中承式鋼桁拱橋主拱施工重難點(diǎn)研究

荀 世 祥

(貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008)

中承式鋼桁拱橋主拱施工重難點(diǎn)研究

荀 世 祥

(貴州建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008)

以某中承式鋼桁拱橋主拱施工為例，對懸臂拼裝與三大段拼裝兩種施工方案進(jìn)行了對比，指出主拱三大段吊裝較懸拼施工具有安裝精度高、結(jié)構(gòu)整體性好、工期短等優(yōu)點(diǎn)，并闡述了其施工工藝流程，為其推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

中承式，鋼桁拱橋，施工方案，三大段拼裝

某大橋橋型為中承式鋼桁拱，跨越某江河主航道，主跨400 m，橋拱中心與河面中心一致，水道上設(shè)置兩個(gè)主橋墩。主橋?yàn)?60+400+160三跨連續(xù)剛架拱橋，吊桿間距為10 m。

該江河主航道為內(nèi)港航道的主要組成部分，河面較順直，河面寬約600 m，水深條件良好，航道等級為通航5000DWT雜貨船，航道按底寬100 m，水深5.0 m尺度進(jìn)行維護(hù)。

1 施工方案制定原則

為確保順利、安全及優(yōu)質(zhì)地完成大橋的施工任務(wù)，主跨鋼桁拱安裝的施工方案是關(guān)鍵，在制定其方案時(shí)，主要考慮如下因素：

1)通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工方案，在確保施工質(zhì)量和安全的前提下，最大限度節(jié)省投資。2)方案的制定應(yīng)考慮盡量減少對航道的影響，因施工方案造成對航道的影響，需事先征求航道管理部門的同意，通過鑒定協(xié)議，并制定相應(yīng)的實(shí)施細(xì)則，保證施工與通航兩不誤。3)鋼桁架拱安裝過程中結(jié)構(gòu)體系明確，采取的工藝措施要可靠，確保安全。4)采取可靠措施，使主拱合龍后符合設(shè)計(jì)的線形和應(yīng)力狀態(tài)。

2 施工方案的技術(shù)比較

2.1 懸臂拼裝

采用懸臂拼裝法施工，主要存在以下技術(shù)方面的問題較難解決：1)纜索吊機(jī)及扣索錨錠設(shè)置困難，若在過渡墩上設(shè)置，需對過渡墩進(jìn)行加強(qiáng)；且錨錠的橫向布置值得商榷。2)主拱吊裝必須在三角剛架、邊拱及引橋完成后才能開始，無法與下構(gòu)及邊拱平行施工，各部工序工期很緊張，總工期很難保證。3)纜索吊機(jī)的起重能力有限，只能小節(jié)段安裝，造成空中拼裝節(jié)點(diǎn)過多，影響整個(gè)拱肋的質(zhì)量。4)在懸拼過程中，各節(jié)段通過斜拉索扣在扣塔上，一則需要扣塔有足夠的高度、強(qiáng)度和剛度，再則由于采用單桿件栓接，其安裝位置由螺栓孔決定，拱肋的調(diào)整只能通過收放扣索進(jìn)行，而由于拱肋剛度很大，扣索收放必須要求所有已安裝的中、邊跨扣索同步協(xié)調(diào)進(jìn)行，使拱肋的調(diào)整非常困難，在拱肋懸拼過程中發(fā)生拱軸線偏位較大時(shí)幾乎無法進(jìn)行調(diào)整。5)懸拼過程中，尤其是最大懸臂階段，對其橫向穩(wěn)定性和抗風(fēng)能力要求很高，此外由于懸拼過程時(shí)間很長，跨越臺(tái)風(fēng)季節(jié)，增加了施工的風(fēng)險(xiǎn)性。

