桂江三橋的施工方案比選

趙勝

中鐵二十二局集團(tuán)項(xiàng)目管理中心，北京 100043

桂江三橋的施工方案比選

趙勝

中鐵二十二局集團(tuán)項(xiàng)目管理中心，北京 100043

廣西梧州市桂江三橋全長(zhǎng)687米，其主跨為1孔175米中承式鋼管砼系桿拱橋。設(shè)計(jì)單位的建議施工方案為纜索吊裝方案。我處經(jīng)多次實(shí)地考察及對(duì)各種因素綜合分析，決定采用豎向轉(zhuǎn)體施工方案，在通過(guò)了嚴(yán)格認(rèn)真的技術(shù)答辯、可行性論證后，一舉中標(biāo)?，F(xiàn)將施工方案的比選工程作一簡(jiǎn)要論述。

施工方案；比選； 鋼管混凝土；豎向轉(zhuǎn)體

1.工程概況

梧州桂江三橋（鴛江大橋）位于廣西梧州市桂江入西江口處，跨越桂江，連接市區(qū)東西兩區(qū)。橋梁總長(zhǎng)687米，其中主橋長(zhǎng)255米（40m +175m +40m），橋?qū)?5.6米，主跨為1孔自錨式鋼管砼中承式系桿拱橋，基礎(chǔ)為樁基，邊跨為普通砼拱橋。引橋?yàn)殇摻铐胚B續(xù)箱梁橋。

桂江三橋東西兩岸地勢(shì)較低，洪水時(shí)會(huì)被淹沒(méi)。東岸民房較多，西岸為著中風(fēng)景名勝“鴛江春泛”施工場(chǎng)地狹窄，同時(shí)環(huán)保要求很?chē)?yán)，施工期間不能影響桂江通航。

2.施工方案的比選及確定

桂江三橋的施工關(guān)鍵是主跨施工，而主跨施工的重點(diǎn)又是架設(shè)鋼管拱肋形成裸拱的施工。因此，確定了裸拱的施工方案也就確定了鋼管砼拱橋的施工方案。

2.1 鋼管砼拱橋的裸拱施工方案主要有以下幾種：

1）纜索吊裝方案。

2）轉(zhuǎn)體施工方案。

3）支架施工方案。

4）塔索吊裝方案。

5）混合施工方案。

2.2 各種施工方案的特點(diǎn)及其就桂江三橋而言的局限性：

2.2.1 纜索吊裝方案。纜索吊裝方案即將鋼管拱助按設(shè)計(jì)分為若干段，利用架設(shè)在拱跨上方的纜索吊至設(shè)計(jì)位置，用定位索扣好后，拼裝焊接成拱。這種方法在打跨度或多孔連續(xù)拱橋中應(yīng)用較多。

其優(yōu)點(diǎn)為：

①適用范圍廣。

②除拱肋外，拱上構(gòu)件也可利用纜索吊裝，施工方便。

③對(duì)橋下通航影響最小。

其缺點(diǎn)為：

①社保投入較多。

②塔架、纜索等材料用量大。

③背索的錨固增大了施工場(chǎng)地。

④空中拼接焊接保證精度有一定難度。

其針對(duì)本工程的局限性

①受場(chǎng)地限制：東岸為居民區(qū)，無(wú)法錨固背索，西岸受地形限制背索只能錨固在河灘或河中。

②需要很高的索塔（約85米），大量的鋼材。

③在岸邊加工成段拱肋再用船運(yùn)至橋下，需要大型起吊設(shè)備。

④需建較長(zhǎng)的碼頭和棧橋。

2.2.2 轉(zhuǎn)體施工方案即將拼裝焊接成型的整個(gè)或分為兩部分的拱肋利用拱腳處的臨時(shí)鉸轉(zhuǎn)體就位成拱。轉(zhuǎn)體施工分為豎向轉(zhuǎn)體和水平轉(zhuǎn)體兩種，根據(jù)橋位處的地形，水情及通航條件等分別采用。轉(zhuǎn)體方法適用于橋址拱跨兩端為山體或岸坡及施工場(chǎng)地較為狹小的地形條件，且多用與單跨拱橋。

