1～80m簡支拱施工技術方案對比分析

程楊

河北省鐵路管理局 河北 石家莊 050000

引言

簡支系拱橋由于其造型美觀、優雅，經濟效果好，建筑高度低，在應用中還具有拱橋的較大跨越特性以及簡支梁的地基適用性強的特點。由于在鋼管內部填充了混凝土，進而使得鋼管管壁結構受壓應力后的穩定性得以大幅提升，并且在鋼管內填充混凝土后也使得鋼管的耐久與抗腐性能得到增強；從另一方面講，由于鋼管的管壁對已填充的混凝土起到了有效的套箍，可以增強鋼管內所填充混凝土自身的延展性能與抗壓強度。簡支拱系桿受力形式多樣，目前國內系桿拱橋施工建設多數采用豎向吊桿的形式，現階段鐵路工程多采用這種結構。

歐洲在十九世紀晚期開始應用系桿拱橋用于工程實踐活動。十九世紀中葉，奧地利的Josef Langer率先提出以柔性拱剛性梁的工程設計理念，豐富了在實際應用中的系桿拱橋選擇。這種結構形式在于明確以單方面承受軸向力為特點，是現代早期系桿拱橋的表現形式。在這之后的工程實踐與理論研究過程中，橋梁建設領域的研究人員發現將斜吊桿更換豎向吊桿，這種形式將較大程度的提高結構的剛度。由于這個設計理論的設想是首先由O.F.Nielsen提出，并在瑞典于二十世紀二十年代末，成功申請工程設計專利，所以這種形式的結構類型的系桿拱橋被歸納為尼爾森體系。在國際上橋梁工程學界上對系桿結構形式的研究與探索中，不論吊桿以何種形式進行設計與建造，都是視為解決工程實際問題的重要手段，兩種結構形式在大量的對跨度及荷載有特別要求的工程設計與施工中得以應用，二十世紀六十年代費馬恩松德橋在德國修建成功，這也是世界上首座應用提籃形拱肋進行施工建設的尼爾森—羅斯系統體系橋梁，在那個時代，其主跨徑高達248.4m，相比之下我國的橋梁建設施工中尼爾森體系桿橋的應用則較小，豎向吊桿布置方式為我國在此類橋梁體系中選擇中的主要結構形式。

簡支拱在施工技術上主要是系梁施工和鋼管拱施工。鋼管混凝土是鋼混結構的一種形式，在剖析其整體受力上得出將混凝土充分填滿鋼管，可以提高作為新的整體后在結構上受壓比單個鋼管或混凝土結構更加穩定的結論，同時也起到了增強鋼管的耐久與抗腐性能，還因為鋼管管壁對已填充的混凝土起到了套箍的因素，有效增強了混凝土自身延展性能與抗壓強度，使得拱橋在受力為主的情況下，顯得十分合理。將鋼管結合混凝土在設計和建造橋梁工程，在國外橋梁工程中的應用已逾百年。在十八世紀七十年代，英國secern鐵路橋的施工中有應用。蘇聯于二十世紀三十代初在修建跨列寧格勒涅瓦河橋梁工程時，拱梁組合體系設計并施工完成了跨徑為101m的鋼管混凝土橋，這也是首次采用鋼管混凝土拱橋結構的橋梁工程在施工中的應用，同時期在西伯利亞遠東地區同樣使用了這種將鋼管與混凝土結合的施工技術建造了一座跨徑為140m的橋梁。在這之后的研究中人們發現，用混凝土灌注拱腳端是增強防撞、防腐的有效手段，并應用于西班牙的盧西塔尼亞大橋、法國的安特納斯大橋等橋梁工程中。

1 研究內容

本文所開展的研究是在充分查閱并分析、總結已有簡支拱施工，尤其是跨越正常開通運營高速公路修建簡支拱工程的施工技術經驗和理論研究成果上，根據新建三曹塘鐵路工程跨海公路橋梁建設和河北鐵路局工程質量監理工作，針對依托項目工程三溝跨沿海高速公路特大橋工期緊張、沿海高速公路河北段過往車輛繁忙、前方150m即為唐曹互通區、施工現場用地狹小等施工條件，開展多項施工技術的專題研究，并將開展研究的分析結果反饋在依托工程的工程實踐中，獲得了很好的社會、經濟效益[1]。研究的主要內容有：

