改擴(kuò)建橋梁混凝土箱拱支架法安裝拼接施工技術(shù)研究

中圖分類號：U445.46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.034

文章編號：1673-4874（2025）03-0119-04

0 引言

混凝土箱拱具有自重較大、拱形結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、三維空間定位精度要求高、拼接精度要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，且混凝土箱拱安裝容易受場地條件限制和氣象條件干擾，往往施工難度和成本高，工期長。本文通過對防城港市國門大道某舊橋擴(kuò)寬項(xiàng)目的實(shí)踐研究，總結(jié)出一套兼具經(jīng)濟(jì)性、高效性與質(zhì)量可靠性的混凝土箱拱支架法安裝拼接施工技術(shù)，旨在為同類工程貢獻(xiàn)具有參考價值的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

防城港國門大道某現(xiàn)狀舊橋全長141. 04m ，左右幅各加寬 14m ，外側(cè)兩幅新建橋梁與舊橋之間的結(jié)構(gòu)完全分離，新建橋結(jié)構(gòu)形式為 1×80 m鋼筋混凝土箱型拱橋，如圖1所示。節(jié)段預(yù)制拼裝法具有環(huán)保、施工效率高且更為美觀的特點(diǎn)1，故該橋拱箱節(jié)段預(yù)制成型后使用平板車運(yùn)輸至橋位吊裝拼接成拱2。

該橋梁跨越河道寬度為 100m ，水深 3～5m ，河床地質(zhì)為淺填士層和中風(fēng)化砂巖層，施工時需保證舊橋雙向通車，橋下無通航要求，橋上無架空電纜。全橋施工計(jì)劃工期為10個月，其中箱拱安裝拼接工期為4個月，工期緊張。

2箱拱吊裝方案的確定

該橋混凝土箱拱采用預(yù)制拼裝法施工，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，可選用鋼管支架法或纜索吊裝法進(jìn)行拱肋安裝。

纜索吊裝施工技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的建橋技術(shù)，在大跨度拱橋施工中得到了非常廣泛的應(yīng)用[3。該施工方法具有跨距大、吊重大、運(yùn)距長、吊裝覆蓋范圍大，構(gòu)件運(yùn)輸方便、調(diào)整靈活，安裝精度高等優(yōu)點(diǎn)，但該橋兩側(cè)加寬需搭設(shè)四個索塔，索塔搭設(shè)填挖量及占地面積大，影響舊橋交通；塔架材料用量多，搭設(shè)和拆除工期長，材料周轉(zhuǎn)率低，成本高；索塔易受大風(fēng)天氣影響，側(cè)向抗傾覆能力弱，安裝應(yīng)力較大，節(jié)段底部拼接作業(yè)危險性高。采用鋼管支架法施工，可利用管樁強(qiáng)度高、剛度大的特點(diǎn)，引孔入巖，加強(qiáng)橫向連接，確保體系穩(wěn)定可靠。該橋兩側(cè)為填土錐坡，水深不大，通航要求不高，河床巖層淺，承載力高，因而鋼管支架搭設(shè)方便，作業(yè)平臺空間大，安全性好；采用鋼管支架法施工還可減少土方調(diào)配量，從而縮短工期，提高材料周轉(zhuǎn)率，減少施工成本。鋼管支架法與纜索吊裝法的對比如表1所示。

根據(jù)上述對比分析，在保證施工質(zhì)量安全和舊橋通行的前提下，應(yīng)選擇鋼管支架法施工，但需進(jìn)一步優(yōu)化支架搭設(shè)方法，以減少施工周期及成本。

3拱肋支架優(yōu)化

3.1拱肋支架搭設(shè)原則

為確保架體穩(wěn)定，應(yīng)在預(yù)制節(jié)段接頭兩側(cè)各布設(shè)一排鋼管樁，作為拱肋節(jié)段成拱前的臨時支撐點(diǎn)。在河床覆蓋層較淺的部位應(yīng)設(shè)置引孔群樁，提高體系穩(wěn)定性，增強(qiáng)側(cè)向傾覆抗力，以降低洪水、臺風(fēng)對架體造成的影響。