其優(yōu)點(diǎn)：

①設(shè)備投入小。

②平臺(tái)上拼裝焊接較易保證精度。

③對(duì)橋下通航影響較小。

其缺點(diǎn)為：

①使用范圍小。

②水平轉(zhuǎn)需平衡配重。

本工程的局限性：

①水平轉(zhuǎn)體與該橋中承式的結(jié)構(gòu)形式不相符，且無(wú)平衡配重墩。

②豎向轉(zhuǎn)體需在浮動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行拱肋的拼裝焊接，對(duì)平臺(tái)的剛度要求較高。

③豎向轉(zhuǎn)體起吊拱肋需較多的起吊設(shè)備。

2.2.3 支架施工方案

支架施工方案即在橋下設(shè)立支架，在支架上進(jìn)行拱肋的拼裝焊成形。這種方法適用于地形較為平坦、水深較小、施工期內(nèi)無(wú)通航要求的情況。

其優(yōu)點(diǎn)為：

①施工技術(shù)難度小。

②拼裝焊接精度高。

③上部結(jié)構(gòu)施工方便。

其缺點(diǎn)為：

①工程量大。

②工程材料用量多。

③影響通航。

2.2.4 塔索吊裝方案：

塔索吊裝方案即在主墩上避開(kāi)拱腳設(shè)置設(shè)立塔架及斜攬，將分段加工好的拱肋從拱腳處起吊逐節(jié)用斜攬固定拼裝成拱。這種方法適用于橋下通航要求很高的情況。

其優(yōu)點(diǎn)為：①不影響橋下通航。

其缺點(diǎn)為：①施工工藝較為繁雜。

②空中拼裝焊接保證精度有一定難度。

③設(shè)備需求量大。

2.2.5 混合施工方案：

混合施工方案即根據(jù)橋位處地形、自然條件及施工單位的機(jī)具設(shè)備和技術(shù)力量，有時(shí)可綜合采用幾種不同的方法進(jìn)行裸拱施工，如：采用纜索吊裝加簡(jiǎn)易支架法、支架法加豎向轉(zhuǎn)體法、拱腳段轉(zhuǎn)體加中間段纜索吊法等等。

對(duì)本工程來(lái)講，混合法工程量太大。

綜上所述，幾種施工方案中只有豎向轉(zhuǎn)體法局限性較小，既不受橋尾場(chǎng)地限制，也不需大型吊裝設(shè)備；既不影響通航，又可節(jié)省大量材料，其所遇到的困難經(jīng)認(rèn)真檢算、反復(fù)論證較易克服，故決定采用豎向轉(zhuǎn)體施工方案。

3.豎向轉(zhuǎn)體施工方案的可行性討論

總體上確定了施工方案后還需從施工過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)具體考慮其可行性及經(jīng)濟(jì)性，只有兩者都滿足施工的合理要求，才能真正可行。

3.1 鋼管制作：為保證鋼管拱肋的加工精度，減少運(yùn)輸中的變形，在桂江西岸設(shè)臨時(shí)預(yù)制拼裝廠，負(fù)責(zé)將鋼板加工成10m一段的單元（包括橫撐和各種附件），然后吊運(yùn)至水上平臺(tái)完成大段對(duì)接焊接。

具體加工工藝流程為：材料進(jìn)場(chǎng)→材料分類(lèi)→材質(zhì)確認(rèn)→材質(zhì)檢驗(yàn)→畫(huà)線與標(biāo)記→編號(hào)→下料→坡口加工→鋼管卷制→組圓調(diào)圓→焊接→附件裝配焊接→單節(jié)終檢→組裝成10m拱肋運(yùn)輸單元→焊接→無(wú)損檢測(cè)→大節(jié)終檢→1：1大樣拼裝→檢驗(yàn)→防腐→出廠。

