為400kN/m（包含澆筑16'梁段壓重200KN/m），共計(jì)660t，壓重荷載采取在梁底懸掛壓重吊架的結(jié)構(gòu)。

12#～15#梁段在混凝土澆筑時(shí)預(yù)留穿精軋螺紋鋼的孔道，進(jìn)行壓重施工時(shí)，在梁面布設(shè)雙拼工25 型鋼，采用直徑32mm 精軋螺紋鋼穿過(guò)雙拼工25 和梁面，在梁底下放的精軋螺紋鋼上安裝壓重吊架，然后在梁底下放的精軋螺紋鋼上安裝壓重吊架，壓重架分為兩層，為頂面不封閉的結(jié)構(gòu)，底層采用雙拼工25a、工40a 鋪設(shè)形成，橫向分配梁為工40a，100cm 間距布設(shè)共計(jì)18 根。上層采用橫向分配梁為工40a，50cm間距布設(shè)共計(jì)32根，上下層之間采用兩層3 拼HN700 縱梁支墊。

吊桿受力計(jì)算：660t/66=10t,60t/10t=6，安全系數(shù)6＞5，受力安全。

吊架分配梁最大應(yīng)力σ=1/8*8.48*10800*10800*20 0/217000000=114MPa，結(jié)構(gòu)受力安全。

精扎螺紋鋼采用標(biāo)準(zhǔn)的連接器進(jìn)行接長(zhǎng)，接長(zhǎng)前在精扎螺紋鋼端頭做好刻度標(biāo)記確保安裝時(shí)連接器居中。吊桿下穿吊架底縱梁（雙拼工25）時(shí)，通過(guò)精軋螺母調(diào)整縱梁水平。避免吊架左右兩側(cè)高低不平而引起偏載。

壓重材料采用預(yù)制混凝土塊，便于統(tǒng)計(jì)壓重重量以及卸載。

吊架加載前、加載過(guò)程中及加完成后對(duì)吊架展開(kāi)沉降觀(guān)測(cè)，如變形超過(guò)預(yù)期值，應(yīng)立即停止加載，采取加固措施。

3.2.3 中墩臨時(shí)支撐施工

考慮架梁工況，架橋機(jī)經(jīng)過(guò)時(shí)主梁豎向荷載總計(jì)2800t（考慮1.1 的沖擊系數(shù)），在中墩（7#、8#墩）中跨距離中支點(diǎn)12.1m 和21m 處分別設(shè)置臨時(shí)支撐，臨時(shí)墩的承重結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土立柱型式。12.1m 處在原0#塊支架基礎(chǔ)上進(jìn)行接長(zhǎng)，頂至梁底。21m 處在橫橋向設(shè)置單排3 根φ1200*14mm 的鋼管混凝土立柱，鋼管立柱均設(shè)置在箱梁腹板下方。鋼管混凝土立柱之間通過(guò)平聯(lián)[]32a 連接，立柱基礎(chǔ)采用φ2000 的鉆孔灌注樁，灌注樁通過(guò)系梁連接，混凝土均采用C30 混凝土。

灌注樁采用沖擊鉆成孔，灌注水下混凝土。鋼管支架結(jié)構(gòu)連接均采用焊接，鋼管混凝土澆筑前在柱頂蓋板下方管身設(shè)置灌注口，采用天泵泵管與灌注口連接，澆筑完成后，對(duì)灌注口進(jìn)行封堵。隨后在柱頂（蓋板下口）設(shè)置2cm 左右小孔，通過(guò)重力灌漿法采用高強(qiáng)砂漿對(duì)柱頂不密實(shí)部位進(jìn)行注漿填充。注意柱頂蓋板安裝時(shí)必須與梁底密貼。

3.3 運(yùn)梁過(guò)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量測(cè)

架橋機(jī)過(guò)跨及運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)梁過(guò)程中，對(duì)橋面沉降及應(yīng)力變化展開(kāi)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍主要為中跨。

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置在8#墩9’#塊、7#墩9’#塊以及合龍段位置共三個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置左、右2個(gè)測(cè)點(diǎn)。