3.2拱肋支架搭設(shè)方案優(yōu)化

支架搭設(shè)施工可利用舊橋或搭設(shè)鋼棧橋作為吊裝平臺，兩種方案的對比如表2所示。利用舊橋作為吊車施工平臺，可以最大限度縮短材料和設(shè)備的運(yùn)輸長度，降低運(yùn)輸成本和時間成本，且舊橋經(jīng)過長期的自然環(huán)境和交通荷載作用，其基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性已經(jīng)得到了一定程度的驗(yàn)證。在進(jìn)行吊裝作業(yè)時，相較于搭設(shè)鋼棧橋作為吊裝平臺，舊橋的穩(wěn)定性更高，能夠?yàn)榈跹b設(shè)備提供更可靠的支撐，減少因沉降、晃動等因素對吊裝作業(yè)安全和精度的影響，保障吊裝平穩(wěn)順利實(shí)施。該舊橋?yàn)殡p向四車道，施工時可封閉半幅，確保施工期間交通安全順暢，滿足舊橋雙向通車的要求。

根據(jù)上述對比分析，應(yīng)選擇利用舊橋搭設(shè)吊裝支架。此外，還應(yīng)對支架布設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。單條拱肋共有8處節(jié)段接頭，橫向至少要設(shè)置16排鋼管樁，引孔樁數(shù)量對總用鋼量及工期影響較大，且常規(guī)扣件鋼管腳手架平臺不易搭設(shè)，成本較高。為節(jié)約拱肋支架搭設(shè)鋼材用量、縮短施工周期，簡化腳手架平臺搭設(shè)，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，對施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。（1）采用間隔矩陣局部引孔的方式，將不引孔的鋼管樁通過橫聯(lián)槽鋼與引孔固定管樁連在一起，形成整體穩(wěn)定的體系，減少引孔樁總數(shù)。優(yōu)化后，管樁數(shù)量由原來80根減少到56根，施工周期得到大幅縮減。（2）在節(jié)段接頭下方利用樁間橫聯(lián)槽鋼作為平臺支撐橫梁，再在支撐梁上方焊接少量分配梁并滿鋪腳手板，以滿足節(jié)段連接平臺施工荷載要求，在保證安全的同時簡便搭設(shè)即可。

4拱肋安裝施工要點(diǎn)

該橋單條拱肋分為九個節(jié)段，最長節(jié)段為11m，預(yù)制節(jié)段最大矢高為18.7cm，最大吊裝重量為29.8t，最遠(yuǎn)安裝節(jié)段距舊橋邊為 14m 。由于預(yù)制節(jié)段為弧線型，吊裝時為確保平衡，需保證吊繩合力方向與重心垂線重合。節(jié)段起吊后，應(yīng)保證吊裝姿態(tài)處于設(shè)計(jì)安裝角度，因此需要選擇合適長度的鋼絲繩。節(jié)段安裝在拱肋支架上時，還應(yīng)采取微調(diào)固定措施，確保節(jié)段線形平順，精準(zhǔn)合龍。拱肋安裝布置如圖2所示。

4.1拱肋吊裝鋼絲繩的選用

由于該橋拱肋節(jié)段為弧線形，且箱室存在橫隔板，鋼絲繩的選用應(yīng)根據(jù)拱肋的質(zhì)心位置和吊繩的受力情況來確定。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將各箱拱節(jié)段進(jìn)行精確建模，利用3DMAX軟件功能得出拱肋每個節(jié)段的質(zhì)心坐標(biāo)，再由質(zhì)心位置確定鋼絲繩長度和夾角，通過受力計(jì)算進(jìn)一步得出鋼絲繩直徑和型號。

4.2箱拱起吊

在箱拱吊裝旋轉(zhuǎn)作業(yè)中，由于體積和重量較大，其運(yùn)動慣性也較大，一旦發(fā)生碰撞，可能會導(dǎo)致箱拱局部變形甚至出現(xiàn)裂縫等嚴(yán)重后果，影響箱拱的結(jié)構(gòu)性能和耐久性，因此要注意對箱拱旋轉(zhuǎn)下端的保護(hù)。沙袋具有一定的柔性和緩沖能力，箱拱吊裝旋轉(zhuǎn)時，在端頭位置堆放少量沙袋，可有效防止拱肋在旋轉(zhuǎn)過程中拱箱端頭底部碰到平板車造成損傷。為防止箱拱吊裝時平板車后方枕木前滑，在車廂后方枕木的前方設(shè)置限位角鋼，限位角鋼與平板車點(diǎn)焊固定，角鋼高度不可高出枕木。箱拱起吊過程如圖3所示。