1.1 貝雷梁膺架法施工技術方案的比選研究

具體進行了施工安全狀況分析、交通安全性對比分析和工期與經濟性比選分析三方面的研究，在側重于在滿足施工安全和交通安全性的基礎上，選擇了全貝雷梁膺架法施工方案。

1.2 三溝跨沿海高速公路特大橋簡支拱施工技術研究

具體包含簡支拱系梁施工技術，包括條形基礎與貝雷梁施工、系梁支架的安裝與拆卸、拱腳支架安裝與拆卸、預應力施工等內容；鋼管拱施工技術，包括拱肋加工與制作、拱肋支架搭設、鋼管拱壓降、吊桿安裝張拉、支架模板拆除等內容。

1.3 三溝跨沿海高速公路特大橋簡支拱施工過程中的安全保障措施

由于該處施工受既有高速公路影響，如何在保證既有高速公路繼續運營，同時全時段保障各項施工工序連續不間斷，就要在交通導行和簡支拱各施工工序中加入安全保障措施，盡可能在施工過程中將各類安全隱患消除。

2 施工技術方案

本文對新建唐曹鐵路工程三溝跨沿海高速公路特大橋簡支拱施工全過程進行調查、研究，針對該工程工期緊張、沿海高速公路河北段過往車輛繁忙、道路前方即為唐曹互通區、施工作業區用地狹小等施工條件，對新建唐曹鐵路工程三溝跨沿海高速公路特大橋簡支拱兩種不同的施工技術方案進行對比分析，綜合考慮施工安全狀況、交通安全性和滿足工期、經濟性要求的前提下，選定全貝雷梁膺架法施工技術方案進行施工，將三溝跨沿海高速公路特大橋簡支拱施工技術分解為系梁施工技術和鋼管拱施工技術，結合跨越沿海高速公路和周邊地質條件等實際情況分別研究并闡述施工技術要點，再針對確保施工期間沿海高速公路河北段不間斷通行的情況下，結合簡支拱施工各工序采取有效的安全保障措施，有效消除施工期間的安全隱患，為實現三溝跨沿海高速公路特大橋順利完工提供技術理論保障[2]。

跨越沿海高速公路施工現場所在位置為雙向六車道并漸變雙向八車道，限行時速120 km，車道布置為4.59m（加寬段）+3×3.75m+3m（中央分隔帶）+3×3.75m+1.93m（加寬段），設計文件中梁底面至現有高速路面高度最小處為7.32m。承臺邊緣與高速路肩的最小鉛直凈距是為15.44m。針對三溝跨沿海高速公路特大橋工期緊張、沿海高速公路河北段過往車輛繁忙、前方150m即為唐曹互通區、施工現場用地狹小等施工條件的特點，編制以下兩種施工方案：

跨沿海高速公路采用貝雷梁膺架法結合碗扣式滿堂腳手架進行施工，在借道施工時，首先封閉右幅車道，開通左幅車道。左幅車道為兩車道，天津方向車道寬度6.31m～5.67m，唐山方向的車道寬度5.33m～4.58m。

左幅車道完成施工完畢后即進行封閉，并將右幅車道開通。右幅車道為兩車道，車道1寬度6.24m～5.52m，為天津方向的車道設置，車道2寬度5.38m～4.66m，為唐山方向的車道設置。

連續施工46小時的方案，要求現場多增加標示標牌。特別是在唐曹互通區與沿海高速交叉處往天津方向匯入的車輛，要在匝道出口和進口位置分別設置24h專職安全員，并布置應急警示燈燈、慢行交通警示標志牌，交通標志標牌要連續擺放，確保在道路封閉46h內，車輛有序的匯入指定道路

采用全貝雷梁膺架法施工，除了公路兩側需要各設置7根鉆孔樁外，可利用既有的承臺作為支點設置鋼管立柱。考慮到沿海高速公路車輛流量較大方案二采取臨時交通管制，在路政及交警的監督下，選擇每天車流量最小的時候，臨時封閉道路交通2h，每天封閉兩次，每次封閉一幅。每幅累計封閉天數為11.5d。