應(yīng)變監(jiān)測(cè)利用主梁內(nèi)埋置式應(yīng)變計(jì)讀取施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)應(yīng)變計(jì)對(duì)架橋機(jī)及運(yùn)梁過(guò)孔前后應(yīng)力變化來(lái)反映主梁結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)。

4 拱肋安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 拱肋安裝支架施工

4.1.1 拱肋安裝支架簡(jiǎn)介

拱肋支架為鋼管立柱支架， 鋼管規(guī)格為Φ377×6mm，鋼管材質(zhì)為Q235 鋼，支架截面尺寸為2500×3000mm。支架頂橫梁采用雙拼工40a 工字鋼。支架高度最低為7.7m，最高為29m，采用分節(jié)制造成格構(gòu)式鋼管柱，除柱頂節(jié)外標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)12 米，利用法蘭+高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。柱頂橫梁與立柱頂面蓋板焊接，支架柱底與主梁之間通過(guò)在梁面預(yù)埋的錨板（隨主梁混凝土澆筑一起預(yù)埋）焊接。

4.1.2 拱肋安裝支架施工

由于拱肋拼裝施工是在主梁合龍之后進(jìn)行，為保證支架基礎(chǔ)與梁體形成整體，在主梁節(jié)段澆筑時(shí)提前預(yù)埋柱腳錨板。錨板尺寸為650*650*20mm 鋼板（Q235B）加工而成。錨板底面焊接2 根HRB400 φ20 錨筋，錨筋與錨板之間采用雙面滿(mǎn)焊。錨板安裝時(shí)，將錨筋與主梁鋼筋焊接固定。錨板安裝完成后，在錨板中間開(kāi)孔，混凝土澆筑過(guò)程中注意對(duì)錨板底部的混凝土振搗，確保錨板與混凝土之間密實(shí)無(wú)空隙。

鋼立柱之間接長(zhǎng)采用法蘭連接，法蘭與鋼管端頭焊接（滿(mǎn)焊）。

支撐在梁面的鋼管立柱通過(guò)與梁面預(yù)埋錨板焊接相連，并設(shè)置柱腳加勁板。鋼管立柱安裝時(shí)采用汽車(chē)吊裝安裝，將加工好的鋼管立柱按編號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)至橋面，吊車(chē)將立柱一端提起，保持立柱處于豎直狀態(tài)，另一端采用手拉葫蘆配合，對(duì)準(zhǔn)法蘭（或錨板），調(diào)整鋼立柱的垂直度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)對(duì)鋼立柱進(jìn)行連接加固。

平聯(lián)斜撐與立柱間的焊接均在加工區(qū)內(nèi)制作成整體吊裝至橋面再進(jìn)行安裝，不得在立柱接長(zhǎng)作業(yè)時(shí)進(jìn)行平聯(lián)、斜撐的高空焊接施工。吊裝前應(yīng)檢查平聯(lián)、斜撐的焊接質(zhì)量，不得出現(xiàn)虛焊、假焊等現(xiàn)象。

柱頂防護(hù)平臺(tái)主要用于拱肋節(jié)段安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)接頭焊接防護(hù)。要求能夠負(fù)載所需操作人員和器械的重量，平臺(tái)上采用3mm 花紋鋼板滿(mǎn)鋪，平臺(tái)四周做好臨邊防護(hù)，采用“防護(hù)欄桿+防護(hù)網(wǎng)片”的型式，將平臺(tái)四周封閉，護(hù)欄底部用3mm 花紋鋼板施作踢腳板（與平臺(tái)板焊接封閉），防止高空墜物。

4.2 主拱吊裝

主拱肋共計(jì)劃分為26 個(gè)節(jié)段（含預(yù)埋段及合龍段），單節(jié)拱肋最重達(dá)38t，鋼管拱肋制作采用以折代曲，通過(guò)控制實(shí)際拱軸線(xiàn)與理論拱軸線(xiàn)之間的偏差來(lái)保證節(jié)段圓順[1]，構(gòu)件均在工廠(chǎng)內(nèi)制作完成，采用陸路運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

