90 m +200 m +90 m 連續剛構鋼管拱橋施工關鍵技術研究

柯偉鵬，王 博

（1.浙江交工集團大橋分公司，浙江 杭州 310051；2.浙江杭甬復線寧波一期高速公路有限公司，浙江 寧波 315100）

1 工程概況

府河特大橋橋梁全長5833.65 m，主橋為90 m+200 m+90 m 三跨連續剛構系桿拱橋，見圖1。下部結構46、49 號邊墩承臺尺寸：順橋向×橫橋向×厚度為9.4 m×12.3 m×2.5 m，樁基為12 根直徑1.25 m的鉆孔樁，順橋三排，橫橋四排，橫橋向中心間距3.3 m，順橋向中心間距3.5 m。47、48 號主墩墩上層承臺尺寸：順橋向×橫橋向×厚度為13.2 m×18.6 m×2.0 m，四角采用150 cm 的倒圓弧；下層承臺尺寸：順橋向×橫橋向×厚度為18.5 m×25.5 m×4.0 m，四角以R=225 cm 的圓弧倒圓；樁基為12 根直徑2.8 m 的鉆孔樁，順橋三排，橫橋四排，樁中心間距7.0 m，所有樁均伸入W2 新鮮巖層。

圖1 主橋橋式布置圖（單位：mm）

主梁采用單箱雙室變高度箱形截面預應力混凝土結構，梁底按圓曲線變化由中支點處梁高10.6 m想向跨中及邊支點處梁高4.6 m 過渡。箱梁頂板寬14.2 m，中支點局部頂寬16.5 m；箱梁頂板厚0.44～0.68 m，中支點處局部頂板厚1.7 m，邊支點處局部頂板厚0.72 m，箱梁底寬10.8 m，中支點處局部底寬13.8 m；底板厚度0.40～2.0 m。

箱梁設計為直腹板，腹板厚分0.40 m、0.55 m、0.70 m 三種，中支點處加厚為1.00 m，邊支點加厚0.85 m，箱梁腹板設直徑10 cm 通風孔。設置橫隔板8 道，邊支點厚1.5 m，中支點厚2.0 m，中孔位置厚0.4 m，橫隔板位置設人孔。各吊桿位置共設20 道吊點橫梁，吊點位置橫梁高分1.76 m、1.52 m、1.42 m三種，橫梁厚0.4 m。主梁共分83 個梁段，邊孔梁段編號K1'～K18'、K23',中孔梁段編號K1～K22。梁拱結合部0 號梁段長19 m，中孔K20 號合龍梁段長3.0 m，邊孔K21' 直線段長5.75 m，其余梁段長分3.0 m、3.5 m、4.0 m、4.5 m 四種。懸澆梁段最重3 430 kN。

拱肋： 拱肋計算跨度L=200.0 m， 設計失高f=40.0 m,失跨比f/L=1∶5，拱軸線為二次拋物線設計，拱肋施工采用施工拱軸線制作和拼裝，高度3.3 m，管徑1.2 m，壁厚為20 mm 和24 mm 兩種（見圖2）。鋼管拱設計采用平行拱雙管結構，拱肋為鋼管混凝土結構，采用等高度啞鈴形截面，截面高3.3 m。拱肋弦管直徑1.2 m，弦管之間用δ=16 mm 厚鋼綴板連接，弦管及綴板內填充微膨脹混凝土。兩榀拱肋間橫向中心距11.9 m。拱肋鋼管在場內統一加工后運至現場拼裝，每榀拱肋劃分17 運輸節段，運輸節段最大長度小于17.0 m。每榀拱肋上下弦管分別設灌注混凝土隔倉板1 處和加勁鋼箍36 道；腹板內設灌注混凝土隔倉板3 處，沿拱軸線均勻設置加勁拉筋，加勁拉筋間距為0.5 m。兩榀拱肋之間共設11 道橫撐，橫撐均采用空間桁架，各橫撐由4 根φ500×14 mm 主鋼管和32 根φ250×10 mm 連接鋼管組成，鋼管內部不填混凝土。全橋共設40 組雙吊桿，縱向間距9 m。吊桿上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點橫梁下緣固定底座。

