X形提籃式鋼筋混凝土拱橋勁性骨架安裝施工技術

秦定松

（中鐵一局集團橋梁工程有限公司，重慶 401121）

1 工程概況

渝黔鐵路項目控制性橋梁工程設計為1-370 m 上承式鋼筋混凝土X 形提籃式拱橋，其三維模型圖如圖1 所示。主拱圈采用勁性骨架外包混凝土施工，從拱腳到分叉處由2 肢單箱單室拱肋組成，拱頂合并為單箱三室截面。

圖1 鋼筋混凝土×形提籃三維模型圖

勁性骨架設計為鋼管混凝土構件，上下弦主鋼管共計8 肢（拱腳和分叉段各4 肢，拱頂合并段8 肢），管內壓注自密實無收縮混凝土。骨架分為44 個節段，節段長度在14.92～24.67 m，最重節段質量為183.7 t（含施工模板質量）。采用纜索吊機+斜拉扣掛法安裝，纜索吊機須能夠橫移覆蓋骨架吊裝范圍。勁性骨架節段參數見表1。

表1 勁性骨架節段參數

2 斜拉扣掛系統設計

2.1 總體設計

勁性骨架采用纜索吊機+斜拉扣掛法施工，即采用纜索吊機垂直起吊，縱移就位后，采用斜拉鋼絞線臨時錨固勁性骨架，直至合龍成拱圈。纜索吊機+斜拉扣掛系統布置圖如圖2所示。

圖2 纜索吊機+斜拉扣掛系統布置圖（單位：m）

纜索吊機主跨548.5 m，最大吊重2 000 kN（200 t），能夠橫移施工，滿足370 m 主跨勁性骨架吊裝施工。纜索吊機主要由纜索系統、起重小車、錨碇、塔架及風纜、動力系統5 部分組成[1]。

斜拉扣掛系統主要由扣索、背索、扣塔、錨碇等機構組成。半幅斜拉扣掛系統示意圖如圖3 所示。

圖3 半幅斜拉扣掛系統示意圖

2.2 斜拉扣掛系統簡述

扣索和背索骨架扣點和地錨端均為錨固端，張拉端均設在扣塔，對稱張拉扣索、背索，調整骨架軸線及標高。

本橋選用鋼絞線加工扣背索，滿足扣索和背索張拉、放張調整骨架線型和標高的施工目的。扣索和背索鋼絞線根數依據拱肋節段重量計算得到，同時，扣索和背索索力值須報監理、監控單位確認后，由監控單位提供。現場施工時，扣索和背索同步張拉，以計算張拉值指導施工，以現場實測骨架前端線型控制為準。

2.2.3 錨碇

利用既有承臺、澆筑擴大基礎等作為背索錨碇。本橋錨碇為重力式錨碇。

2.2.4 其他構件

其他構件主要為骨架端錨箱，設計為3 向結構，便于現場線型調整。采用鋼板焊接的箱型結構，以銷軸鉸接。

2.2.1 扣塔

扣塔設置于5#、6#交界墩上，利用墩身的強度和剛度，減小扣塔周轉材料的投入，同時，可增加扣掛系統的剛度，以更好地調節前端線型。

扣塔采用鋼管支架，錨梁為型鋼結構。扣塔錨點分上下2 層，第1 層在塔底，設置16 組錨梁，作為2#～5#節段的扣掛錨點；第2 層設在扣塔頂面，設置20 組錨梁，作為6#～10#節段的扣掛錨點。

2.2.2 扣索和背索

骨架節段懸臂拼裝，利用扣索、背索調整節段線型、高程。

2.3 斜拉扣掛系統檢算

2.3.1 扣索背索索力計算

采用Midas Civil 軟件整體建模完成扣索背索索力計算。其中，勁性骨架、扣塔設置為梁單元；扣索設置為只受拉桁架單元。計算時，模型參照實際施工階段，將施工過程分17 個施工階段。依據設計文件要求，以節段豎向零位移控制索力大小，即按照當前節段豎向位移小于1 mm 控制，分析各個階段扣索背索索力值。

經過計算得出各吊裝節段的扣索背索索力值，報監控單位復核。同時，施工中以監控單位下達監控指令為準。計算結果見表2、表3。

表2 扣索索力計算值統計表

2.3.2 扣塔計算

依據扣索背索計算，采用Midas Civil 軟件建立扣塔計算整體模型，如圖4 所示，荷載為扣索初張力。

圖4 扣塔計算整體模型圖

經過計算，結果如下。

1）桿件應力

經過計算，桿件最大拉應力為147.2 MPa，最大壓應力為201.4 MPa，最大壓應力出現在立柱底部調節桿中，該桿件材質為Q345 鋼管，應力滿足要求[2]。

2）支座反力

10#節段吊裝并完成錨固后，扣塔產生豎向力最大值，支點處反力分別為2 128.1 kN、3 425.9 kN、1 405.6 kN、3 424.7 kN、2 128.6 kN；豎向力總計12 512.9 kN。

