鋼筋混凝土系桿拱橋拱肋吊裝施工技術研究

耿治平

(中國中鐵股份有限公司，北京 100039)

1 工程概況

某公路特大橋位于濱?？h與射陽縣交界處，主要跨越射陽河。該橋上部橋跨組合為7×25 m(預應力連續梁)+71.48 m(系桿拱)+10×25 m(預應力連續梁)，其中主跨位于7號～8號墩之間。

主橋上部結構設計為71.6 m單跨預應力混凝土系桿拱，為剛性系桿剛性拱，系桿計算跨徑L=70 m。拱軸線為二次拋物線，矢高14 m，矢跨比0.2。拱肋截面正高1.4 m，寬1.2 m，斷面為“工”字形截面。根據設計要求，拱肋采用預制場預制，用大型浮吊、分3段吊裝施工。半幅橋拱肋之間設抗風撐4道，采用外徑D=500 mm、壁厚δ=12 mm的無縫鋼管制作。

該橋共設中橫梁26道，每半幅13道。中橫梁高1.32～1.65 m(橋面橫向坡度根據中橫梁高度變化調整)，長15.7 m，采用預制場預制浮吊吊裝施工。

2 拱肋支架搭設

該橋拱肋吊裝每片拱肋分3段按次序進行，中一段與兩端塊件吊裝聯結后再與中二段聯結。中一段每塊重504 kN，中二段重839 kN。每片拱肋設4個支架，其中:中一段與端塊件聯結部位每側設1個(以下簡稱副支架)，共2個;中一段與中二段聯結部位每側設1個(以下簡稱主支架)，共2個。主支架采用貝雷片作立柱搭設，橫橋向聯結亦采用貝雷片。副支架采用4根φ377 mm螺旋鋼管作立柱，橫向無連接。

主支架底部以系桿平臺的3號墩立柱為主受力墩，副支架直接搭設在系桿頂面。拱肋吊裝支架布置如圖1所示。

為保證系桿頂面混凝土的承壓，副支架鋼管立柱底面焊接□400 mm×400 mm、δ=10 mm的鋼板以增大受力面積。主支架以貝雷片為立柱，系桿每側設置2根，除底層橫向布置外，以上3層均為立式連接。橫向與立式貝雷片采用在橫向貝雷片上焊接δ=20 mm陰陽接口貝雷銷聯結的方式。支架頂部采用工字鋼焊制的梯形架調坡調高。

圖1 拱肋吊裝支架布置圖(1/2主跨)

梯形架制作及安裝如圖2所示。

3 浮吊設備及參數

拱肋采用大型浮吊船吊裝，船只采用“銘鑫浮吊三號”，本船系組合式起重船，船體總寬度16.5 m，長度34.95 m，正常吊重為1 100 kN。本工程拱肋中二段為吊裝施工最大重力，總重839 kN。

浮吊船只結構簡圖如圖3所示。

圖2 梯形架制作及安裝圖

圖3 浮吊船結構簡圖(單位:m)

4 拱肋吊裝施工

4.1 拱肋起吊脫底模翻身

本工程拱肋預制采用砂漿砌磚水泥漿抹面做底模，施工時，在拱肋吊點位置預留100 mm×100 mm矩形起吊孔，以便穿入鋼絲繩平行起吊。拱肋中一段設計2個起吊點，分別距端頭3.5 m，中二段設計4個起吊點，外側距端頭3.5 m，中間吊點距離均分。起吊時，先從拱肋一端吊起，待底模脫離后再吊起另一端。為保護預留接茬鋼筋，平行起吊后沿拱肋軸線方向平移，接茬鋼筋完全分離后再平行吊高。

拱肋在吊裝上橋前必須將拱肋翻身，即拱肋由平面擺放翻轉為立面。由于拱肋脫模時采用鋼絲繩捆吊法，翻身較為困難，需二次捆繩。

具體翻轉程序如圖4所示。

圖4 拱肋翻轉程序

拱肋捆綁時，在鋼絲繩與拱肋混凝土面接觸部位應采用土工布和“∟”形鋼板進行保護，為防止鋼絲繩的滑動，在鋼絲繩與鋼板之間夾塞雜木塊。翻轉過程中注意對拱肋混凝土成品的保護。

4.2 拱肋吊裝及線形控制

4.2.1 拱肋吊裝

拱肋吊裝前，應對拱肋進行修整。保證起吊前各段拱肋的結構尺寸準確無誤和拱肋混凝土表面的外觀質量。對濕接縫處接茬鋼筋應進行調整，混凝土接茬面應鑿毛并清洗干凈，避免起吊后在高空進行處理。

拱肋吊裝順序為:小里程中一段→大里程中一段→中二段。

根據現場情況和浮吊船的結構參數，左幅橋2號拱肋中一段從上游側跨右幅2號和左幅1號系桿進行吊裝，中二段從下游側跨便橋吊裝。左幅橋1號拱肋、右幅1號、2號拱肋均從上游側進行吊裝。全橋拱肋吊裝次序如圖5所示。