3.2 水上平臺(tái)的安裝：為解決長(zhǎng)拱肋的吊裝運(yùn)輸問(wèn)題，全橋半拱在水上浮動(dòng)平臺(tái)的支架上進(jìn)行拼裝焊接成型。平臺(tái)的剛度決定著拱肋的加工精度，因此，平臺(tái)的安裝要求很高。經(jīng)檢算決定采用兩條225噸機(jī)動(dòng)船，配四條200噸平板船，用工字鋼扣成一個(gè)整體，然后用萬(wàn)能桿件拼設(shè)一個(gè)110×22米的剛性平臺(tái)，并在其上立好半拱的拱肋支架。在平臺(tái)的1/4處用萬(wàn)能桿件拼設(shè)一個(gè)門(mén)式提升架，供拱腳處對(duì)鉸時(shí)起吊用。

3.3 拱肋的拼裝組焊：將在岸上加工成型的拱肋單元利用吊車(chē)吊至浮動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行拼裝組焊。

3.4 塔架的檢算及設(shè)立：塔架是拱肋豎轉(zhuǎn)的主要受力部分，首先要保證其穩(wěn)定性，其次還要考慮經(jīng)濟(jì)性。

3.4.1 塔架的受力檢算：

如上圖所示，塔架采用六五式軍用墩，雙塔：

塔架高度約為：50m

塔架自重約為：150t

單塔橫截面積：F = 466cm2

塔架容許壓應(yīng)力：[σ] = 2100kg/cm2

主拱肋矢高為：43.75m

半拱水平長(zhǎng)度為：97.83m

半拱鋼管拱肋及橫向聯(lián)結(jié)系自重：G = 500t

根據(jù)∑M0 = 0，

解得塔架所受最大壓力為：Pmax = 689t

每個(gè)單塔所受最大壓力為：Pmax = 344.5t

所以：（1）、塔架的壓應(yīng)力為：σ =（Pmaxl + G/2）/ F =（344.5 + 75）× 1000/446= 940.58kg/cm2∠[σ]

（2）、塔架的穩(wěn)定應(yīng)力：σω =（Pmaxl + G/2）/（φ×F）= （344.5 + 75）/（0.741×446）=1269.34kg/ cm2∠[σ]

式中：φ-折減系數(shù)，經(jīng)計(jì)算后查表得。

所以，塔架的高度設(shè)為5 0米即可，采用六五式軍用墩鋼材數(shù)量約為50×1.3×4=260t。

3.4.2 塔架的設(shè)立：為便于安裝塔架且不影響拱腳就位，拱座施工時(shí)避開(kāi)拱腳位置在拱座中預(yù)埋型鋼，作為拱架的支撐。塔架的背索錨固在邊跨端橫梁上。

3.5 臨時(shí)鉸的設(shè)計(jì)及檢算：

臨時(shí)鉸采用坐式（如圖1），由旋轉(zhuǎn)角和靠山角組成，外層為10mm鋼板，內(nèi)填充C50砼。

圖1 臨時(shí)鉸接側(cè)視圖

根據(jù)旋轉(zhuǎn)角和靠山角投影接觸面積A及腳至拱頂一次壓注完成，拱腳處開(kāi)一個(gè)灌注口，拱頂開(kāi)一個(gè)排氣口，灌注口為密封式，用法蘭與泵相連。泵送砼時(shí)，用兩臺(tái)輸送泵從拱腳同時(shí)灌起，灌注時(shí)保持兩管之間灌注高差不超過(guò)5m。為避免拱頂向上變形，采用水箱預(yù)壓。

砼灌注完成后，用錘擊法檢查鋼管是否飽滿，不飽滿處采用開(kāi)孔壓漿法補(bǔ)強(qiáng)，并經(jīng)反復(fù)多次檢查，直到滿足要求為止。

3.8 系桿、吊桿及橋面系的施工：

（1）本橋系桿采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋19Фγ15.24型，沿橋縱軸線對(duì)稱(chēng)排列，每側(cè)10根，共20根。

拱肋豎轉(zhuǎn)吊裝合攏后，立即將系桿穿好，并用臨時(shí)吊桿按設(shè)計(jì)高度吊在拱肋上，隨著工程進(jìn)展，逐步張拉。

（2）吊桿及橫梁施工：

吊桿施工：

人工配合卷?yè)P(yáng)機(jī)穿裝吊桿和臨時(shí)吊桿，然后按設(shè)計(jì)順利吊裝橫梁，并相應(yīng)地張拉系桿。從跨中到拱腳對(duì)稱(chēng)張拉吊桿，調(diào)整橫梁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。吊桿調(diào)整采用YC－ 300型張拉千斤頂。

