鋼管混凝土提籃拱橋鋼管拱肋施工技術

劉志波

(中鐵十四局集團 第四工程有限公司，濟南 250002)

1 工程概況

廣深港客運專線廣深段沙灣水道特大橋上跨市良路，與市良路斜交31.4°角，橋長112 m，橋下凈空高度32.9 m，前后墩位處分別為滴水巖山體和沙灣河道。本工程具有跨度大、凈空高、跨路施工、工作面狹小等特點，因此擬采用門式支架施工方法。

拱肋采用懸鏈線線型，拱肋平面內矢高為22.4 m，矢跨比為1∶5。拱肋橫截面采用啞鈴形混凝土鋼管截面，鋼管直徑為1 200 mm，厚18 mm。拱肋在橫橋向內傾9°，形成提籃式，提籃拱按尼爾遜體系布置吊桿。拱頂處兩拱肋中心間距9.19 m，拱腳處兩拱肋中心間距16.20 m。采用單箱三室預應力混凝土系梁。

2 鋼管拱肋施工方案比選

根據設計要求，提籃拱橋采用先梁后拱的施工方式，但對于鋼管拱肋施工，共考慮了三種方案進行比選:滿堂支架方案、豎轉方案和門式鋼管支架方案。

滿堂支架法施工由于需要大量支架材料，而橋面空間有限，無法展開工作面，機械設備無法上橋施工，因此該方案不滿足要求。

豎轉法施工對起吊及平衡系統和拱腳旋轉裝置的質量要求較高，必需對系梁進行重新評估、加固，并加工起吊設備，致使工期延長和造價增加。

門式鋼管支架方案則在系梁上搭設門式鋼管支架，采用兩臺50 t輪胎式起重機吊裝拱肋節段，精調到位后焊接成型。該方案易操作、工期快、造價省、占用空間小，最終確定該方案，其立面如圖1所示，共設置8個門式鋼管支架，對稱布置。

3 門式鋼管支架設計與驗算

3.1 門式鋼管支架設計

圖1 門式鋼管支架立面布置

根據工廠加工、運輸情況和門式鋼管支架吊裝方案要求，鋼管拱肋將分為9個節段進行加工制作、預拼和空中焊接。根據拱肋分段情況，在拱肋接頭處設8個門式鋼管支架，主受力立桿采用φ325 mm×δ10 mm鋼管，連接桿件采用φ159 mm×δ6 mm鋼管，橫向聯系桁架采用 φ273 mm×δ8 mm鋼管。在拱肋下緣約50 cm的橫向聯系桁架上，搭設拱肋鋼管安裝施工平臺。

門式鋼管支架高度自拱腳向跨中由13.85 m逐漸變至23.21 m，橫橋向寬度由14.83m變至11.44 m，跨中處門式鋼管支架布置見圖2。每個門式鋼管支架整體制作，整體吊裝，保證其焊接質量和整體穩定性。

3.2 門式鋼管支架設計方案驗算

根據門式鋼管支架的結構影響，選擇拱腳處和跨中處支架進行穩定性分析。計算采用MIDAS/Civil通用空間有限元分析軟件，建立支架模型如圖3所示。分別進行偏載和中載作用下兩種工況的計算，考慮施工過程影響，荷載采用400 kN集中荷載。拱腳支架和跨中支架在偏載和中載作用下變形和穩定性系數的計算結果匯總于表1。

圖2 門式鋼管支架正立面

圖3 跨中處支架模型

表1 支架模型計算結果

從計算結果中可以看出:①支架強度安全可靠，其彈性變形均<1 cm，但需考慮支架變形對拱肋鋼管安裝精度的影響;②支架穩定系數較大，滿足施工要求，但穩定系數隨支架高度的增大而變小，故需對高度較大的支架采取加強穩定性的措施。通過有限元計算分析，確認該支架設計滿足施工要求。

4 鋼管拱肋施工工藝

4.1 門式鋼管支架制作

門式鋼管支架選材應符合規范要求，門式鋼管支架的尺寸、角度、垂直度等必須嚴格按照設計圖施工，偏差必須在鋼結構規范允許范圍以內。

門式鋼管支架在系梁頂面上制作，首先焊接成整體門式支架，再用起重機整體吊裝立起。為抵抗風力水平推力，設置足夠的纜風繩，增加整體穩定性。在門式鋼管支架的桁架上安裝可調底座，通過可調底座來調節控制拱肋鋼管的安裝高程。

