鋼管混凝土系桿拱橋先拱后梁施工技術(shù)研究

劉江波

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266071）

0 引言

萬壽橋主橋?yàn)橄鲁惺戒摴芑炷料禇U拱橋，跨越京杭運(yùn)河Ⅲ級航道（通航凈空60m×7m），主跨跨度大且航道繁忙，采用貝雷桁架作為臨時(shí)梁體，承載力受限，且占用航道，先梁后拱施工難以達(dá)到要求。為滿足通航條件，主橋采用先拱后梁無支架施工技術(shù)，以拱肋作為勁性骨架，優(yōu)化系梁和橫梁預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)形式，通過調(diào)整臨時(shí)索力，平衡拱肋的水平推力，達(dá)到最終成橋的目的。

1 工程概況

萬壽橋主橋全寬為22m，跨徑為85m，矢高為17m，計(jì)算矢跨比1/5。全橋共2 片拱肋，呈啞鈴形截面，拱肋鋼管材料為φ900mm×18mm 的Q345D 鋼管，管內(nèi)壓注C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。拱肋橫向采用1 道四榀風(fēng)撐、2 道K 撐連接，風(fēng)撐采用桁架形式，采用了φ600mm×12mm 的鋼管。系梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，箱形斷面，跨中高度2.1m，寬度1.5m，頂板、底板、腹板厚度均為0.35m。

中橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土T 形截面，高1.75～1.94m，上緣寬1.3m，中間段肋寬0.6m，端橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，實(shí)心斷面，高2.25～2.44m、頂寬3.25m，底寬2.5m，橫梁長均為19.1m。全橋共15 對吊桿，邊吊桿與拱梁交點(diǎn)距離6.8m，其余吊桿縱向間距5.1m，吊桿采用GJ15-22 鋼絞線整束擠壓式拉索體系。

2 總體方案分析

2.1 施工技術(shù)特點(diǎn)的比選

先拱后梁與先梁后拱施工技術(shù)特點(diǎn)對比（見表1）。

表1 先拱后梁與先梁后拱施工技術(shù)特點(diǎn)對比表

2.2 方案確定

2.2.1 先拱后梁施工技術(shù)確定

為保證航道的正常通行，主橋采用先拱后梁無支架施工技術(shù)，分級調(diào)整臨時(shí)索，整體吊裝拱肋，分段預(yù)制安裝系梁和橫梁，達(dá)到成橋狀態(tài)。先拱后梁施工技術(shù)可以保證拱肋吊裝和系梁、橫梁預(yù)制同步施工，縮短工期，確保航道正常通行。

2.2.2 整體吊裝拱肋施工技術(shù)確定

每片鋼管拱肋劃分為5 段，在工廠加工制作，現(xiàn)場拼裝，整體吊裝焊接，取代現(xiàn)場支架搭設(shè)，現(xiàn)場分段安裝焊接。

2.2.3 系梁、橫梁采用預(yù)制安裝和現(xiàn)澆濕接段的施工技術(shù)

主橋預(yù)制系梁一共10 榀，其中A 型6 榀，B 型4榀，系梁通過考慮梁體自重產(chǎn)生的位移變化，設(shè)置系梁預(yù)拱度，保證系梁成橋后產(chǎn)生的撓度與預(yù)拱度抵消。預(yù)制中橫梁共13 榀，橫梁通過預(yù)埋吊裝結(jié)構(gòu)，采用貝雷架作為反吊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。系梁、橫梁采用預(yù)制安裝和現(xiàn)澆濕接縫的方式，取代支架現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，避免支架搭設(shè)長期占用航道，確保通航正常[1]。

2.3 先拱后梁不同工況下的結(jié)構(gòu)模型

先拱后梁不同工況下的結(jié)構(gòu)模型詳見圖1。

3 主要施工技術(shù)

3.1 主橋施工流程圖

萬壽橋主橋采用先拱后梁的施工技術(shù)，主要施工流程如圖2 所示。

圖2 萬壽橋主橋施工技術(shù)流程圖

3.2 拱腳、端橫梁施工

拱腳現(xiàn)澆段、端橫梁采用鋼管支架和貝雷梁設(shè)計(jì)，支架底部基礎(chǔ)采用柱下條形基礎(chǔ)。支架鋼管立柱頂部主梁采用雙拼28b＃工字鋼，主梁上分布321 貝雷梁作為次梁，次梁上分布12＃工字鋼作為分配梁，分配梁上鋪設(shè)6cm×8cm 方木，間距20cm，方木密度700kg/m3，底模采用20mm 厚竹膠板，立柱間設(shè)置斜撐。