圖2 拱肋結構布置圖（單位：mm）

2 鋼管拱橋主梁施工方案

2.1 主梁施工方案概述

主梁采用菱形掛籃進行施工，在0 號塊上拼裝掛籃，掛籃梁段長分別有3.0 m、3.5 m、4.0 m、4.5 m四種。懸澆梁段最重3 430 kN。掛籃一次走行，底模板通過后下橫梁吊掛于導梁上，采用千斤頂拽拉掛籃走行就位。

2.2 掛籃結構

掛籃主桁架的三片主桁由聯結系聯結形成整體；每片主桁主要包括：上下弦桿、斜撐桿和斜拉；掛籃主桁各桿件之間以及主桁與聯結系之間均為鉸接。

底模平臺由前下和后下橫梁、底模縱梁及底模板；前后吊掛系統前上橫梁、錨梁、吊帶(吊桿)、千斤頂組成；內外側模包含外側模排架、內模排架、吊掛、內外導梁及模板；掛籃走行系統由走道梁、后勾板、內外導梁及走行吊掛框組成。后錨固系統包含錨固梁及錨固預應力筋。

2.3 掛籃施工步驟

（1）掛籃主桁架采取散拼，由200 t.m 塔吊吊裝各菱形桁架、連接系及各桿件等；底模平臺在橋位處地面拼裝整體后，整體提升至設計位置；完成混凝土澆筑前準備工作。（2）完成主梁節段混凝土澆筑施工。（3）底模平臺下放800 mm 脫離混凝土底面，完成吊掛系統轉換，將后下橫梁吊掛至外導梁，解除底模后吊掛，由千斤頂抓拉主桁架走行至設計位置。（4）重復步驟一至步驟三，完成主梁剩余梁段混凝土澆筑施工。

2.4 鋼管拱橋0# 塊施工方案

2.4.1 0# 塊施工方案概述

0 號塊梁段為墩梁固結段，長度為19 m，混凝土澆筑方量為1 500.03 m3。0# 分二次進行澆筑，第一次澆筑高度為7.5 m，第二次澆筑高度為5.3 m 及拱座。第二次澆筑混凝土前，在已澆筑混凝土內施加縱橋向臨時預應力。采用鋼管支架施工方案，下部結構采用直徑800 mm 鋼管柱，固定于承臺的預埋件上，各鋼管柱之間采用連接系進行連接。鋼管支架上部結構采用分配梁，分層縱橫向布置，作為底模板排架的支撐平臺。墩身為雙薄壁墩，雙墩之間連接梁段為拱形。采用拱形支架。外側模設置模板排架，采用精軋螺紋鋼進行對拉。

2.4.2 0# 塊施工鋼管支架結構

鋼管支架底模排架單側共14 排，分配梁A、分配梁B 及分配梁D 采用2HN700×300 型鋼，分配梁C 采用HN700×300 型鋼。鋼管柱最大反力為312 t。底模排架為桁架結構，上弦桿采用2[32a 型鋼，下弦桿、斜桿采用2[20a 型鋼，豎桿為φ297×6 mm 鋼管。拱架主拱肋采用2[32a 型鋼，拱腳采用可調撐桿連接。抄墊高度設計值為H=150 mm，現場拼裝時根據實際測量對抄墊高度H 偏差進行修正。側模排架為桁架結構，采用精軋螺紋鋼對拉側模排架。底模板及側模板均采用鋼模板，見圖3。

圖3 0# 塊鋼管支架結構總圖（單位：mm）

2.5 主梁合龍段施工

主梁合龍順序：先邊跨合龍后中跨合龍。

邊跨合龍：待邊跨現澆段施工完畢，采取沙袋進行配重，對邊跨合龍段進行鎖定，澆筑邊跨合龍段混凝土，逐漸同步卸載邊跨合龍段側沙袋；張拉預應力并壓漿完畢，形成簡支單懸臂結構，完成體系轉換。