4.2 工藝流程及施工順序

提籃拱鋼管拱肋施工工藝總體流程為:運輸→起吊→就位→連接→精確調整→點焊固接→調整拱肋線型→安裝橫撐→焊接→探傷檢測。

吊裝順序總體如下:首先安裝拱腳處門式支架，并吊裝第一段拱肋鋼管，其次對稱安裝另一側拱腳支架，并吊裝第九段拱肋鋼管，以后逐步對稱安裝各門式支架和分段拱肋，直至最后吊裝合龍段拱肋及橫撐。

4.3 鋼管拱肋安裝

1)拱肋運輸:檢測拱肋各節段的焊縫質量及各部位幾何尺寸，合格后出廠，運輸至安裝位置下方。然后用2臺50 t輪胎式起重機以抬移法起吊，縱移時平行抬移，即兩吊車抬吊拱肋向同一方向擺臂(或伸臂);橫移時轉動抬移，即兩臺吊車中一臺停臂不動，另一臺通過擺臂(或伸臂)來實現橫移。

2)一般節段的吊裝:拱肋節段運至安裝點后，由有經驗的起重工指揮起吊。用兩臺50 t吊車起吊，采用吊點加鋼絲繩捆綁方法，通過倒鏈慢慢調整拱肋的空中姿態，慢慢地移至接頭處，使其與先前安裝節段(或預埋段)接頭處對接板吻合。然后測量拱肋端頭處的高程及軸線位置，通過可調底座和倒鏈逐步調整高程和軸線位置，達標后將拱肋鋼管與支架臨時焊接定位，慢慢放松吊點，使拱肋完全由支架支撐。

3)合龍段的吊裝:合龍段的安裝要選擇在溫度14℃～20℃的環境下進行。在拱肋合龍前，對已安裝拱肋進行精確測量，并根據需要進行溫度修正，選擇溫度穩定時實施合龍。合龍時，先將兩段拱肋適當抬高，再慢慢將拱肋下放，合龍段慢慢靠近接頭，直至合龍段正確對位。對位后應立即進行測量，并根據測量結果調整拱軸線，直至符合要求為止。最后進行焊接連接，松開吊車吊索，撤走起重機。

4)風撐安裝:兩拱肋間橫向支撐與拱肋安裝同時進行。橫撐根據設計預先加工成型，運輸到施工現場后，通過吊車吊高至橫撐與拱肋相貫位置，然后對中、調整、檢查、焊接，斜撐按同樣的施工方法進行。

5)軸線調整:在拱肋焊接前、安裝風撐前及風撐安裝完成后，應對拱軸線進行測量，并根據測量結果對拱進行調整，直至符合要求為止。定位時，利用紅外線全站儀射出定位點坐標的紅外線光束，然后調整拱肋鋼管使其中心測點與光束對中，即完成拱肋的準確定位。

6)焊接:拱肋鋼管在對接處固定后進行施焊，焊接在作業平臺上進行。鋼管焊接采用手工電弧焊，風撐與拱肋、風撐間相貫線、節段對接均采用對稱焊。拱肋合龍段定位后，須符合設計合龍溫度時，方可進行合龍焊接。焊縫外觀質量要求成形美觀、整齊，尺寸符合設計和工藝要求，做到無裂紋、無氣孔、無夾渣、無焊瘤、無弧坑等焊接缺陷。焊縫在焊接完成24 h后，均按設計要求全部做超聲波探傷檢查，10%做X射線探傷檢查。

5 結語

提籃拱鋼管拱肋結構整體自重很大，需分段安裝完成。為保證分段安裝順利完成，本工程采用門式鋼管支架吊裝方案，門式鋼管支架的結構設計安全，是完成拱肋施工質量目標的前提。通過有限元分析，所設計門式鋼管支架的結構變形均在可控范圍內。

該客運專線提籃拱橋僅用了15 d成功完成鋼管拱肋的安裝，各項指標均滿足施工設計要求，本工程的成功實踐，證明這是一項高效低成本的施工方法，可為今后的同類工程施工提供參考和借鑒。

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[2] 盧家友.鄭西客運專線跨310國道提籃拱橋拱肋安裝施工技術［J］.鐵道標準設計，2009，29(7):47-49.

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