拱肋預(yù)埋段安裝完成后拱座在澆注混凝土前，依照設(shè)計(jì)要求，通過(guò)測(cè)量進(jìn)行拱腳預(yù)埋段放樣，拱腳預(yù)埋段安放至拱座內(nèi)后通過(guò)測(cè)量對(duì)拱腳預(yù)埋段平面、軸線(xiàn)進(jìn)行復(fù)測(cè)調(diào)整，利用主梁0#塊預(yù)埋的角鋼勁性骨架（拱座范圍內(nèi)）對(duì)預(yù)埋段進(jìn)行加固。

拱肋安裝方向由拱腳向跨中方向，左右對(duì)稱(chēng)安裝。主拱肋節(jié)段采用2 臺(tái)130T 汽車(chē)吊抬吊安裝，配重45 噸，由于受地理位置及節(jié)段大體積限制，拱肋節(jié)段無(wú)法直接運(yùn)至橋面，節(jié)段運(yùn)至橋下后，由1 臺(tái)260 噸汽車(chē)吊從橋下吊至橋面。橋面設(shè)置一臺(tái)平板運(yùn)輸車(chē)，將轉(zhuǎn)運(yùn)至橋面的拱肋節(jié)段運(yùn)至安裝位置。

吊裝前將拱肋軸線(xiàn)引至臨時(shí)支架頂端分配梁上，并用樣沖做好軸線(xiàn)標(biāo)記，為保證高程精度，支架分配梁安裝時(shí)應(yīng)低于弦管底部300mm，支架安裝后根據(jù)分配梁頂面標(biāo)高測(cè)量結(jié)果焊接相應(yīng)高度的凹型支撐板。鋼管拱肋吊裝就位后，后端與上一節(jié)段環(huán)口對(duì)齊，經(jīng)測(cè)量復(fù)核軸線(xiàn)、高程后，環(huán)口兩側(cè)利用4 塊碼板（t=20 鋼板）進(jìn)行限位臨時(shí)加固，隨后對(duì)前端弦管上的控制點(diǎn)利用20t千斤頂配合手拉葫蘆進(jìn)行微調(diào)。經(jīng)測(cè)量無(wú)誤滿(mǎn)足要求后，將拱肋下弦管與支架橫梁支撐板焊接加固，同時(shí)增加后端碼板數(shù)量，確保當(dāng)前節(jié)段與上一節(jié)段連接牢固。為保證拱肋安裝時(shí)的軸線(xiàn)及高程測(cè)量，拱肋弦管制作時(shí)在每個(gè)節(jié)段的上弦管的下端口100mm 處、中間、上端100mm 處各設(shè)置一測(cè)量點(diǎn)。

在左右側(cè)同一拱肋節(jié)段安裝完成后即可開(kāi)始安裝相應(yīng)節(jié)段位置的橫撐，以增加已安裝拱肋橫向穩(wěn)定性。橫撐與主弦管之間通過(guò)短接頭連接， 短接頭在安裝前根據(jù)橫撐位置提前安裝至拱肋弦管上，有利于橫撐安裝時(shí)定位。

拱肋合龍段安裝前，對(duì)已經(jīng)安裝好的拱肋節(jié)段端口進(jìn)行復(fù)核，每個(gè)端口測(cè)量4 個(gè)點(diǎn)（上、下弦管分別測(cè)量其頂面及底面中心），做好數(shù)據(jù)記錄，并將結(jié)果反饋給第三方監(jiān)控單位進(jìn)行驗(yàn)算，出具合龍指令。合龍段長(zhǎng)度出廠(chǎng)前預(yù)留一定的富余量（一側(cè)約10cm）。確認(rèn)合龍段實(shí)際長(zhǎng)度后，將富余量予以切除。合龍時(shí)機(jī)宜在當(dāng)日氣溫15℃-20℃之間進(jìn)行。合龍段安裝完成后按主拱安裝時(shí)連接方式進(jìn)行加固。