中跨合龍：采用吊架合龍方案，兩個邊跨合龍完畢后，中跨合龍段鎖定，澆筑中跨合龍段混凝土，逐漸同步卸載中跨合龍段側沙袋；張拉壓漿完畢，完成體系轉換。

合龍吊架利用掛籃底平臺、側模排架及內外側模板。合龍鎖定采用勁性骨架進行體外支撐，采用預應力束作為臨時約束。

3 拱肋施工方案

3.1 拱肋施工方案概述

鋼管拱肋總重為774 t，每側拱肋分為17 節，最大節段重量約24 t，每道橫撐重量為11.6 t，拱肋節段統一廠內加工預拼并檢驗合格后，運至現場，由130 t 汽車吊吊裝至橋面，通過運輸車運至安裝位置。

3.2 拱肋提升支架施工

拱肋劃分為三段進行施工，其跨度為53 m+94 m+53 m。其中兩邊跨（53 m 段）采用原位拼裝，由80 t履帶吊吊裝，其最大節段重量16.5 t；中跨（94 m 段）先采用80 t 履帶吊分節段吊裝至支架上焊接成整體，再由吊架整體起吊提升至設計位置，其整體節段重量約370 t，共4 個吊點，見圖4。

圖4 拱肋提升支架施工布置圖（單位：mm）

兩邊跨（53 m 段）其鋼管拼裝支架頂部分配梁上設置鞍座，采用千斤頂起頂鞍座對鋼管拱節段線形進行調節。

施工步驟1：支架拼裝完成，由80 t 汽車吊吊裝兩邊跨（53 m 段），采取分節段吊裝，見圖5。

圖5 拱肋提升支架施工步驟一布置圖（單位：mm）

施工步驟2：采用80 t 汽車吊吊裝中跨（94 m 段）拱肋，將中跨拱肋拼裝成整體；同時采用200 t.m 塔吊拼裝吊架，見圖6。

圖6 拱肋提升支架施工步驟二布置圖（單位：mm）

施工步驟3：采用連續千斤頂整體提升中跨（94 m段）拱肋至設計位置，焊接合龍，見圖7。

圖7 拱肋提升支架施工步驟三布置圖（單位：mm）

采用80 t 汽車吊吊裝拱肋，吊臂長度為36 m，其最大吊重為22 t，最小吊距為5.5 m，可滿足最高拱肋節段吊裝。整體提升中跨（94 m 段）拱肋施工時，對主梁主體結構進行計算，其主梁受力拉應力計算值滿足設計要求，則此方案滿足施工要求。

3.3 鋼拱肋拼裝支架設計與安裝

3.3.1 鋼拱肋支架設計

拱肋施工分三段：45.66 m（邊跨）+1.6 m（合龍段）+107.08 m（中跨）+1.6 m（合龍段）+45.66 m（邊跨），邊跨為原位拼裝施工，中跨為整節段提升吊裝施工。拱肋拼裝臨時支架分為原位拼裝支架、整節段拼裝支架和提升支架三個部分，除提升支架采用φ800×10 mm 鋼管柱外，其余支架均采用φ630×8 mm 鋼管柱。

原位拼裝支架和整節段拼裝的單根鋼管支架分為管柱和鞍座兩部分，管柱通過預埋件固定于梁面，并通過斜撐和連接系與其他管柱連接成整體，見圖8、圖9。鞍座設置于管柱頂端的橫向分配梁上，通過設置橫向和豎向反力座，利用千斤頂頂起鞍座來調整拱肋拼裝時的線型。

圖8 拼裝支架結構大樣圖

圖9 提升支架正面布置圖

提升支架采用對邊跨拼裝支架接高方案，待邊跨拱肋節段安裝完成后，接高對應位置的鋼管立柱，在鋼立柱上設置縱橫向鋼箱梁，并安裝后錨固系統和提升系統。后錨固系統采用7-φ15.24 mm 鋼絞線，錨索采用千斤頂張拉至設計噸位，根據需要整體提升的中跨節段荷載，安裝4 臺連續千斤頂。

