客運專線大跨度鋼箱系桿拱橋原位拼裝施工技術

席紅星

(中鐵十七局集團公司，太原 030006)

1 工程概況

福廈鐵路木蘭溪特大橋位于福建省莆田市境內，全長6 830.6 m，其中在DK95+476處采用1孔128 m下承式鋼箱系桿拱上跨福泉高速公路，與高速公路呈25°小夾角斜交。主拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/5.33，矢高24 m，系梁、拱肋橫向中心距16 m，內側凈寬14.2 m，外廓凈寬17.8 m。

橋跨為全鋼結構，由鋼箱系梁、鋼箱拱肋、工字型截面剛性吊桿、工字型主次橫梁、U型及Ⅰ型橋面縱梁和橋面板組成，其中拱肋設9根橫撐連接，吊桿設13對，間距為(10+12×9+10)m。

2 總體施工方案設計

本橋主跨結構設計為兩片鋼箱拱肋，每片拱肋下各設一片鋼箱系梁，采用“先梁后拱法”拼裝。主要部件單件40 t左右，采用150 t履帶吊進行起吊和拼裝。

總體拼裝順序:施工準備→系梁支墩搭設→系梁從兩端向跨中拼裝→橋面板縱、橫梁安裝→拱肋支墩搭設→吊桿、拱肋及橫撐逐次拼裝焊接→現場鋼結構面漆涂裝→拆除支架等。

系梁拼裝:從固定(活動)支座處向跨中拼裝。系梁共分8段，各分段在地面焊接成型后，分左右幅依次對稱吊裝到臨時支墩頂，墩頂設有調整高度及水平位置的調位千斤頂，由千斤頂調整好位置后用墊塊和鋼板塞死，隨后進行各吊裝段鋼箱的現場焊接。

橋面板吊裝:當系梁分段拼裝完成后，可以進行橋面拼裝。為保證質量和施工進度，在地面將U型和Ⅰ型橋面縱、橫梁和橋面板焊接為整體塊件，由吊車吊至橋面。由于履帶吊無法精確就位，需采用千斤頂、手拉葫蘆進行準確調位和下落。

拱肋拼裝:首先在系梁上拼裝拱肋臨時支墩，再安裝剛性吊桿，將臨時支墩與相鄰吊桿臨時連接，形成剛性支撐，共同受力，作為拱肋的支承墩。拱肋分為13段，采用履帶吊分段吊至拱座或臨時支墩上，拱肋拼裝保持對稱進行，支墩上設置定位及限位裝置，拱肋線型主要通過墊板進行調整，調整到位后即可焊接，然后拼焊接橫撐。

3 支撐體系設計與搭設

3.1 支撐體系設計

3.1.1 鋼箱系梁支撐設計

根據鋼箱系桿拱分段吊裝及跨高速公路的地貌特點，在鋼梁分段節點處設系梁支墩。全跨共設14個，左右各7個，其橫向間距均為16 m，縱向間距從小里程橋墩支座中心起為3×17+9+4×17 m。支墩采用2×3根φ320 mm螺旋鋼管組焊，墩頂設2只 I32組焊工字鋼上墊梁，墊梁頂設4個三向調節千斤頂，可對梁段進行微調就位。

3.1.2 鋼箱拱肋支撐設計

拱肋支撐采用貝雷梁和軍用墩組拼，軍用墩下部焊接于系梁頂型鋼連接件上，并用M20螺栓固定于系梁上，上部搭設四片貝雷梁連接，形成門架支撐體系，并作為工作平臺。支撐體系布置圖見圖1。

3.2 支撐體系結構檢算

根據各支墩最不利荷載，檢算主支墩橫梁、縱梁及立柱的強度、穩定性，以及主支墩基底的承載力。

3.2.1 主支墩荷載計算

圖1 支撐體系立面布置示意

系梁支墩設在系梁分段點的下節點，支墩在拼接中的不同階段，其受力狀況有很大區別。根據系桿拱拼裝順序，不同工況荷載分布情況，采用橋梁結構分析軟件Midas Civil建模后，對各施工階段進行模擬分析，得出各支墩最不利荷載，通過計算可以得出，系桿主支墩單墩支反力最大為2 200 kN。

