大跨徑鋼管系桿拱橋施工技術(shù)的應(yīng)用

許 淵 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

太和三橋加寬工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)橋基礎(chǔ)為鉆孔樁和承臺(tái)、上部結(jié)構(gòu)為跨徑達(dá)152m的鋼管混凝土系桿拱鋼橋，主跨墩號(hào)為8號(hào)和9號(hào)，主橋橋?qū)?3.2m，拱軸線為懸鏈線，懸鏈系數(shù)為1.5，矢跨比1/4。主鋼梁有端橫梁、系梁、中橫梁、小縱梁、挑梁和混凝土橋面板組成，主拱肋為由綴板連接雙φ1200鋼管的啞鈴型結(jié)構(gòu)。

該橋因跨徑較大，主要采用了支架法施工。根據(jù)河床寬度及設(shè)計(jì)跨度152m、主航道通航及整個(gè)橋梁的吊裝焊接工作量實(shí)際要求，項(xiàng)目最終確定采用鋼梁及鋼拱肋分段、河中搭設(shè)支架法架設(shè)、鋼拱肋采用支架架設(shè)后用泵送頂升壓筑法進(jìn)行主橋施工。

2 施工流程及關(guān)鍵施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 施工流程

準(zhǔn)備工作→支架基礎(chǔ)施工→支架預(yù)壓→架設(shè)支架分配梁→架設(shè)橫梁→吊裝系梁并焊接→吊裝中橫梁并焊接→吊裝小縱梁→鋪設(shè)臨時(shí)橋面板→安裝鋼管拱支架及連接系→對(duì)稱安裝拱腳→對(duì)稱安裝鋼拱肋及風(fēng)撐→安裝合攏段及風(fēng)撐→灌注拱肋混凝土→拆除鋼拱肋支架→安裝吊桿→拆除臨時(shí)橋面板→安裝預(yù)制橋面板→吊桿第一次張拉→澆筑橋面后澆縫→拆除端橫梁及河中支架→橋面鋪裝施工→吊桿第二次張拉→橋面系施工及試驗(yàn)驗(yàn)收→全橋涂裝。

2.2 主橋鋼管拱肋及鋼梁的分段

根據(jù)該橋鋼梁各部件加工、運(yùn)輸、吊裝、焊接實(shí)際情況經(jīng)專業(yè)廠家分段，主跨8#墩端橫梁分3段、9號(hào)墩端橫梁分3段，其最大吊裝段重量達(dá)80.5t，尺寸為13800×4530×2810。拱肋與端橫梁連接的部分形成拱腳，全橋共4處，全橋東西兩側(cè)系梁分別各分5段、東西兩側(cè)拱肋各分11段，最大吊裝段重量達(dá)68t，尺寸為33000×2535×2100。設(shè)計(jì)橫撐5個(gè)，每個(gè)38t，尺寸為16900×2610×2410。以上部件及輔助構(gòu)件均在工廠加工試拼裝后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝焊接成型。具體圖示及數(shù)量表見圖1和圖2。

2.3 主橋鋼梁支架施工

根據(jù)主跨寬度和MIDAS-Civil空間整體模型計(jì)算，河中支架采用10（邊跨）+（15×2+36×2+15×2）（中跨）+10（邊跨）的152m橋跨結(jié)構(gòu)，其下部采用φ600×8mm鋼管樁柱，上部采用貝雷鋼架梁，梁上布置微調(diào)鋼板墩，利用鋼板墩支撐拼焊鋼箱梁。

2.3.1 支架下部施工

支架下部構(gòu)造采用φ600×8mm鋼管樁柱，用駁船運(yùn)至放樣指定位置，端橫梁處32根支撐用浮吊架設(shè)，河中102根采用浮吊吊振動(dòng)打樁機(jī)進(jìn)行打設(shè)，樁間采用型鋼桁架連接，樁頂架設(shè)2I40a工字鋼作分配梁，以支撐貝雷鋼架。具體樁位（十字線）圖如圖3所示。