箱拱節(jié)段起吊時長短鋼絲繩會存在先后受力的情況，應(yīng)在鋼絲繩完全受力前防止箱拱節(jié)段失去平衡。因此起吊時，先將吊鉤移動至短邊鋼絲繩吊點(diǎn)上方，緩慢提升吊鉤，使長邊鋼絲繩漸漸拉緊，箱拱抬起的過程中重心會往前移動，因此吊鉤一開始要放在靠前的位置，減少箱拱在空中移動的距離，確保起吊安全。

4.3拱肋角度的調(diào)整

拱肋拼裝時，核心的工藝是線形控制與調(diào)整[4]。為確保拱肋安裝后能精準(zhǔn)合龍，應(yīng)考慮預(yù)制節(jié)段安裝至拱

肋支架上時標(biāo)高存在微小偏差的情況并采取調(diào)節(jié)措施。

4.3.1拱軸線縱向角度調(diào)節(jié)

根據(jù)平面和高程數(shù)據(jù)確定支墊枕木外觀尺寸，并預(yù)先放置在拱肋落位處，每處放置兩塊。通過前后移動支墊枕木的方式改變拱肋節(jié)段兩端落位最終的標(biāo)高，從而調(diào)節(jié)拱肋的安裝角度，如圖4所示。

4.3.2拱軸線縱向角度調(diào)節(jié)

先確保拱肋高程較低的端頭與已安裝好的上一節(jié)段對位準(zhǔn)確，支墊穩(wěn)固；若拱軸線橫向偏位，則讓吊車將箱拱略微吊起，采用手拉葫蘆一端固定在穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)上，一端固定在箱體上進(jìn)行箱拱節(jié)段橫向微調(diào)，并用卡縫鋼板控制縱縫間距，如圖5所示。

4.3.3拱肋橫向限位措施

吊裝拱肋前，可在拱肋支架頂橫梁上根據(jù)安裝拱肋的邊緣坐標(biāo)焊接三角槽鋼限位架，單個拱圈節(jié)段安裝成拱后，再將三角限位架割除，如圖6所示。

4.4拱肋接頭處理

4.4.1拱肋與拱座的連接

拱肋安裝就位后，采用焊接的方式與拱座預(yù)埋鋼筋連接。在施工中，現(xiàn)澆拱座的預(yù)埋鋼筋與預(yù)制拱肋的端頭鋼筋在局部區(qū)域存在位置上的偏差或沖突，無法直接形成搭接焊，針對偏差較大的部分可采用幫條焊的方式連接，保證焊縫長度符合要求。而拱腳連接部位由于鋼筋密集，空間狹小，連接型鋼不易施焊，為保證焊接空間，應(yīng)先焊接工字鋼再焊接預(yù)埋鋼筋，按照從內(nèi)向外的順序逐條焊接。

4.4.2拱肋節(jié)段間的連接

由于拱肋預(yù)制長度存在偏差，合龍施工時有可能會出現(xiàn)接頭縫隙不密貼的情況。對此，可采用薄鋼板將接頭空隙的位置塞墊密實(shí)，以保證節(jié)段端頭密貼，傳力均勻，增加橫縫焊接面積。

拱肋吊裝成拱前，前一節(jié)段的連接螺栓在后一節(jié)段的擠壓作用下有可能會產(chǎn)生略微的松動，影響拱肋整體性。因此，端頭濕接前要確保螺栓緊固，每安裝一節(jié)拱肋節(jié)段，需對已架設(shè)節(jié)段的接頭進(jìn)行檢查，對出現(xiàn)松動的螺栓進(jìn)行二次緊固。

4.5 吊裝順序及優(yōu)化

吊裝順序?yàn)閺目拷f橋開始往外逐條進(jìn)行吊裝，每條拱肋從拱腳開始對稱吊裝。吊裝節(jié)段順序?yàn)椋?1^?2^?8^?7^?3^?4^?6^?5^?"，為了提高吊裝的效率，減少吊車擺放時間，通過受力檢算支架穩(wěn)定后，可優(yōu)化為： 9^?8^?1^?2^?3^?4^?7^?6^?5^?"，或者采用兩條拱肋錯位同步的吊裝方法 9^?"（第一條） 9^?"（第二條）

