先拱后梁系桿拱橋中橫梁預制吊裝施工技術

劉曉青

摘要： 根據無支架先拱后梁系桿拱橋的施工工藝特點，提出中橫梁預制安裝技術，從預制、運輸、吊裝、就位固定、濕接縫施工等方面進行詳細闡述，并對臨時結構進行準確的受力分析計算，既降低施工投入又能確保了施工安全。

Abstract： Based on the characteristics of construction technology of trackless arch-before-beam tied arch bridge， the prefabricated installation technique of mid-beam is proposed. The pre-fabrication， transportation， lifting， in-situ fixation and wet joint construction are described in detail. Accurate force analysis is carried for the temporary structure， which not only reduce construction investment but also ensure the construction safety.

關鍵詞： 拱橋；中橫梁；預制吊裝；施工技術

Key words： arch bridge；middle beam；prefabricated lifting；construction technology

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）08-0162-03

0 引言

目前，鋼管混凝土系桿拱橋在我國高速公路、高速鐵路及市政道路中得到了廣泛的應用，但不管其系桿拱橋的結構形式和跨度怎么變化，其施工方法不外乎支架法和無支架兩種，究其施工順序也無外乎先梁后拱和先拱后梁。高速公路系桿拱橋梁部結構較多采用縱橫梁+橋面板或中橫梁+橋面板結構形式。對于在通航要求高的大江大河修建鋼管混凝土系桿拱橋，采用無支架先拱后梁的施工方法對降低工程施工成本和最大限度減小施工對通航的影響，能較好地實現縱系梁、中橫梁及橋面板的預制吊裝施工，減少水上施工作業時間，加快建設速度。

1 工程概況

嘉金高速公路吳淞江大橋全長469.222m，跨越吳淞江時采用1-85m下承式鋼管混凝土系桿拱梁組合橋。系桿拱橋為左右幅分離式橋梁，全橋由4根鋼管拱肋、14根橫撐、64根吊桿、4根縱系梁、4根端橫梁、32根中橫梁和34塊濕接縫混凝土橋面板組成。鋼管拱肋采用啞鈴型斷面，鋼管內泵送頂升C50微膨脹混凝土，縱系梁為后張法預應力鋼筋混凝土結構，采用箱型斷面，高為1.6m，寬為1.4m。中橫梁為預應力鋼筋混凝土“T”型梁，頂板寬3m，腹板寬度0.9m，梁高1.45m，全長16.05m，吊桿和中橫梁間距均為5m。

為保證吳淞江通航要求，主橋采用先拱后梁無支架法施工。具體施工順序為先施工端橫梁和拱腳→浮吊安裝鋼管拱和橫撐→鋼管拱內頂升C50混凝土→安裝吊桿→浮吊吊裝縱系梁，澆筑濕接縫混凝土及施加預應力→浮吊吊裝中橫梁，澆筑兩端濕接縫→吊模澆筑橋面板混凝土→調整吊桿拉力→橋面鋪裝施工。

2 中橫梁預制吊裝

2.1 中橫梁構件預制

在吳淞江北岸設預制場，設置4個中橫梁臺座。存梁軌道垂直于河道，第一片梁中心線距離河道邊緣小于10m，以滿足浮吊作業要求。預制梁段強度達到設計強度的80%后，用千斤頂頂起，放入移梁滑板，用倒鏈牽引，沿存梁軌道運至存梁區域，并用油漆編號。用千斤頂起頂時，為防止損壞、裂紋，起頂位置應靠近吊點附近。存放時，基礎應堅實，支點靠近吊點部位，防止沉陷，預防受力不均，導致裂紋。

中橫梁預制節段長為14.85m，重66t，在中橫梁頂面預埋4組？準32吊環鋼筋，吊環鋼筋露出混凝土面20 cm，距離梁端1.5m，間距50 cm，對稱分布于構件上。同時為了安裝時固定定位，橫梁兩端向內50cm腹板兩側各預留一個？準100mm的孔洞。