2.3.2 支架上部施工

支架上部結(jié)構(gòu)采用321型貝雷梁，長(zhǎng)寬尺寸為3.0m×1.5m，通航孔72m范圍內(nèi)位置采用雙層貝雷梁，其它部位采用單層貝雷梁，貝雷梁拼裝成兩組15 m一段，通過浮吊架到鋼管樁上的40工字鋼分配梁上，接口盡量擺在梁上，同時(shí)確保貝雷梁在同一直線上。一跨拼裝完后，上下游貝雷梁用8水平撐的形式在下弦桿加固，每跨加固5根水平撐。鋼梁的預(yù)拱值通過設(shè)置在貝雷梁上的微調(diào)鋼板墩高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在施工現(xiàn)場(chǎng)拼好的分段貝雷鋼架梁采用駁船運(yùn)至指定位置，再用浮吊吊裝拼焊好。具體圖示如圖4和圖5。

圖1 鋼管拱分段立面圖

圖2 鋼梁分段平面圖

圖3 支架鋼管樁位平面示意圖

圖4 鋼梁支架布置立面示意圖

圖5 鋼梁支架布置平面示意圖

2.3.3 支架預(yù)壓及同步觀測(cè)

支架體系完成時(shí)按階段進(jìn)行壓載試驗(yàn)。主要分為四個(gè)節(jié)段，第一階段鋼管樁預(yù)壓。采用100t千斤頂對(duì)單根鋼管樁進(jìn)行預(yù)壓，檢測(cè)其設(shè)計(jì)承載力900k是否與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)相符。第二階段鋼管樁樁群預(yù)壓。采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝的鋼縱梁（33m、80t）對(duì)鋼管樁樁群進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為設(shè)計(jì)承載的1.1倍，以檢驗(yàn)鋼管樁群是否能夠共同受力。第三階段貝雷鋼架梁預(yù)壓。利用現(xiàn)場(chǎng)拼好的鋼縱梁（33m、80t）預(yù)壓對(duì)通航孔處貝雷鋼架梁進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為設(shè)計(jì)承載的1.1倍，以檢驗(yàn)通航孔跨的貝雷鋼架梁承載能力。貝雷鋼架梁預(yù)壓圖示如圖6所示。

第四階段鋼橋面預(yù)壓。鋼梁拼裝形成整體后，對(duì)實(shí)際承載位置采用堆放預(yù)制橋面板、鋼構(gòu)件等形式，檢驗(yàn)此時(shí)整個(gè)支架和鋼梁整體體系的安全和穩(wěn)定。在每階段預(yù)壓時(shí)同步進(jìn)行預(yù)壓觀測(cè)。預(yù)壓期間根據(jù)理論計(jì)算布置測(cè)量點(diǎn)，分別測(cè)量加載之前、加載60%、加載完成、卸載后四個(gè)階段標(biāo)高來反映變形的大小與設(shè)計(jì)極限進(jìn)行比較分析。

2.4 主橋鋼結(jié)構(gòu)安裝施工

2.4.1 鋼梁安裝

本項(xiàng)目主橋鋼梁分為6段端橫梁、10段系梁、20道中橫梁、105個(gè)小縱梁及14段挑梁。安裝順序：端橫梁安裝→系梁安裝→橫梁安裝→小縱梁安裝→挑梁安裝。端橫梁和系梁用駁船運(yùn)輸和110t浮吊吊裝支架體系上拼裝焊接，中橫梁、小縱梁和挑梁均在安裝好的系梁上架設(shè)MH10-17龍門吊機(jī)進(jìn)行架設(shè)。最后架設(shè)臨時(shí)橋面板，開始鋼管拱支架體系安裝。

圖6 貝雷鋼架梁支架預(yù)壓圖

圖7 鋼拱肋安裝支架模型圖

2.4.2 鋼拱肋安裝支架施工

在臨時(shí)橋面板上搭設(shè)鋼管拱支架，全橋共設(shè)置10組立柱，采用φ1000×10mm鋼管柱，其底部與系梁頂板焊接，頂部設(shè)置分配梁、托盤及防護(hù)欄桿，采用型鋼桁架結(jié)構(gòu)連接，柱身設(shè)爬梯。如圖7所示。

