無支架鋼管混凝土系桿拱橋設(shè)計與施工

黃雪林

(宿遷市交通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，江蘇 宿遷 223800)

1 概 況

碩放橋位于無錫新區(qū)，跨蘇南運(yùn)河，老橋?yàn)樾崩旒芰海瑯蚩鐬?20+45+70+45+20)m，因蘇南運(yùn)河“四改三”，不滿足Ⅲ級航道要求，故拆老橋，原位建新橋。設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級,人群荷載3.5 kN/m2。橋?qū)?8 m。

2 橋型選擇

主跨需滿足蘇南運(yùn)河80 m×7 m的通航要求。根據(jù)橋位地形，經(jīng)方案比選，主橋采用102.3 m鋼管混凝土系桿拱。全橋跨徑為：(5×20+22+20) m+102.3 m+7×20 m，橋長388.3 m，其中主跨及橫斷面如圖1所示。

圖1 主跨及橫斷面示意圖

主橋跨越蘇南運(yùn)河，河中船只極多，不能設(shè)墩，為減少斷航、礙航時間，采用無支架施工：即先在河邊拼裝拱肋、吊桿鋼管和系桿角鋼，焊成整片骨架后用浮吊將兩片骨架吊裝就位并用風(fēng)纜固定，焊接風(fēng)撐，形成輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 重點(diǎn)需解決問題

主跨99.1 m，采用無支架施工，抵抗水平力是設(shè)計的重難點(diǎn)。故設(shè)計了由拱肋鋼管、吊桿鋼管及系桿角鋼組成的鋼骨架，利用角鋼來抵抗水平力。

3.2 拱肋

拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，矢高19.82 m，矢跨比1/5，拱肋高2.6 m，鋼管外徑1.1 m，壁厚14 mm，內(nèi)充C40微膨脹混凝土。

3.3 系桿

系桿為高200 cm×寬120 cm箱形截面，腹板及頂?shù)装搴?5 cm，系桿內(nèi)埋設(shè)由4根180 mm×140 mm×25 mm角鋼焊成的勁性骨架，拱腳連接如圖2所示。

圖2 拱腳處連接示意圖

3.4 吊桿

每片拱設(shè)間距為5.45 m的剛性吊桿17根，外側(cè)鋼管為φ299 mm，壁厚10 mm，內(nèi)穿鋼絞線成品索。

4 主橋施工

4.1 主要工程量

見表1。

表1 主要工程數(shù)量表

4.2 機(jī)械設(shè)備投入

見表2。

表2 機(jī)械設(shè)備投入數(shù)量表

4.3 工程難點(diǎn)

(1)拱肋安裝方案的選擇是重難點(diǎn)。運(yùn)河航運(yùn)繁忙，支架施工耗時又礙航，還存在船撞風(fēng)險，選擇少礙航、方便快捷的施工方式是重難點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場情況，勁性骨架在北岸邊空地上拼裝，采用浮吊將其分片整體吊裝就位。

(2)吊裝就位精度和標(biāo)高控制要求高。主橋跨徑達(dá)100 m，矢高近20 m，勁性骨架單片重約200 t，如何將其安全快速地從拼裝場吊裝到位且滿足線型、標(biāo)高控制的需要，對吊裝能力是極大的考驗(yàn)。

(3)勁性骨架架設(shè)為水上作業(yè)，航道封航時間有限，作業(yè)要求高。在有限時間內(nèi)，浮吊在幾十米空中吊裝近200 t，水上的調(diào)度、回旋存在一定的風(fēng)險，對作業(yè)安全提出了更高的要求，故需做好應(yīng)急預(yù)案。

4.4 方案概述

桿件由陸運(yùn)、水運(yùn)至現(xiàn)場，在北岸邊預(yù)拼場拼裝勁性骨架，采用150 t浮吊整體吊裝。步驟如下：

(1)基礎(chǔ)、主墩施工，如圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)及主墩施工

(2)汽車吊拼裝勁性骨架,如圖4所示。

圖4 骨架拼裝

(3)浮吊分片吊裝,如圖5所示。

圖5 浮吊分片吊裝

(4)安裝風(fēng)撐及臨時橫撐,如圖6所示。

圖6 安裝風(fēng)撐及臨時橫撐

待勁性骨架架設(shè)完畢(圖7)即按設(shè)計施工流程完成拱腳及端橫梁、拱肋混凝土、系桿、中橫梁、橋面板、橋面系并成橋。

圖7 勁性骨架架設(shè)完畢

4.5 方案詳述

4.5.1 支架基礎(chǔ)

進(jìn)行場地平整,確定支架及基礎(chǔ)位置，用圓木樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

4.5.2 臨時支架

臨時支架分拱腳支架和拱肋支架。拱腳支架以型鋼焊接拼裝；拱肋支架以鋼管格構(gòu)柱支架為主,必要時采用貝雷桁架支架。

4.5.3 拱肋和系桿骨架的安裝

拱肋安裝根據(jù)分段長度、寬度、重量，采用汽車吊和履帶吊相結(jié)合。先安裝拱腳段骨架，由兩端向中間安裝并合攏。

系桿骨架安裝同樣由兩端向中間合攏。安裝過程中，邊起吊安裝邊進(jìn)行高程線型的調(diào)整和碼板的焊接固定。

在拱肋和系桿骨架全部安裝焊接并驗(yàn)收合格后，即安裝吊桿。先安裝吊桿上部，并焊接固定，吊桿下部待吊索穿插后焊接固定。

系桿骨架內(nèi)的鋼筋和鋼絞線的安裝在吊桿安裝后進(jìn)行，為減輕吊裝重量，盡量減少其安裝量。

單片骨架安裝重量在200 t左右，考慮風(fēng)荷載等因素，采用2臺150 t浮吊吊裝。

4.5.4 單片系桿拱安裝

安裝流程為：技術(shù)交底→安裝支座→確定拱腳邊線、中心線→鋼管拱落架前加固和支架下落→焊接剪刀撐→浮吊就位→安裝吊索和纜風(fēng)鋼絲繩→解除鋼支撐→起吊第一片勁性骨架→浮船移到河中間→旋轉(zhuǎn)90°→向橋位移動→勁性骨架就位→測量精調(diào)位置、垂直度，監(jiān)理驗(yàn)收→固定拱腳段，纜繩拉緊固定→脫卸起重吊索→安裝第二片勁性骨架→焊接風(fēng)撐→焊接臨時橫梁→解除纜繩索進(jìn)行下道工序。