2.2 中橫梁安裝設備、機具

110t和80t浮吊各1臺； 150T駁船一艘；貝雷桁架384片，連接件若干；2[20a槽鋼橫梁長1.5m128根；？準32mm冷拉Ⅳ級鋼筋128根×4.3m，螺帽256個。

2.3 中橫梁安裝順序

由于縱梁已安裝并澆注濕接頭混凝土成為整體，因而浮吊在橋下調頭困難，為了充分發揮浮吊的作業效率，實現良性安裝順序，加快施工工期和縮短封航時間，經設計同意，根據本橋位實際情況，左右幅橋的安裝順序詳見圖2所示。

2.4 中橫梁轉運及吊裝

全橋32根中橫梁預制段全部在北岸橋位西側存梁場存放，1臺80t的浮吊負責從岸上起吊裝入150t駁船內，隨著中橫梁的安裝速度，岸上由人工用手動葫蘆將中橫梁不斷拖至岸邊浮吊安全起吊范圍內。

中橫梁運輸到設計橋位下方后，再用浮吊吊起至設計位置，用4根直徑為32mm的冷拉Ⅳ鋼筋通過上下槽鋼扁擔橫梁將中橫梁固定在支承于左右縱系梁上的貝雷梁桁架上，詳見圖3和圖4。

檢查中橫梁的頂面標高無誤后，松繩解鉤，即完成中橫梁安裝。、中橫梁初步定位后，對貝雷梁的撓度和中橫梁的標高進行測量、若偏差較大，再用浮吊將中橫梁慢慢提起，通過擰進4根？準32mm的冷拉Ⅳ級鋼筋上的螺帽調整好中橫梁的標高，完成中橫梁的標高控制。

半幅橋貝雷梁長度分18m和9m長兩種，18m長貝雷梁14組，用于中間14根中橫梁的承重梁，9m長貝雷梁4組，用于靠近端橫梁的2根中橫梁的承重梁。18m貝雷梁的拼裝架設方法。首先在岸上拼裝完成12m，隨同余下的4片桁架及連接件一起利用汽車吊江拼裝好的貝雷梁放置到中橫梁上，用鋼絲繩固定在中橫梁上。等到中橫梁到達設計位置后，再完成兩端各3m桁架的拼裝和連接，形成整體受力框架，然后利用浮吊落座在縱梁上的混凝土基座上。見圖5。

貝雷梁支座采用C25混凝土，每根貝雷梁下設4個，支座長度和寬度均為50cm，內拱下貝雷梁支座高度為15cm，邊拱下貝雷梁支座高度為45cm。支座頂面應平整，同一頭的頂面標高應控制在2mm之內。

靠近端橫梁的南北各2片中橫梁均采用2臺浮吊進行安裝，其他中橫梁的均采用1臺浮吊安裝，即110t浮吊1臺停靠在邊拱外側，趴桿從吊桿間的5m寬范圍伸入到中橫梁正上方，起吊安裝。

2.5 縱橫梁連接

中橫梁全部安裝就位后，可進行兩端與縱系梁濕接頭鋼筋、波紋管連接，然后安裝模版澆筑濕接縫混凝土，待混凝土強度滿足設計要求后在進行中橫梁預應力張拉和壓漿施工，最后拆除上方的貝雷桁架。