2.2 三大段拼裝

1)隨著我國經(jīng)濟(jì)、技術(shù)實(shí)力的增強(qiáng)，各種大型起重設(shè)備及先進(jìn)技術(shù)被運(yùn)用到橋梁建設(shè)中，采用三大段安裝方案，適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展形勢，具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性。2)采用三大段安裝，各種工況結(jié)構(gòu)體系明確，采用的浮運(yùn)、垂直提升等主要工藝措施成熟、可靠，保證了本方案安全順利的實(shí)施。3)主拱三大段均在支架上拼裝，各拼裝單元可在支架上反復(fù)精確就位后焊接成大節(jié)段，其大段拼裝的精度可得到充分保證。4)三大段提升就位后可進(jìn)行反復(fù)精確調(diào)整再合龍，使整個(gè)拱圈的線形很容易與設(shè)計(jì)拱軸線形吻合，從而保證成橋階段的荷載內(nèi)力與設(shè)計(jì)計(jì)算值吻合。5)主拱三大段的拼裝與下構(gòu)施工互不干擾，可同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，使全橋施工工期有充分保證。6)本方案實(shí)施對航道的干擾小，并已事先征得航道部門的認(rèn)可，通過與航道部門簽訂“24 h封航協(xié)議”，完全能夠完成主拱中段的安裝。且封航僅針對主航道，在主拱中段提升過程中，兩側(cè)邊段已安裝就位，其凈高、寬度均能滿足一般船舶的通航要求。經(jīng)兩方案的比較，主拱三大段吊裝較懸拼施工具有拱肋安裝精度高、結(jié)構(gòu)整體性好、工期短，質(zhì)量保證、技術(shù)成熟先進(jìn)，風(fēng)險(xiǎn)小，安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，故選用三大段吊裝方案。

3 施工步驟

主拱分為三大段安裝。

1)支架上臥拼主拱邊段；主拱邊段提升就位。主拱中段在水上拼裝場拼裝后，轉(zhuǎn)載鐵駁船，張拉中段臨時(shí)系桿。2)主拱中段浮運(yùn)到橋位處，利用提升支架吊裝就位，臨時(shí)支撐在提升支架上，連接合龍段，拱肋合龍(邊段拼裝支架及棧橋已拆除，保證在浮運(yùn)提升過程中，一般船舶可在邊段下保持通航)。3)吊裝主跨吊桿及系桿—系桿合龍。4)解除主拱中段豎向臨時(shí)支撐。5)解除主拱中段臨時(shí)系桿，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，主拱形成簡支系桿拱。6)與邊跨對稱施工橋面縱、橫梁。7)與邊跨對稱安裝主拱預(yù)制橋面板。8)與邊跨對稱施工橋面后澆層。9)拆除所有施工臨時(shí)支架，橋面二期荷載施工；成橋并進(jìn)入運(yùn)營階段。

3.1 主拱邊段組拼、提升就位

1)拼裝支架；2)節(jié)段運(yùn)輸；3)邊段組拼。邊段在橋位處已施工好支架上臥拼，邊段分為三節(jié)主拼單元，由拱腳向跨中安裝。各主拼單元均通過駁船運(yùn)輸至起吊平臺(tái)，雙懸臂龍門吊起吊，并將組拼單元就位于支架上。邊段上下游拱肋組拼完成后，安裝橫撐，拆除龍門吊，同時(shí)將提升支架接至預(yù)定高程，為邊段整體提升做好準(zhǔn)備;4)邊段提升。

3.2 主拱中段組拼

主拱中段組拼場由一臺(tái)雙懸臂龍門吊、龍門吊行走軌道及拱肋拼裝支架組成；雙懸臂龍門吊機(jī)采用萬能桿件拼裝，行走軌道設(shè)置在拱肋內(nèi)側(cè)，鋪設(shè)在(鋼管樁+貝雷梁—棧橋)上。鋼管樁打設(shè)完成后，按拱肋拼裝標(biāo)高割除鋼管樁至預(yù)定標(biāo)高，樁頂縱橫向用型鋼相互連接。

主拼單元通過浮吊卸于起吊平臺(tái)上；通過雙懸臂龍門吊起吊，縱、橫移至安裝點(diǎn)，并就位于支架上。在各單元就位并精確調(diào)整后，再利用龍門吊拼裝腹桿及上弦桿，然后按照焊接工藝要求，進(jìn)行焊接，形成主拱拱肋，兩道拱肋成拱后，安裝水平橫撐，以增強(qiáng)主拱中段水上浮運(yùn)及起吊時(shí)的整體穩(wěn)定性。

3.3 主拱中段的臨時(shí)系桿張拉、脫離支架—轉(zhuǎn)載駁船

1)主拱中段臨時(shí)系桿。張拉臨時(shí)系桿的目的是將組拼好的拱肋由梁體系變成拱體系，同時(shí)使得該段拱的內(nèi)力和拱軸線滿足合龍計(jì)算的要求。臨時(shí)系桿的錨固點(diǎn)設(shè)在中段四個(gè)節(jié)點(diǎn)的下弦，在下弦鋼箱側(cè)臂上設(shè)置鋼錨固結(jié)構(gòu)將張拉力傳給拱肋。臨時(shí)系桿每束可單獨(dú)張拉，單獨(dú)錨固，錨固的方式采用錨箱加墊片的形式，便于收緊和放松。臨時(shí)系桿在拱結(jié)構(gòu)上船后并拖離拱架再張拉,使此時(shí)拱的內(nèi)力和線形滿足合龍計(jì)算的要求。具體操作按張拉力及拱肋上撓值雙向控制，并以拱肋上撓度為準(zhǔn)。