3.3 鋼管拱肋、風(fēng)撐安裝

主橋2 根吊桿間距5.1m，采用2 臺(tái)150t 起重船進(jìn)行拱肋吊裝。在拱肋吊裝過程中，吊點(diǎn)對稱設(shè)置在拱肋3#/13#、6#/10#上拱肋內(nèi)側(cè)20cm 處，單片拱肋吊裝重量為88.32t。拱肋吊裝時(shí)，應(yīng)選擇在溫度較低時(shí)，用起重船起吊拱肋并運(yùn)行至安裝位置。

該橋共設(shè)置1 道四榀風(fēng)撐和2 道K 型風(fēng)撐，風(fēng)撐均采用桁架形式，風(fēng)撐安裝采用起重船起吊，搭設(shè)施工平臺(tái)，在橋位處焊接的工藝。為保證風(fēng)撐安裝的精度，在風(fēng)撐鋼管對接部位設(shè)3 個(gè)臨時(shí)托架，臨時(shí)托架在焊接2 片瓦片鋼板后切除，用小型臨時(shí)抱箍將風(fēng)撐鋼板擠緊、密貼，然后焊接第三片瓦片鋼板，兩側(cè)拱肋鋼管與拱腳段對接后，立即安裝風(fēng)撐，風(fēng)撐按由跨中向兩側(cè)的順序?qū)ΨQ安裝。

3.4 吊桿安裝

成品吊桿由工廠集中加工，運(yùn)輸至現(xiàn)場。鋼管拱肋吊裝前，在設(shè)計(jì)要求位置安裝吊桿，吊桿調(diào)索表見表2。

表2 吊桿調(diào)索表

3.5 拱肋鋼管混凝土灌注

拱肋采用泵送頂升法灌注，在拱肋鋼管A 外最低點(diǎn)設(shè)置壓注孔，通過混凝土自重壓力由下而上填充管腔。所有排氣孔直徑均為10mm，上、下鋼管排氣孔沿拱肋間距5m，左右錯(cuò)開2m 布置，腹腔排氣孔設(shè)置在頂部位置。拱肋壓注混凝土為C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，其中第一次拱肋灌注混凝土為110.8m3，第二次拱肋混凝土為117.9m3。

拱肋混凝土采用2 臺(tái)固定泵車，從兩側(cè)拱腳向拱頂對稱泵注頂升，先灌注下鋼管及從拱腳到第一根吊桿之間腹腔混凝土，后灌注上鋼管混凝土。

3.6 系梁施工

主橋系梁一共10 榀，采用現(xiàn)場預(yù)制施工。其中A型6 榀，規(guī)格為14.3m×1.5m×2.1m，重約84.4t；B 型4 榀，規(guī)格為9.2m×1.5m×2.1m，重約54.6t。系梁安裝采用150t 起重船作業(yè)，系桿節(jié)段吊裝順序按先上游側(cè)后下游側(cè)、先兩側(cè)后中間對稱（見圖3）。

圖3 系梁1/2 平面（立面）圖（單位：cm）

3.7 橫梁施工

3.7.1 橫梁概況

主橋預(yù)制中橫梁一共13 榀，每榀中橫梁重約66t。安裝采用一艘150t 起重船和一艘300t 運(yùn)輸船作業(yè)。依次對稱吊裝順序?yàn)椋旱跹b預(yù)制橫梁—濕接縫澆筑—穿預(yù)應(yīng)力鋼束—張拉。

3.7.2 中橫梁吊裝臨時(shí)支撐和貝雷架臨時(shí)固定方法

安裝前，采用臨時(shí)橫撐對兩側(cè)系桿進(jìn)行臨時(shí)限位，保證系桿在橫梁安裝過程中穩(wěn)定，臨時(shí)橫撐采用φ219mm 鋼管制作，保證系桿穩(wěn)定，采用上下雙層橫撐。

中橫梁吊裝及安裝固定采用貝雷架固定，與橫梁腹板主筋焊接成為整體，同時(shí)貝雷架上固定32mm 精軋螺紋鋼，以便后期連接器順利連接。

3.7.3 橫梁安裝工藝

（1）中橫梁吊裝采用一艘150t 起重船和一艘300t運(yùn)輸船，由運(yùn)輸船將橫梁運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，利用起重船將中橫梁斜方向提起，再將中橫梁擺正并調(diào)整到正確位置。