圖5 全橋拱肋吊裝次序

4.2.2 拱肋吊裝定位測量

拱肋在吊裝過程中，為保證拱肋合龍后的線形與設計基本保持一致，本吊裝施工從拱肋各主要控制點高程和縱橫向平面位置來進行控制。

4.2.2.1 高程控制

(1)高程控制點的設定

本工程每片拱肋設吊裝支架4根，為便于吊裝過程中高程的控制測量，高程控制點設在支架上方的梯形架上和拱肋上，考慮到在安放拱肋后支架會產生小部分位移，梯形架上的控制點僅僅作為高程參考控制點。為保證拱肋安裝后高程誤差降低至最小并方便施工過程中測量，控制點設在濕接縫中心線與拱肋軸線相交點兩側76 cm處(順橋向水平位移)。假定拱肋吊裝完成后此高程點正投影在拱肋底面、梯形架上和系桿頂面分別做點，其中拱肋底面投影點在起吊前完成，梯形架和系桿頂面點位由全站儀定位，精確設點后，由經緯儀在兩系桿對應點位上相互復核。

點位設定如圖6所示。

圖6 拱肋吊裝高程控制點位布置(單位:m)

控制點位置經復核無誤后，轉點測量出X1、X2和X3的高程作為拱肋吊裝的控制基準高程。以系桿頂面的基準高程用長鋼尺豎直量測出Z1、Z2和Z3的參考高程，參考高程Z1、Z2和Z3分別比拱肋底精確高程G1、G2和G3低25 cm左右，以便夾塞雜木楔調整拱肋底的精確高程。

(2)精確高程的確定

在確定精確高程時，以下幾個因素必須考慮:

①拱肋預留拱度。本工程中，設計無預留消除沉降的拱度，但參照同類工程的工后沉降結果和監控單位的建議，副支架處預留20 mm、主支架處預留40 mm的預拱度(δYG)。

②由于系桿采用鋼管平臺現澆施工，系桿已經預留了拱度，此預留拱度值為平臺彈性形變量(δPT)與拆除平臺后系桿的沉降量(δXC)之和。吊裝前，平臺彈性形變量δPT已經消除，但系桿頂面基準高程比系桿頂面設計高程有一定的差值，即高出δXC。所以在確定精確高程時應相應增加δXC，才能保證拆除系桿平臺后整體沉降后的設計線形。

③主、副支架的彈性和塑性形變對高程的影響。由于主、副支架均為鋼結構構件，在拱肋吊裝過程中必然會產生彈性和塑性形變。為消除塑性形變和測出彈性形變，本吊裝工程采用實體等載預壓法，即拱肋吊裝在支架上不松繩的狀態下使支架等載受力。支架加載前量測高度H，加載后(時間2h左右)量測高度H1，卸載后量測高度H2。采用此方法即可消除塑性變形，得出彈性形變 δZT=H2－H1。

綜合以上3點，拱肋底精確高程G=設計高程+δYG+δXC+δZT。

吊裝過程中，計算出精確高程G，測量出基準高程X，由于拱肋和系桿寬度相同，則直接用長鋼尺量測兩高程的差值即可。

4.2.2.2 平面控制

為精確控制拱肋吊裝時的平面位置。在射陽河兩岸專門布設了強制對中的觀測墩，以本橋中心線大里程方向為X軸正向，垂直橋中心線線路右側為Y軸正向。坐標原點設在主跨系桿拱縱橫向中心處，以提高主跨各施工放樣點的精度。

(1)順橋向定位控制

本工程拱肋吊裝順橋向定位仍采用在拱肋上定點并投影至系桿頂面，經緯儀在兩系桿間相互對點的辦法進行控制。拱肋在預制場施工完成后，根據預制拱肋的假定坐標系，采用全站儀在濕接縫中心線與拱肋軸線相交點兩側1.2 m處(順橋向水平位移)設控制點。并在系桿頂面假定吊裝完成后設定此點的投影，投影點設在系桿頂面中心，方便置鏡。

拱肋吊裝前，在對應的另一幅系桿頂面對點置鏡，以準備吊裝的系桿頂面投影點為后視，反復縱向調整拱肋位置，直至拱肋預設點、系桿假定投影點、鏡站三點重合。此時拱肋在縱橋向即為達到設計平面位置。

(2)拱肋中軸線定位控制

在預制場測量拱肋頂面按測定中軸線的控制點，點距2 m，并沿拱肋長度方向彈出墨線。在強制對中的觀測墩上架設全站儀，準確測定出每個拱肋端塊件尾部支座中心位置并做點。

拱肋吊裝時，在準備吊裝的拱肋端塊件尾部支座中心處架設全站儀，以對面拱肋端塊件尾部支座中心為后視，水平撥角90°，將儀器視線方向轉至拱肋中軸線方向。反復調整拱肋位置，使拱肋頂面墨線和儀器視線方向重合。在吊裝中二段拱肋時，由于視角偏小，不能看到中二段拱肋頂面墨線，采用前視在墨線上吊垂球來調整拱肋位置，使儀器視線、垂球線重合。

拱肋吊裝平面位置控制鏡站布設如圖7所示。

圖7 拱肋吊裝平面位置控制鏡站布設(單位:m)

在拱肋吊裝過程中，拱肋的縱向、橫向定位和水平測量應同時進行，為達到設計精度，拱肋需要反復調整。定位測量控制的一般順序為:①實體等載預壓;②縱橋向定位;③拱肋底高程調整;④橫橋向定位;⑤拱肋豎直下落在支架上。

5 結語

本系桿拱左幅橋拱肋于2005年2月28日開始吊裝，3月6日左幅6片拱肋全部完成。根據以上方案對吊裝進行全程控制，測量拱肋垂直度偏差4 mm，拱肋底面高程最大偏差3 mm，橫橋向軸線最大偏差3 mm，縱橋向偏差5 mm，均符合規范及設計要求，達到預期的目標。該工程的順利實施，可為其他類似工程的施工提供借鑒。

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