2.6 中橫梁安裝桿件受力檢算

2.6.1 貝雷梁受力驗算

中橫梁自重按68.6t，吊點距貝雷梁端2.1m計算，每個吊點荷載P=68.6t/4=17.15t，力學模式如圖6。

貝雷梁承擔最大彎矩和剪力：

彎矩Mmax=171.5*2.1=360.15kN·m<1687.5kN·m。剪力Qmax=171.5kN<245.2kN。

2.6.2 扁擔梁受力驗算

扁擔梁均采用2[20a槽鋼組合梁，上下進行局部橫向焊接加強，保證穩定性和提高受力能力，角焊縫高度為8mm。

[20a槽鋼截面特性：Wx=178.0cm3，Ix=1780.4cm4，Sx=104.7cm3，d=7mm

下扁擔梁受力計算，下扁擔采用2根2[20a槽鋼組焊件設計，受力力學模式如圖7。

中橫梁自重68.6t，腹板寬度0.7m。

中橫梁自重產生的集中荷載P=171.5kN

剪力Q=171.5kN

彎矩Mmax=Q*a=171.5*0.3=514.5kN·m

彎應力σw=M/Wx=144.5MPa<[σw]=145MPa。

剪應力τ=（QSx）/（2Ix*d）=72.0MPa<[τ]=125MPa。

局部壓應力σy=Q/（tw*L1）=86.8MPa<[σy]=320MPa。

撓度ω=17.15*104*0.3*（3*1.22-4*0.32）/（24*E*Ix）=1.2mm<1.2/400=3.0mm。

上扁擔梁受力計算力學模式如圖8。

Q=R=171500N

彎矩Mmax=25725N·m

[20a槽鋼截面特性：Wx=178.0cm3，Ix=1780.4cm4，Sx=104.7cm3，d=7mm

彎應力σw=M/Wx=71.5MPa<1.05[σw]=225MPa。

剪應力τ=（QSx）/（2Ix*d）=72.0MPa<[τ]=125MPa。

局部壓應力σy=Q/（tw*L1）=86.8MPa<[σy]=320MPa。

撓度ω=Q*0.152*0.9*（3+2*0.15/0.9）/（6*E*Ix）

=0.26mm<0.9/400=2.3mm。

綜合以上驗算，上扁擔梁受力安全可靠。

2.6.3 中橫梁固定調整連接鋼筋強度驗算

？準32mm冷拉Ⅳ級鋼筋允許拉力計算：

[N]=A*[σ]=8.043cm2*700MPa=563010kN=56.3t。

中橫梁自重按68.6t考慮，每根中橫梁通過4根？準32mm冷拉Ⅳ級鋼筋上下連接上下扁擔梁固定，每根鋼筋承受拉力17.15t<56.3t，滿足要求。

2.7 安全保證措施

①成立以項目經理掛帥的安全生產領導小組，具體指導、檢查各作業隊的安全生產活動。

②吊裝之前應封航，由航道部門負責配合，在上下游各派一艘巡邏船，進行警戒巡邏。

③吊裝中橫梁時，必須輕吊輕放，置于駁船上時與船重心重合，同時支撐穩固，嚴禁偏載和梁體傾翻毀壞或傷人。

④所有水上作業人員，身著救生衣。

⑤起重設備操作人員必須聽從起重指揮的調動，做到協調一致。

⑥吊裝就位后應及時進行鋼管及安全網防護。

⑦工點技術干部跟班作業，及時確定停吊時的各種參數。

⑧各種作業人員必須經考試合格后持證上崗。

⑨吊裝設立指揮小組，由專人統一指揮，其它人不得干預。專職安全員負責督促各項安全措施。

⑩貝雷梁隨中橫梁一起吊裝，應捆綁牢固，防止松扣、脫扣現象，起吊前應仔細檢查。

3 結束語

無支架先拱后梁施工技術解決了航道上系桿拱橋施工支架搭設和占用航道影響通航的諸多技術難題，充分體現了浮吊水上吊裝作業的優越性，中橫梁采用預制吊裝施工工藝簡單，便于操作，很好地解決了水上進行中橫梁現澆支架搭設拆除及預壓等諸多技術難題，整個施工過程橋梁受力清晰，臨時懸掛中橫梁的貝雷梁桁架占用時間短，減少了其他大型安裝設備的投入，加快施工進度，減小施工成本。

參考文獻：

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