橫梁吊裝：

在橫梁兩端適當(dāng)位置預(yù)留起吊孔，將臨時(shí)吊桿穿入橫梁兩端預(yù)留孔內(nèi)，然后在橫梁底部?jī)啥说呐R時(shí)吊桿上安裝頂推千斤頂，將橫梁頂至設(shè)計(jì)高度。

（3）安裝橋面板及橋面系：

車(chē)行道板從縱向中軸線對(duì)稱(chēng)向兩邊安裝，橋面整體砼從拱腳處向跨中對(duì)稱(chēng)按由中線到兩邊的順序進(jìn)行。

經(jīng)對(duì)拱肋施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的研究論證后可以證明：

首先，豎向轉(zhuǎn)體施工方案是可行的。

其次，豎向轉(zhuǎn)體施工方案與設(shè)計(jì)圖紙建議的纜索吊裝施工方案相比一來(lái)克服了場(chǎng)地限制，不用考慮背索埋設(shè)問(wèn)題；二來(lái)節(jié)省大量材料，從碼頭、棧橋到索塔都大大減少了工程數(shù)量；三來(lái)無(wú)需大型吊裝設(shè)備。同時(shí)豎向轉(zhuǎn)體施工方案在保證水上平臺(tái)剛度的前提下既提高了拱肋的組裝焊接精度，也減少了空中作業(yè)量，增加了施工安全性。只要解決了拱肋吊裝時(shí)塔架受力情況、臨時(shí)鉸等主要問(wèn)題，豎向轉(zhuǎn)體施工方案不失為本工程較為優(yōu)先的施工方案。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼管砼拱橋的施工方案多種多樣，需根據(jù)不同的具體條件適當(dāng)選用。在設(shè)計(jì)施工方案與實(shí)際施工方案有差異時(shí)，應(yīng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的研究論證，充分考慮各種因素的影響，從可行性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行反復(fù)比較，擇其優(yōu)者。

對(duì)于鋼管砼拱橋，其優(yōu)美的空間造型、大跨度的跨越能力、合理的受力結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)已引起了人們的高度重視，相信隨著越來(lái)越多的鋼管砼拱橋的出現(xiàn)，其設(shè)計(jì)、施工水平將會(huì)進(jìn)一步得到提高。拱肋起吊時(shí)臨時(shí)鉸所受最大壓力HO，

可知，拱肋起吊時(shí)臨時(shí)鉸所受最大壓力應(yīng)力為：σ＝HO／2／A

＝490000/2/8460

=29kg/cm2

3.6 拱肋的起吊：

拱肋起吊采用ZLD—100型頂推千斤頂。

半拱拱肋焊接好后，在拱部安設(shè)測(cè)量標(biāo)記即可進(jìn)行主拱肋吊裝。

先將浮動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到橋下，用平臺(tái)上門(mén)式提升架將拱肋水平吊起，對(duì)鉸位，鉸位對(duì)好后，安裝鋼絞線及千斤頂進(jìn)行起吊，待拱肋脫離支架1.0米左右，停機(jī)檢查各部是否正常，并根據(jù)索塔的受力與變形、鋼絞線及千斤頂?shù)男凶叩惹闆r，判斷能否正常起吊，并作出相應(yīng)指令，若初始起吊無(wú)異常，隨著起吊進(jìn)程，各部位安全系數(shù)均逐漸增大。

3.7 鋼管內(nèi)砼的灌注：

當(dāng)拱肋吊裝完畢，封鉸之后，即可灌注鋼管內(nèi)砼。

本橋采用C50砼，砼灌注采用泵送，人工振搗棒、平板振動(dòng)器振島。每根鋼管由拱

[1]鐵路橋涵工程施工規(guī)范

[2]鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工.人民交通出版社，1999

[4]范立礎(chǔ).橋梁工程.人民交通出版社，1996

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.048

趙勝 畢業(yè)院校：蘭州交通大學(xué)橋梁工程專(zhuān)業(yè)最高學(xué)歷：本科 職稱(chēng)：高級(jí)工程師。