3.2.2 主支墩結構受力檢算

1)主支墩結構形式

據系梁結構尺寸對支墩要求，單個支墩采用2×3根φ320螺旋鋼管作為立柱，立柱間焊接100等肢角鋼作為斜撐，立柱頂設2只 I32組焊工字鋼橫梁，橫梁上設2只I32組焊工字鋼縱梁，縱梁頂對稱于梁段縫布置4個三向液壓千斤頂。主支墩結構形式見圖2。

圖2 主支墩結構示意(單位:mm)

2)主支墩縱梁檢算

根據單墩最大支反力為2 200 kN，對縱梁的抗彎、抗剪及應力進行檢算，全部滿足受力要求。

3)主支墩立柱檢算

取最高支墩H=11 m，考慮到一個支墩不同立柱受力不均性，經計算:Rmax=1 006 kN＜Ncr=1 449 kN，λmax=68.69＜［λ］=150，滿足設計受力要求。

4)支墩基礎檢算

根據單墩最大支反力為2 200 kN，則支墩基底承載力要求為

經現場對所有土質基底進行輕型觸探儀檢測，承載力均達到0.12 MPa以上，滿足施工要求。

3.3 支撐體系的搭設

3.3.1 系梁支墩基礎施工

本橋臨時支墩共14個，有6個設在高速公路路面上，6個設在路基邊坡上，2個設在橋墩旁原地面，根據支墩所處的地質情況采用不同的基礎設計:高速公路路面上采用混凝土找平層，結構尺寸為4×5×0.2(m);設在高速公路的邊坡上的基礎采用臺階型片石混凝土，結構尺寸4×5×2.5(m);設在橋墩旁原地面的采用鋼筋混凝土擴大基礎，結構尺寸4×5×2(m)，其下部換填厚度為1 m的三七灰土。基礎頂面預埋地腳螺栓和型鋼，用于與支墩的連接。

3.3.2 系梁支墩施工

系梁支墩由6根φ320螺旋鋼管作為主立柱，順橋方向布2根，間距為1.75 m，橫橋方向布3根，間距為2×1.5 m。支墩高度有兩種，分別為8 m和6 m，6 m支墩設在公路路面上，8 m支墩設在路基邊坡和橋墩旁。φ320螺旋鋼管根據設計尺寸由工廠加工成型，鋼管立柱上下端設法蘭盤。現場由吊車起吊安裝就位，下部同基礎頂預埋型鋼焊接，支墩腰部設連接斜撐，然后逐段支立至設計高度，最后在支墩底部加焊加勁板。

支墩頂采用吊車先安裝橫向墊梁，再安裝縱向墊梁，墊梁上部設置三向調節千斤頂，以便精確調整系梁的位置。

3.3.3 拱肋支墩搭設

在系梁和橋面板安裝完成后，拼裝拱肋臨時支墩和吊桿。臨時支墩為六四軍用墩，吊桿為工字形型鋼，采用人工配合吊車進行拼裝。拼裝時采用型鋼將吊桿與臨時支墩連接在一起，共同受力，形成剛性支撐，至支墩頂設計高度時，拼裝貝雷梁(以貝雷梁作橫梁)，軍用墩與貝雷梁形成門架式支架，橫梁上部設置縱橫向墊梁，墊梁上安裝千斤頂，以調整拱肋的高程。