拱肋構(gòu)件臨時(shí)連接完成后，即可開(kāi)始相關(guān)焊縫永久性焊接。主拱肋環(huán)口焊縫均為開(kāi)坡口全熔透焊縫，焊接前將焊接坡口和焊縫邊緣每邊30 ～50mm 范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢以及影響焊接質(zhì)量的漆膜等采用打磨機(jī)清除干凈，露出鋼材金屬光澤，檢查構(gòu)件的坡口尺寸和接頭的組裝質(zhì)量及焊接區(qū)域的清理情況，符合要求后，方可允許施焊。焊接方法根據(jù)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)確定，管管對(duì)接及管管相交焊縫均由底部向頂部對(duì)接施焊。焊接作業(yè)應(yīng)避開(kāi)大風(fēng)、大雨等惡劣天氣，環(huán)境相對(duì)濕度在80%以下。拱頂合龍段焊縫焊接宜在氣溫15℃-20℃之間時(shí)進(jìn)行。

4.3 安全、質(zhì)量措施

4.3.1 交通布控

主梁上跨泉州灣繞城高速，根據(jù)涉高速拱肋安裝支架及拱肋節(jié)段安裝時(shí)投影與行車(chē)道占用情況對(duì)高速公路車(chē)道進(jìn)行交通布控疏導(dǎo)，交通布控疏導(dǎo)工作由高速公路布控單位施行。涉高速拱肋節(jié)段安裝過(guò)程中 ，設(shè)置交通警示標(biāo)志，提醒過(guò)往車(chē)輛注意安全。支架安裝時(shí)涉及焊接作業(yè)需要全程布控。拱肋節(jié)段吊裝完成后因支架頂端設(shè)置防護(hù)平臺(tái)，焊接施工時(shí)在防護(hù)平臺(tái)內(nèi)作業(yè)，焊接作業(yè)期間不需要進(jìn)行交通布控。

錐標(biāo)及防撞桶等設(shè)施僅在支架安裝和拱肋吊裝作業(yè)中布置于路面，在支架安裝和拱肋吊裝作業(yè)完成且加固定位后撤除錐標(biāo)及防撞桶，布控區(qū)開(kāi)放正常交通，仍保留路側(cè)施工警示及提示標(biāo)志。

4.3.2 焊接作業(yè)平臺(tái)

拱肋焊接作業(yè)平臺(tái)設(shè)置于支架頂部，截面尺寸為1.6m*2.3m，高度約7m。平臺(tái)兩側(cè)及頂部采用 “0.5mm鋼皮+鉚釘”封閉，拱肋兩側(cè)采用油布封堵形成集防風(fēng)、防雨、安全作業(yè)為一體的焊接施工作業(yè)平臺(tái)，可周轉(zhuǎn)使用。平臺(tái)底部與支架平臺(tái)橫梁焊接，平臺(tái)中間在上下弦管鏤空處設(shè)置對(duì)拉，保證平臺(tái)橫向穩(wěn)定。橫撐焊接施工時(shí)采用 “掛籃”作業(yè)，根據(jù)橫撐管徑在掛籃頂部設(shè)置弧形限位板掛于橫向鋼管上，四周采用“0.5mm 鋼皮+鉚釘”封閉，平臺(tái)底部利用鋼跳板滿(mǎn)鋪?zhàn)鳛樽鳂I(yè)人員的平臺(tái)。管口底部焊接時(shí)設(shè)置吊簍防止焊渣飛濺至橋面或高速路面。

5 結(jié)語(yǔ)

在大跨連續(xù)剛構(gòu)拱在拱結(jié)構(gòu)未安裝的情況下進(jìn)行運(yùn)架梁施工在高速鐵路工程中并不多見(jiàn)。通過(guò)邊跨壓重與中跨臨時(shí)支撐等輔助措施，保證了運(yùn)架梁施工過(guò)程中主梁的結(jié)構(gòu)的安全。

采用原位支架法進(jìn)行拱結(jié)構(gòu)安裝，有效減少了材料浪費(fèi)，有利于焊接施工及焊縫質(zhì)量，同時(shí)降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，便于拆除，且支架可進(jìn)行回收周轉(zhuǎn)，節(jié)約了施工成本。