3 技術方案對比分析

在對上述兩方案進行施工安全狀況分析中，三溝跨沿海高速公路特大橋所跨越的沿海高速公路河北段是地區交通聯系的重要通道，路基寬度28m，并采用低路基設計，雙向四車道。該橋跨越沿海高速公路，前方15m處為唐曹互通區，從雙向六車道漸變更為雙向八車道，全年日均車流量12000輛幅，最高限速為120kmh，施工區段內秩序維護要求高，安全及各類管理壓力大，如在施工及后續施工過程中發生質量、安全事故，則影響范圍大、涉及面廣。

經由上述分析得知，沿海高速公路日車流量大，交通繁忙，依托工程下部施工可使用空間極為有限，因此如何確保簡支拱施工建設本身、沿海高速公路過往車輛安全是選擇施工技術方案極為重要的選擇因素[3]。

交通安全性對比分析中，依托該工程周邊安全狀況分析結果，施工方案的選取應充分依照“安全可靠、經濟適用”原則。為確保施工期間安全生產，應盡量減少站路施工的時間和頻率，以降低和通行車輛的交叉干擾；與此同時，在確保安全的情況下節約措施成本，要盡可能減少各類臨時設施、機械設備和人員的投入。

方案一中跨沿海高速公路采用貝雷梁膺架法施工，支架布置 12m+6m+12m；其余部分采用碗扣式滿堂腳手架。考慮到兩個主墩都位于荷塘內，且兩個主墩之前有一條1～13m的過水涵洞，碗扣支架搭設高度在10.5m左右，支架搭設較高，地基處理尤為關鍵，只能回填后打高壓旋噴樁，成本較高且工期較長，質量難以控制；受場地限制，碗口支架搭設位置小型車輛及器具無法通行。

方案二中采用全貝雷梁膺架法施工，除了公路兩側需要各設置7根鉆孔樁外，可利用既有的承臺作為支點設置鋼管立柱。貝雷片施工較為快捷，施工工期較短，且成本投入相對滿堂碗扣支架較小，地基處理較為簡單。

工期與經濟性分析。上述兩個方案的工期可依據施工進度安排的需求，在持續投入人、機、料保證滿足進度計劃，而方案一碗扣支架搭設位置位于承臺以外的荷塘內，地質情況較差，淤泥質土層達到5m厚，可以在采取回填后施打高壓旋噴樁，地基處理費用約為20萬元左右，且處理完畢后還要進行地基預壓，施工工期較長且施工費用較高。貝雷片屬于鷹架法施工，除了夸中存在彈性變形外，支座位置基本無沉降。但是碗扣支架搭設高度約為10m，自身扣件之間的壓縮量和地基的沉降是不可避免的。

方案二所采用的全貝雷梁膺架法施工，除了公路兩側需要各設置7根鉆孔樁外，可利用既有的承臺作為支點設置鋼管立柱。貝雷片施工較為快捷，施工工期較短，且成本投入相對滿堂碗扣支架較小，地基處理較為簡單。

即全部使用貝雷片和貝雷片與碗口支架相結合的兩個方案在總體工期一定情況下的工程量與工程造價對比可知，方案二比方案一預計要節約資金43萬元，支架搭設工期，方案二比方案一預計可減少工期35天，因此在結合圖紙設計、工程造價、業主對工期的要求等影響，方案二較方案一優勢明顯[4]。

4 結束語

本文根據新建唐曹鐵路工程三溝跨沿海高速公路特大橋簡支拱工程設計情況，結合現有合理的施工技術手段和裝備水平，針對依托項目工程三溝跨沿海高速公路特大橋工期緊張、沿海高速公路河北段過往車輛繁忙、前方150m即為唐曹互通區、施工現場用地狹小等施工條件，通過對比兩種支架方案的施工安全需要、交通導行與工期和經濟性優劣分析，選擇全貝雷梁膺架法施工技術方案。在本文的基礎上，還應進一步研究在簡支拱結構施工過程對于高速公路尤其是在互通變速車道區域的行車視距等方面的影響，提出適應于不同車速、不同車流量情況下的施工導行方案。