2.4.3 鋼拱肋安裝支架施工

鋼管拱分為4個(gè)拱腳處，22道拱肋，5道橫撐，分別在廠家制造完成并試拼裝合格，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，采用2臺(tái)100t汽車吊在臨時(shí)橋面上按次序進(jìn)行對(duì)稱吊設(shè)拼裝焊接。焊接前應(yīng)檢查拱肋混凝土灌注孔、排氣孔、冒漿孔、泄水孔及管道設(shè)置位置。安裝順序：拱腳處→逐段拱肋→橫撐→逐段拱肋→合攏→橫撐。安裝時(shí)要先將鋼拱腳與端橫梁及系梁進(jìn)行固結(jié)，同時(shí)采用精軋螺紋將鋼縱梁和其下部支撐貝雷架梁聯(lián)結(jié)成整體。拱頂合攏段左、右幅應(yīng)分別安裝，安裝時(shí)須進(jìn)行測(cè)溫，一般溫度在10～15℃安裝。安裝圖如圖8所示。

圖8 鋼拱肋安裝圖

2.5 鋼管拱肋混凝土施工和吊桿安裝

2.5.1 鋼管拱肋混凝土灌注

鋼管拱肋含拱腳總弧長(zhǎng)175.1m，拱肋部分弧長(zhǎng)157.9m，含上弦管、下弦管、中間腹板、除去拱肋吊桿占用部分體積，拱肋壓漿混凝土總計(jì)897m3，混凝土為C50無收縮微膨脹混凝土。在鋼管拱、球鋼支座及型鋼擋塊安裝好后，設(shè)置好防回流閥，開始灌注鋼管拱混凝土，混凝土灌注采用輸送泵泵送頂升灌注法施工。因結(jié)構(gòu)型式、截面受力、管內(nèi)阻力等多種因素灌注時(shí)為防止爆管或鼓管現(xiàn)象分兩次壓注到頂，中間在臨時(shí)鋼管支撐處設(shè)置隔倉，灌注時(shí)間控制在10h，分八次完成，先灌注下弦管、再灌注上弦管、最后灌注綴板腹腔。灌注前應(yīng)四個(gè)拱腳處各設(shè)置一臺(tái)地泵，左右側(cè)南北向?qū)ΨQ連續(xù)不斷地自下而上壓注，先灌筑拱腳處，然后對(duì)稱壓注拱肋和腹板，拱肋之間的橫撐不填混凝土。施工流程：東西側(cè)下拱肋分兩次→東西側(cè)上拱肋分兩次→東西側(cè)中腹腔分兩次，東西兩側(cè)兩根管及單側(cè)管的南北端拱肋混凝土壓注長(zhǎng)度相差控制在2m以內(nèi)。灌注至管頂冒出混凝土?xí)r為止且不需振搗。

2.5.2 吊桿安裝

全橋設(shè)計(jì)東西兩側(cè)Ф82mm吊桿對(duì)稱布設(shè)，間距為7m，各20根，拉索材料按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)格在專業(yè)工廠內(nèi)制作好運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，用吊車吊裝上橋，利用設(shè)在橋面上的吊車提升吊桿張拉端進(jìn)入拱肋預(yù)埋套管與吊桿錨固端傳入系梁上預(yù)埋套管內(nèi)并用錨固端錨具固定，然后利用吊車牽引拉索張拉端與張拉端錨具固定，同時(shí)在吊桿內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)吊桿應(yīng)力的磁通量傳感器，張拉端設(shè)置于拱肋端，吊桿采用銷接式吊耳錨固在主縱梁上，根據(jù)工程進(jìn)展對(duì)稱收緊，分次張拉，按設(shè)計(jì)要求完成后進(jìn)行防腐處理。

3 結(jié)語

太和三橋加寬工程主橋跨度達(dá)152m的大跨徑鋼管拱肋系桿拱橋施工中運(yùn)用支架法及泵送頂升壓注法施工技術(shù)在施工實(shí)踐中取得成效顯著，既節(jié)約了成本，又節(jié)約了工期，同時(shí)降低了超大跨徑橋梁的施工難度，具有一定的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，希望能為同類從業(yè)或相關(guān)人員提供參考借鑒。