2)脫離支架—轉(zhuǎn)載駁船。a.準(zhǔn)備工作：主拱中段組拼完成后，拆除龍門吊及兩端支架，使拱肋處于雙懸臂狀態(tài)，同時(shí)將駁船的位置空出。b.駁船壓載：保證駁船進(jìn)入棧橋浮托主拱中段時(shí)有足夠空間安全作業(yè)距離，故駁船需要進(jìn)行必要的加水壓載工作。駁船壓載至計(jì)算吃水要求后檢查駁船的縱向和橫向水平度，保證駁船的縱向吃水差不超過±8 mm，橫向吃水差不超過±5 mm。c.駁船就位：準(zhǔn)備工作做好后，待低平潮開始漲潮時(shí)裝船。監(jiān)測兩駁船的間距及其他技術(shù)數(shù)據(jù)，保證兩駁船及主拱結(jié)構(gòu)的安全，并滿足浮拖的要求。

3.4 主拱中段浮運(yùn)

組拼場距橋軸線距離不宜過長,確保主拱中段水上運(yùn)輸?shù)捻樌M(jìn)行。

錨錠布置：錨錠按運(yùn)輸線路的要求事先布置好，錨纜端頭系在工作船上，錨纜沉入江底，不影響正常通航。

選擇一風(fēng)平浪靜的天氣進(jìn)行浮拖。

1)駁船縱移主橋位。為了防止兩駁船在轉(zhuǎn)彎及拉移過程中發(fā)生位置偏移，同時(shí)保證兩駁船移位過程中的受力均勻傳遞，在駁船的艏、艉部進(jìn)行鋼纜連接及交叉拉索連接工作。

首先在駁船的艏、艉部連接鋼纜，以保證兩駁船在逐步絞移時(shí)兩駁船的相對位置及穩(wěn)定性。

檢查駁船、發(fā)電機(jī)組、液壓絞拉機(jī)及其他機(jī)械的狀況，保證機(jī)械有良好的作業(yè)狀態(tài)。

開動(dòng)液壓車、緩慢絞、松各移位錨纜及鋼索，把兩駁船平穩(wěn)、同步、勻速地絞移出臨時(shí)停泊位。

在兩駁船艏部移出泊位時(shí)，穩(wěn)定兩駁船。先進(jìn)行兩駁船艏部的鋼索連接工作，然后進(jìn)行兩駁船的交叉拉索工作。

檢查駁船的相對位置，確定一切正常后按照縱向絞移工藝把兩駁船絞移至駁船轉(zhuǎn)向預(yù)定位置。

2)兩駁船的轉(zhuǎn)向。按縱向絞移駁船工藝要求平穩(wěn)勻速地絞拉兩駁船至轉(zhuǎn)向預(yù)定水域后穩(wěn)定兩駁船。兩駁船旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置后穩(wěn)定兩駁船。在兩駁船轉(zhuǎn)向過程中駁船上和岸上的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行同步測量，把駁船的移位轉(zhuǎn)向情況和相對位置報(bào)給船總指揮，總指揮根據(jù)測量情況來控制各液壓絞拉機(jī)的作業(yè)。

3)兩駁船縱向移位至主拱安裝現(xiàn)場。按工藝步驟重新連接縱向移位錨纜，保持兩駁船組的縱中軸線垂直于大橋的中軸線，緩慢平穩(wěn)地絞拉兩駁船前進(jìn)。到達(dá)橋址附近時(shí)減慢絞拉速度直至兩駁船停止，穩(wěn)定兩駁船。逐步移船位至安裝位置，由測量系統(tǒng)監(jiān)測兩駁船至精確吊裝位置，絞緊錨纜，穩(wěn)定船位。至此可以進(jìn)行主拱中段的吊裝工作。

3.5 主拱中段提升就位

提升支架：在拱肋四個(gè)吊點(diǎn)處分別設(shè)置提升支架，每個(gè)提升支架采用鋼—混凝土組合灌注樁柱：將鋼護(hù)筒打入河床下，穿過淤泥層、砂礫石層、進(jìn)入亞粘土層；采用回旋鉆鉆孔，進(jìn)入中風(fēng)化層，然后灌注水下混凝土，混凝土灌注至河床面，形成嵌巖樁；然后繼續(xù)接長鋼護(hù)筒至預(yù)定標(biāo)高，并在四根鋼護(hù)筒之間設(shè)置多道橫向聯(lián)系，這樣就形成了鋼—混凝土組合樁柱。在樁柱頂上作菱形提升架，其前支點(diǎn)落在前排樁柱中心、后支點(diǎn)錨在后排樁柱中心，每個(gè)提升架由兩道菱形提升架組成。