其中幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的操作流程為：

(1)單片拱起吊：浮吊停在北岸拼裝場地，用鋼絲繩臨時固定，兩只浮吊用鋼絲繩連接。起吊前，拆除腳手架，安裝鋼絲繩。在吊點(diǎn)位置上下半圓包1 m寬橡膠塊，安裝拱上部和下部6根17.5 mm纜繩。準(zhǔn)備工作完成后，兩臺浮吊垂直于河岸線，同步緩慢起吊，兩吊點(diǎn)高差不超30 cm，采用標(biāo)尺和測量儀器控制，每30 cm測量一次。起吊至拱片離開支點(diǎn)10 cm后停止，拱腳兩端用粗麻繩拉好。對系桿拱全面檢查一次，觀察變形，測量預(yù)拱度，拱度誤差不大后，正式吊裝移位。

(2) 浮吊移位：拱肋起吊后，起重鋼絲繩緩緩提升，使拱腳脫離胎架，后用后錨鋼絲繩將浮吊向后退至河中間，將前錨左側(cè)鋼絲繩伸到對岸并牽引轉(zhuǎn)身，將浮吊旋轉(zhuǎn)90°，使其朝向橋位方向，解開前后錨，啟動移位裝置，向橋位方向移動，距橋位50 m左右時，將鋼絲繩捆在墩柱上，卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩往前, 在橋位處穩(wěn)住浮吊落梁就位，接近拱腳支點(diǎn)上方約50 cm時，待浮吊穩(wěn)定后將拱肋緩慢下放落架至支座上，2臺浮吊同時緩慢的部分卸載70%，拉緊8根橫向纜風(fēng)，用全站儀測量和垂球控制拱片豎直度，橫向纜繩由5t手拉葫蘆收緊并調(diào)整拱肋軸線及拱片豎直度，檢驗(yàn)合格后緊固纜繩索，拱腳段鋼結(jié)構(gòu)與支座處預(yù)埋鋼板用雙拼25工字鋼連接后，浮吊卸載脫鉤。

用同樣方法吊裝第二片拱片，在第二片拱片接近主墩時，將第一片拱肋上的2根備用纜風(fēng)繩穿過第二片的適當(dāng)位置替換原來的兩根纜風(fēng)繩。第二片拱片安裝就位后，調(diào)整好軸線， 松開一側(cè)浮吊(另一浮吊不動)，吊裝最高點(diǎn)風(fēng)撐和一道臨時中橫梁，設(shè)好橫向纜風(fēng)繩后卸載全部脫鉤，由高到低對稱安裝其余風(fēng)撐和臨時橫梁。

(3) 拱肋安裝：拱肋就位前，在墩頂預(yù)埋的20cm×20cm×1 cm鋼板上焊接20#槽鋼控制縱向位置，拱肋就位后，即在拱腳處生好斜撐以固定拱肋。隨后拉緊設(shè)在拱肋兩邊5#吊桿上端處4根纜繩，纜繩與拱片大約成40°，分布在拱肋兩側(cè)30 m外，纜風(fēng)繩采用φ17.5鋼絲繩，用5 t手拉葫蘆收緊。隨后進(jìn)行垂直度、軸線的貫通測量。如有偏差，用纜風(fēng)繩調(diào)整。達(dá)設(shè)計要求后，焊接拱腳處連接鋼板。

線型高度在水平向用手拉葫蘆調(diào)整，高程用千斤頂調(diào)整，微調(diào)到位后，焊接碼板固定。

4.6 鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)控安裝

拱肋和系桿骨架的安裝測量監(jiān)控，采用全站儀和經(jīng)緯儀進(jìn)行控制；用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、卷尺進(jìn)行復(fù)合檢測。

吊裝前，做好混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)連結(jié)部位的軸線、高程、位置的交接，并進(jìn)行前后工序的復(fù)測,明確各部位的誤差和修正措施，減少吊裝后的修正。

軸線控制，以全站儀控制軸線測量點(diǎn)，拱肋起吊安裝前，檢查控制點(diǎn)的位置；必要時，可在測量點(diǎn)上貼反光測量片以便觀察測量，曲線段需加密控制點(diǎn)。拱肋安裝后，測量其位置是否準(zhǔn)確。必要時，利用千斤頂微調(diào)。

5 結(jié)束語

鋼管混凝土是一種承載能力高、塑性和韌性好、方便施工的新型組合結(jié)構(gòu)材料，它充分地發(fā)揮了鋼材和混凝土的力學(xué)性能。本橋采用的結(jié)構(gòu)形式，國內(nèi)已有數(shù)座建成并投入使用，但在同等跨徑下采用勁性骨架吊裝的無支架施工尚不多見。設(shè)計中充分考慮了鋼管混凝土系桿拱橋的受力特點(diǎn)，以及施工順序?qū)Y(jié)構(gòu)的影響，實(shí)現(xiàn)了跨河無支架施工，架設(shè)時只需斷航半天，大大縮短了斷航、礙航的時間，經(jīng)濟(jì)、社會效益十分顯著。