4.6體系轉(zhuǎn)換

該橋體系轉(zhuǎn)換的基本施工流程為：單條拱肋吊裝合龍-拱肋接頭混凝土澆筑 - 拆除支墊枕木 - 依次施工全橋拱肋 - 澆筑拱腳封端混凝土 - 澆筑拱肋縱縫。

預(yù)制節(jié)段吊裝成拱，待構(gòu)件接頭完成濕接，且接頭混凝土強(qiáng)度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)5，各預(yù)制節(jié)段形成整體連續(xù)的拱肋，此時才能進(jìn)行支墊枕木的卸落，使拱肋脫離拱肋支架的豎向支撐，由兩端拱腳承擔(dān)拱肋自身的重量。

在體系轉(zhuǎn)換過程中要有效控制拱腳水平推力，保證體系轉(zhuǎn)換平穩(wěn)安全。單條拱肋各節(jié)段連接成整體后，拆除支墊枕木，拱肋重力傳遞至拱腳，在拱座封腳混凝土澆筑前，拱肋豎直和水平方向的支撐力由拱座下鋼板卡槽和拱座上鋼板連接鋼筋提供，經(jīng)Midas軟件的穩(wěn)定性計(jì)算，單條肋自身穩(wěn)定性滿足要求（受力模型特征值?4） ，如圖7所示。

拱肋節(jié)段形成整體且脫離支架后，內(nèi)力全部傳至拱座，拱座形變穩(wěn)定，此時再進(jìn)行拱座后澆帶封腳混凝土施工，可減少拱座封腳混凝土內(nèi)部的攪動，保證澆筑質(zhì)量。

落架后對拱肋各節(jié)段沉降量進(jìn)行觀測并記錄，如圖8、圖9所示。由圖8和圖9可知，累計(jì)最大沉降值為20m ，在設(shè)計(jì)值10cm允許范圍內(nèi)。

5 拱肋支架拆除

支架拆除吊裝作業(yè)以舊橋上的吊車為主，并以下方水面浮船進(jìn)行輔助。吊車通過拱肋間濕接縫預(yù)留的吊裝孔下放鋼絲繩進(jìn)行吊裝，將拆除的部件依次下放到浮船運(yùn)走。按照平臺間長橫聯(lián)- 大梁-平臺內(nèi)橫梁 - 水上立柱 - 水下立柱的順序拆除。拆除時應(yīng)進(jìn)行過程控制，保證拱肋在施工過程中的穩(wěn)定性，確保變形和內(nèi)力始終處于安全范圍內(nèi)[?？赏ㄟ^在拱肋關(guān)鍵部位布置應(yīng)變片、全站儀監(jiān)測點(diǎn)等方式，實(shí)時掌握拱肋狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)變形或應(yīng)力超出允許范圍，要立刻停止拆除作業(yè)，采取相應(yīng)措施，確保拱肋結(jié)構(gòu)安全。

6 施工成效

該橋全橋拱箱節(jié)段共144節(jié)，采用支架吊裝法，通過對支架、對接頭平臺及拱箱節(jié)段支墊固定等措施優(yōu)化，確保了拱箱吊裝節(jié)段連接就位更加高效快速，吊裝工期由原計(jì)劃的4個月縮短至3.5個月，吊裝工期縮短了 12.5% 。

7結(jié)語

本文以防城港國門大道某現(xiàn)狀舊橋加寬案例為依托，介紹了混凝土箱拱支架法安裝拼接的施工技術(shù)，通過突破拱肋支架搭設(shè)成本高、拱肋吊裝速度慢、拱肋接頭難以處理、體系轉(zhuǎn)換要求高等施工技術(shù)難題，解決了傳統(tǒng)支架法用鋼量大的問題，使得箱拱吊裝節(jié)段連接就位更加高效快速，從而形成一套兼具經(jīng)濟(jì)性、高效性與質(zhì)量可靠性的混凝土箱拱支架法安裝拼接施工技術(shù)，可為同類工程提供參考。

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