3.3.2 拼裝支架的制造與安裝

安裝順序：本橋鋼管拱施工臨時支架由48 號墩向47 號墩依次安裝，安裝程序為：清理、復測預埋件→管樁安裝→連接系安裝→橫向分配梁（鞍座）安裝→驗收。

支架安裝前，應復測預埋件的位置及高程，確定好管樁長度，原則上長度小于12 m 的管樁一次安裝到位，大于12 m 的管樁采用分段安裝焊接，管樁上提前設置好平臺，以確保管樁對接及連接系安裝施工安全。管樁與預埋件焊接時，先在管樁底部放樣開槽，在與預埋件鋼板進行坡口焊，焊縫等級為二級，管樁應豎直偏差不超過L/700。提升支架管樁底部墊梁分三段3 m+6 m+3 m 制作安裝，施工時先安裝兩端3 m，抄墊平整，再安裝管樁。拱肋提升前，再安裝中間6 m 墊梁，確保施工過程中橋面暢通。

拱肋拼裝和提升支架鋼管構件連接采用焊接，在焊接構件制造時，必須不斷優化施工工藝，以減小構件加工變形，降低焊接殘余應力，同時構件焊接接長時，注意對接焊縫要適當錯開。支架體系使用過程中必須定期檢查橫梁的撓度、鋼柱的水平位移、焊縫質量、千斤頂安全性，支撐體系系統的整體穩定性，做好沉降變形記錄。拱肋拼裝和提升支架鋼管立柱制造完畢后，對其應進行必要的防銹防護處理并將各部件進行標識編號。拱肋拼裝和提升支架的安裝采用汽車吊機吊裝，人工輔助配合焊接固定，可由兩側邊跨向中跨依次安裝。拱肋拼裝和提升支架的焊接平臺要按照結構設計“三同時”的要求，做好安全防護措施。拱肋施工橋面機械設備、半成品較多，應注意交通組織及半成品保護。

3.3.3 鋼管拱拼裝

（1）拱肋拼裝順序

鋼管拱施工由48 號墩向47 號墩方向進行拼裝。主要施工步驟為：鋼管拱運輸至安裝位置→鋼管拱吊裝→調整拱肋前端坐標→臨時連接安裝→復測、拱肋焊接→吊裝下一節段至邊跨鋼管拱拼裝完成→安裝（臨時）橫撐→吊裝提升吊架→拼裝中跨拱肋及橫撐→拱肋線形、焊縫質量全面檢測。

（2）拱肋安裝關鍵控制要點

施工時，拱肋從橋頭路基直接運輸上橋至安裝位置，利用80 t 汽車吊吊裝到拼裝支架鞍座上，通過千斤頂調整鞍座位置來精準調整鋼管拱節段位置。

吊機站位必須對照吊重曲線與拱肋各節段工況一一對應，嚴格執行一吊一方案。拱肋吊裝到位后，先環口采用匹配件臨時固定牢固，防止后續節段吊裝時發生移位。拱肋對接固定時，先采用碼板進行臨時連接，待復測精調滿足設計要求后再在進行焊接，焊接時設置施工平臺，施工平臺由槽鋼+ 角鋼組成框架結構與拱肋焊接固定，搭設腳手板作為施工平臺。吊裝由專人指揮，信號準確，起重人員操作熟練，避免吊裝時構件碰撞而損傷。

3.3.4 中跨節段整體提升

（1）拱肋提升系統

中跨采取整節段提升吊裝施工，其施工布置見圖10、圖11。

圖10 主梁上下緣最大拉應力（單位：mm）

圖11 吊架橫斷面布置圖（單位：mm）

中跨（107.08 m 段）先采用80 t 汽車吊分節段吊裝至支架上焊接成整體，再由吊架整體起吊提升至設計位置，其整體節段重量約450 t，共4 個吊點，采用19-Φs15.24 鋼鉸線作為提升索，提升索與拱肋通過轉換吊耳連接。

（2）提升設備組成及安裝

中跨階段整體提升設備主要有連續千斤頂、泵站、控制系統傳感器及其他附屬設備組成，連續千斤頂分為拉索和提升索，其中拉索連續千斤頂設置規格為4 臺100 t，提升索聯系千斤頂設置規格為4 臺200 t，張拉千斤頂與泵站根據現場情況就近布置，之間通過高壓軟管互連，液壓油路之間相互獨立，并在連續千斤頂上安裝有液控單項閥，防止油管爆裂產生下滑現象。控制系統將各種傳感器同各自的通訊模塊連接，再連入計算機控制系統中整體聯調，采用1 臺液晶顯示屏控制柜總控各提升設備。