在起升過程中采用激光測距儀對提升的4個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。

3.6 主拱合龍—體系轉(zhuǎn)換

主拱中段提升就位并支撐于支架上，經(jīng)精確調(diào)整，保證其軸線位置和標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，安裝主拱邊—中段之間的合龍段，并焊接。然后進(jìn)行主拱吊桿和系桿安裝，安裝完成并統(tǒng)一調(diào)整高程后，焊接系桿接頭。

完成上述步驟后，即可進(jìn)行主拱體系轉(zhuǎn)換：先解除中段豎向支承，然后臨時(shí)系桿張力逐步釋放，并逐步轉(zhuǎn)移到永久系桿上，此時(shí)，拱的內(nèi)力和軸線將發(fā)生變化，變化到終值時(shí)的拱力和線形就與一次成拱時(shí)的內(nèi)力和線形一致，邊段自動(dòng)脫拱架，這就順利地完成了合龍和體系轉(zhuǎn)換。

整個(gè)過程要進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測監(jiān)控。

3.7 后續(xù)工序

1)主拱吊桿、系桿施工；2)邊拱施工；3)縱、橫梁及橋面板施工；4)行道及橋面系施工；5)防撞護(hù)欄施工；6)伸縮縫安裝。

3.8 監(jiān)測監(jiān)控措施

在施工過程中，將對主拱組拼、主拱中段張拉、脫拱、上船支點(diǎn)轉(zhuǎn)換、浮拖、提升支點(diǎn)轉(zhuǎn)換、提升過程及主拱合龍等主拱組拼及吊裝的全過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測監(jiān)控。

在主拱組拼過程中，將先測量、調(diào)整支架的位置及高程，使之符合設(shè)計(jì)線形。在節(jié)段吊裝拼裝時(shí)，用全站儀隨時(shí)測定各點(diǎn)的標(biāo)高及平面位置，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正，以保證拼裝時(shí)的線形精確。

在浮拖過程中，將用布置于船上的激光準(zhǔn)直儀及光電測距儀直觀連續(xù)地測量出船的錯(cuò)位、開合，用布置于岸上的光電測距儀、全站儀測量駁船的四角高差及中段的準(zhǔn)確位置，同時(shí)測量出主拱段關(guān)鍵桿件的內(nèi)力，將其控制在安全預(yù)控范圍內(nèi)。并及時(shí)指導(dǎo)各錨機(jī)松絞錨纜，以保證主拱中段浮拖過程的安全。

在主拱中段提升過程中，將用液壓同步千斤頂同步提升。同時(shí)，在起重索鋼絞線上亦布置應(yīng)變片，用應(yīng)變儀隨時(shí)觀測其受力情況，并用光電測距儀對提升主拱的四個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，保證主拱中段提升過程安全、平穩(wěn)。

主拱合龍時(shí)，將全面測量整拱的線形，測量調(diào)整合格后，才能進(jìn)行合龍段拼裝、焊接，焊接完并對焊縫進(jìn)行射線檢查合格后，才能將中段支承千斤頂及臨時(shí)系桿逐步放松。一并進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控。并同時(shí)監(jiān)控千斤頂及臨時(shí)系桿釋放力的同步性及兩拱座上簡支支座的移位情況等。確保主拱合龍萬無一失。

[1] JTG TF50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

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[4] 王福敏，徐 偉，李 軍.特大跨徑鋼桁架拱橋設(shè)計(jì)技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2010.

Research on main and difficult points of main arch construction at half-through steel truss arch bridge

Xun Shixiang

(GuizhouConstructionVocationalandTechnicalCollege,Guiyang550008,China)

Taking the main arch construction of some half-through steel truss and arch bridge as the example, the paper compares the two construction schemes, including the cantilever assembly and three-block assembly, points out the latter has higher installation accuracy and better structural wholeness with shorter construction period, compared with the cantilever assembly construction, and illustrates its construction craft procedure, so as to provide some technical support for its application.

half-through, steel truss arch bridge, construction scheme, three-block assembly

2015-04-21

荀世祥(1975- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)19-0147-03

U448.22

A