4 鋼箱系桿拱拼裝施工工藝

4.1 施工準備

首先對現場場地進行平整，對道路進行壓實，確保構件運輸和吊裝車輛能安全通行。

鋼構件由加工廠運至工地后，根據吊運能力按編號先進行分塊拼裝焊接，焊接成型的單元構件最大質量不能超過40 t。

150 t履帶吊工作時直接在福泉高整公路路面上，為保護路面不被壓壞和污染，拼裝時在路面上墊廢舊竹膠板或塑料布。

4.2 系梁拼裝

在臨時支墩上拼裝鋼箱系梁，系梁從固定(活動)支座端開始向跨中拼裝。系梁各分段根據吊重先在地面焊接，焊接采用CO2自動焊。坡口尺寸由焊接工藝確定，并采用自動切割機一次切割到位，焊接前要清理焊縫區域30 mm范圍，不得有水、銹、氧化皮、油污、油漆或其它雜物，并打磨光順。

成型后采用150 t履帶吊分段吊裝，分左右幅依次對稱吊裝至臨時支墩頂部。臨時支墩上設有調整高度及水平位置的調位千斤頂，千斤頂調整好后用墊塊和鋼板塞死，待全橋系梁全部吊裝到位，并調整至規定的誤差范圍內后，進行各吊裝段鋼箱的現場焊接，現場焊接采用CO2半自動焊。

4.3 橋面板拼裝

當系梁分段拼裝長度超過一塊整體橋面板后，可以進行橋面板的拼裝。橋面板需在現場分塊焊接，履帶吊吊裝就位。由于橋面板與橫縱梁為整體塊件，履帶吊無法進行精確就位，所以當橋面板粗就位后用千斤頂、手拉葫蘆進行準確調位和下落。

4.4 拱肋拼裝

拱肋共分13段，其中 D1至D6各兩段，中段 D7一段。拼裝時利用吊桿和臨時支墩作為拱肋的支承柱，從拱腳至跨中對稱進行。

拱肋安裝前，支墩上設置定位及限位裝置，主要是對拱肋線型進行調整。在橫撐位置的拱肋箱體焊接完成后，馬上跟進吊裝拱肋橫撐，由于橫撐斷面尺寸較小，構件較輕，故采用一臺80 t汽車吊在橋面上進行吊裝。吊桿安裝較拱肋超前2段左右，吊桿就位后將下端高栓先施擰至初擰值，待全橋合龍后，擰至設計值。

主拱肋頂、底板的工地對接接頭采用雙面坡口，先焊內側，再焊外側;主拱腹板的工地接頭采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊，雙面對稱施焊，即先焊接頂、底板的對接焊縫，再焊接腹板焊縫;橫梁接頭的焊接采用陶質襯墊藥芯焊絲 CO2氣體保護焊，單面焊雙面成形工藝，即先焊接頂、底板的對稱焊縫，再焊接腹板的對接焊縫。

拱肋拼裝支墩高度較大時，采用千斤頂橫移風險較大，施工中宜采用履帶吊控制方向，支撐墩上的千斤頂只用作豎向高程調整。

4.5 支撐體系拆除

鋼箱拱吊裝完成后即可拆除支撐體系，拆除順序為先拱肋支墩，再系梁支墩。拆除時采用吊車配合人工進行，同時要加強安全防護。

5 結語

通過福廈客專木蘭溪特大橋128 m下承式鋼箱系桿拱的施工，總結了一套利用大噸位移動式起重機進行鋼箱系桿拱原位拼裝技術。移動式起重機適應性強，使拼裝工作機動靈活。根據施工地形環境設計搭設支撐體系，利用支墩與剛性吊桿臨時連接，形成受力體系，使拱肋臨時受力更加合理。本文對類似工程有一定的推廣借鑒作用。

［1］徐曉和，陳小強，大跨度鋼管混凝土系桿拱橋施工控制［J］.鐵道建筑，2009(20):22-23.

［2］錢冬生.鐵路鋼橋——設計與制造［M］.成都:西南交通大學出版社，1994.

［3］嚴朝鋒.貝雷梁支架體系在混凝土系桿拱橋施工中的應用［J］.鐵道建筑，2010(10):14-16.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結構設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10415—2003 鐵道橋涵工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.