（3）提升施工工藝流程拱肋整體提升施工工藝流程為：施工準備→試提升加載→支架體系檢查→提升系統檢查→空中停滯驗證結構安全性→正式提升→拱肋臨時固定→拱肋合龍段安裝

（4）提升準備

a. 拱肋及橫撐在橋面拼裝完畢，根據提升千斤頂布置圖，將提升千斤頂安裝到位；b. 提升油管安裝，控制設備安裝；c. 吊車配合千斤頂泵站吊裝和鋼絞線安裝；d. 用2 t 手動葫蘆拉鋼絞線，使得一束鋼絞線的每一根長度基本一致；e. 所有千斤頂正式使用前，應經過負載試驗，并檢查錨具動作的工作情況；f. 千斤頂就位后的安裝位置應達到設計要求，否則要進行必要的調整。

（5）試提升過程

a. 提升加載

正式提升前，按下列程序進行試提升：先對橫向拉索按照10%的額定張拉力進行張拉；分級張拉提升索，中跨拱節段與下部支架脫離即可；橫向拉索按照100%的設計張拉力進行張拉，并調整拱肋線形至設計要求。

b. 提升支撐結構檢查

檢查支撐結構結構的焊縫、變形等內容，確保提升安全。

c. 控制系統的檢查

通過控制系統檢查提升千斤頂的同步情況，必要時對控制參數進行修改或調整。

d. 空中停滯

試提升結束，提升鋼管拱脫離支架約50 cm，空中停滯1 h，組織人員重點檢查提升支架結構的焊縫、變形情況，及提升油缸、計算機控制柜、液壓泵站，驗證提升體系的安全性及穩定性，為正式提升提供決策依據。

（6）正式提升

正式提升過程的指令要統一，下達的指令要通過復核確認再下達給控制系統操作人員，提升提升速度控制在4～6 m/h。鋼管拱肋初次提升高程應先低于理論標高10 cm，再進一步精準提升至設計位置。提升過程中安排人員對支架結構的后錨索、提升索和拱肋變形等結構結構關鍵部位進行觀測，對油缸、泵站等提升控制系統進行觀測，如有異常及時通知總指揮人員。提升前需要在拱肋四個提升點設置攬風繩，防止提升過程中出現大風氣候，造成鋼管拱晃動。

（7）拱肋固定

當拱肋提升作業至設計標高后，采用槽鋼將中跨節段和邊跨節段進行臨時焊接固定，避免拱肋受風荷載影響晃動，為合龍段施工做好準備

（8）拱肋合龍施工

當提升拱肋臨時固定后，采用汽車吊和20 t 倒鏈配合，提升合龍段至設計位置；合龍段定位完成后，焊接臨時固定碼板，進行合龍段的焊接施工。

4 拱肋線型控制方案

4.1 測量控制網布設

測量控制網布設不僅要滿足拱肋安裝，還要滿足拱肋安裝后的定期觀測。整個橋拱肋跨距200 m，設置兩個方格控制網用于拱肋的安裝定位，高程控制可以依據方格網布設。

4.2 鋼拱腳安裝定位測量

拱腳安裝時，通過全站儀對拱腳安裝位置和精度進行調整。

4.3 拱肋、橫撐安裝測量

拱肋的測量主要包括：邊跨原位安裝、中跨低位拼裝、中跨提升到位，重點是中跨拱肋節段的提升測量。在中跨節段吊裝前，測量人員依據測量要求，將反射片貼于標記處，在溫度作用下，對拱肋變形進行連續觀測，作為合龍溫度下拱肋實測線形對計算結果的驗證，從而指導張拉索力的調整和合龍段長度的測量。拱肋吊裝過程中，采用全站儀對中跨拱肋的相對位置進行觀測，以控制中跨節段的提升高程，直至拱肋提升至設計位置。

5 結語

連續剛構鋼管拱橋在橋梁建設領域廣泛應用,其跨度逐步加大,對施工技術提出了更高的要求,為推動拱橋建設事業的發展, 有必要從拱橋基本特點入手,探討相適應的施工技術,采取行之有效的質量控制措施。