（2）待中橫梁吊裝位置準(zhǔn)確后，與固定在系梁上對應(yīng)的貝雷架通過32mm 精軋螺紋鋼連接，上下臨時(shí)固定螺栓完成中橫梁吊裝。

（3）橫梁固定完成后，進(jìn)行濕接縫鋼筋綁扎、鋼絞線穿束、模板安裝、混凝土澆筑及張拉壓漿等工序。

3.8 現(xiàn)澆橋面板施工

現(xiàn)澆橋面板采用吊模法施工，采用2 臺(tái)泵車，從拱腳向跨中對稱澆筑。澆筑時(shí)，嚴(yán)格控制2 臺(tái)泵車的澆筑步距和澆筑速率。

4 主要的創(chuàng)新施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 先梁后拱優(yōu)化為先拱后梁施工技術(shù)

萬壽橋下承式鋼管系桿拱橋采用先拱后梁無支架施工，拱肋整體安裝。通過節(jié)段張拉臨時(shí)索，逐個(gè)吊裝預(yù)制系梁和橫梁節(jié)段完成系桿拱主要受力構(gòu)件安裝。與無支架纜索吊裝法相比，節(jié)省索塔和臨時(shí)吊索的費(fèi)用，克服軟弱地基纜索后錨的技術(shù)難題。與傳統(tǒng)的先梁后拱支架法安裝相比，滿足航道通行的凈寬要求。

4.2 系梁、橫梁支架現(xiàn)澆優(yōu)化為預(yù)制安裝和現(xiàn)澆濕接段施工技術(shù)

以鋼管混凝土拱肋作為施工勁性骨架，借助臨時(shí)索，節(jié)段調(diào)整臨時(shí)索力，確保不同工況荷載下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。系梁施工將每側(cè)系梁分為五個(gè)節(jié)段，提前設(shè)置系梁預(yù)拱度，通過吊桿懸掛安裝預(yù)制系梁節(jié)段，現(xiàn)澆濕接縫，完成系梁施工。在橫梁施工中，以系梁作為勁性骨架，借助貝雷片吊裝預(yù)制橫梁節(jié)段，通過現(xiàn)澆濕接縫完成橫梁施工。系梁和橫梁預(yù)制安裝施工技術(shù)的成功實(shí)施，節(jié)省現(xiàn)澆系梁、橫梁支架搭設(shè)費(fèi)用，系梁、橫梁預(yù)制提前施工，與支架現(xiàn)澆施工相比，節(jié)省施工時(shí)間[2]。

4.3 鋼管拱肋整體吊裝施工技術(shù)

主橋鋼管拱肋在胎具上拼接，采用起重船整體吊裝施工技術(shù)，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場搭設(shè)支架，節(jié)省支架搭設(shè)費(fèi)用，避免高空作業(yè)焊接拱肋的風(fēng)險(xiǎn)。在鋼管焊接質(zhì)量方面，與現(xiàn)場焊接相比，鋼管拱肋在胎具上拼裝焊接，確保了鋼管的焊接質(zhì)量。

4.4 無支架法下，在臨時(shí)索的逐級張拉下，完成上部結(jié)構(gòu)節(jié)段安裝

在鋼管拱肋整體吊裝施工工況下，通過調(diào)整臨時(shí)索，分級張拉，在吊桿懸掛系梁和橫梁預(yù)制節(jié)段施工工況下，用體外臨時(shí)索平衡拱腳水平推力，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在主橋上部結(jié)構(gòu)施工中，隨著節(jié)段荷載的逐級增加，以鋼管混凝土拱肋和臨時(shí)索形成柔性受力結(jié)構(gòu)，調(diào)整臨時(shí)索，達(dá)到成橋結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

萬壽橋主橋?yàn)殇摴芑炷料鲁惺较禇U拱橋，采用先拱后梁施工技術(shù)，與無支架纜索吊裝法和先梁后拱支架法相比，施工速度快，費(fèi)用低，航道干擾小，降低了橋梁安裝風(fēng)險(xiǎn)。該工程成功實(shí)施后，總結(jié)了鋼管拱整體吊裝，通過調(diào)整臨時(shí)索節(jié)段張拉，完成系梁和橫梁預(yù)制節(jié)段安裝等實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，提供了一整套成功的創(chuàng)新方法，對類似鋼管混凝土系桿拱先拱后梁無支架施工有很大的參考意義。