3）錨碇計算

本橋設計為重力式錨碇，參照表3 背索索力參數計算錨碇的抗拔穩定性、抗滑穩定性及抗傾覆穩定性。其中，抗拔穩定性安全系數不小于2；抗滑、抗傾覆穩定性安全系數不小于1.2[3]。

表3 背索索力計算值統計表

3 勁性骨架吊裝施工

勁性骨架吊裝流程：骨架加工（同步完成扣塔安裝及扣背索準備）→骨架翻身、旋轉→模板及安全措施安裝→纜索吊機起升、縱移就位→安裝、預緊扣索和背索→全站儀定位→焊接環縫→扣索和背索同步張拉，監控扣塔、骨架偏位→扣塔、骨架前端滿足要求，松鉤→下節段施工。

3.1 拱腳起拱段安裝

根據現場實際情況加工定位支架，安裝起拱段，以滿足起拱段安裝精度。定位支架計算以剛度主控。

3.2 骨架安裝

3.2.1 吊裝前準備

1）測量控制點標識，實際控制點坐標計算，同時，獲取監控單位相關指令。

2）對接接頭匹配件、扣掛錨箱、吊裝吊耳等臨時結構焊接。

3）在節段側面設置安全防護網，與底模系統形成封閉防護體系；上弦頂面設置人行爬梯，節段端部設置焊接施工平臺，共同組成節段安全防護體系，并隨節段一同起吊，形成全時空安全防護。

3.2.2 吊裝程序

節段懸臂拼裝須大小里程對稱安裝，即大里程左右第一節骨架吊裝后，小里程左右第一節骨架吊裝。節段吊裝完成后，吊裝橫梁。每次吊裝完成后，均須調整扣索背索索力，以保證骨架前端線型、高程滿足設計要求。

3.2.3 骨架吊裝

骨架安裝模型及現場圖如圖5 所示。

圖5 骨架安裝模型及現場圖

1）纜索吊機橫移至節段設計位置，采用四吊鉤四點同時起吊，保證起吊姿態與成橋姿態基本一致。

2）吊裝就位后，先對位下側管口，再調整上側管口標高及平面位置。

3）節段調整就位后，采用外置匹配件臨時鎖定對接接頭，待對接焊縫焊接完成后切割臨時鎖定匹配件，打磨平整后進行外包板焊接。外包板焊接前進行對接焊縫探傷檢測。

4）焊接完成后，張拉扣索、背索。張拉過程中注意扣索背索對稱同步張拉，采用全站儀監測前端坐標。張拉完成后纜索吊松鉤，復核節段前端標高。

3.3 骨架合龍

合龍前，根據監控結果，通過扣索、纜風索對骨架線形、內力進行調整直至滿足設計要求。同時，進行溫度觀測，測量合龍長度，切割合龍段余量，安裝合龍段就位，根據監控單位提供的合龍時間、溫度等要求，進行合龍段施工。

3.4 施工監控

3.4.1 變形檢測

施工過程中對骨架線形進行監測，在骨架上布置變形監測測點，測點縱向在拱腳、1/8 跨度、2/8 跨度、3/8 跨度、拱頂截面布置，橫向在上下弦管、腹桿處布置。變形監測點布置示意圖如圖6 所示。

圖6 變形監測點布置示意圖（單位：m）

3.4.2 應力、溫度監測

施工過程中對骨架內力狀態的監測，主要在骨架的拱腳、2/8 跨度、拱頂截面的上、下弦桿布置應力、溫度測試傳感器完成。

3.4.3 各階段扣索背索索力觀測

各階段的扣索背索索力用壓力表法和壓力傳感器法雙控，張拉節段用壓力表法，以測出初張拉階段扣索背索索力大小；另外，在索上布置壓力傳感器，根據施工節段測試索力大小。施工過程中每施工一個節段，需要進行詳細記錄、資料整理與計算值對比分析，如果索力大小和理論值不一致，需要查明原因，處理后才能繼續施工。

3.4.4 各扣點的坐標、高程控制

利用全站儀進行拱肋各扣點在各階段的坐標、高程控制測量。同時，監控各節段骨架的前端坐標與高程控制。

4 結論

1）克服了立體管桁架空間曲線結構現場加工的線性控制及對接錯位難度大問題，實現了對接錯邊量≤2 mm、管桁架寬度和高度誤差≤3 mm 的目標。

2）采用纜索吊機+斜拉扣掛法施工，快速高效地完成骨架吊裝。

3）設計了可移動弧形胎架，提高底模板鋪設及吊裝的施工工效，減少施工場地建設。

4）骨架的空間曲線三維坐標控制，根據拱軸線坐標與施工標高相應關系進行動態測量控制，有效克服了節段拼裝累計誤差產生的影響。