UHPC拱肋翻轉吊裝合龍施工技術在八丘田車行天橋的應用

摘要：文章結合八丘田車行天橋工程概況，從UHPC拱肋預制、支架搭設、運輸、轉體、起吊與安裝等方面，介紹了UHPC拱肋翻轉吊裝合龍施工技術的應用工藝。工程應用實踐表明，翻轉吊裝合龍施工工藝可以優化吊裝施工順序，減低安裝風險，在工程的工期、質量、成本等各方面均取得了較好效果。

關鍵詞：超高性能混凝土;拱肋翻轉吊裝合攏;八丘田車行天橋

中圖分類號：U445.46A291093

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是一種新型的水泥基復合材料，具有高強度、高延性、高耐久性和高環保性等特點，還有超強的力學性能和耐久性能。八丘田車行天橋采用UHPC拱肋翻轉吊裝合龍施工技術，拱肋整體平臥澆筑，在吊裝前，需進行“臥轉豎”，然后進行支架吊裝合龍，而在具體的施工過程中，通過研究UHPC拱肋翻轉吊裝合龍技術，能解決大跨徑混凝土拱橋在翻轉、吊裝、調節中的施工問題。

1 工程概況

八丘田車行天橋是M01縣道上跨云南省昌寧至保山高速公路（簡稱昌保高速公路）主線的一座車行天橋，與昌保高速公路主線交叉樁號為K69+605.00。M01縣道是丙麻鄉至省道S312（二級路）最便捷的通道，路基寬約7 m，路面寬約6 m。

本橋沿M01縣道至丙麻鄉約4 km，為采用上承式超高性能混凝土（簡稱UHPC）的無鉸拱橋，主橋拱肋拱軸線為懸鏈線，計算跨徑L=34 m，計算矢高f=7 m，計算矢跨比f/L=1/4.86，拱軸系數m=1.543。主拱截面雙箱單室拱肋，每個箱截面高度為1.3 m，截面寬度為1.5 m。拱肋采用UHPC混凝土，其材料等級為UC150-4級，即混凝土立方體為100 mm×100 mm×100 mm，抗壓強度≥150 MPa。拱上建筑采用普通鋼筋混凝土結構。

八丘田車行天橋主拱跨徑為34 m，拱頂高7 m，橋拱為UHPC高強混凝土預制拱，單個橋拱分成3個節段在預制廠加工預制，待混凝土強度達到100%后，運至現場進行吊裝。

2 技術應用

2.1 UHPC拱肋預制

UHPC原材料包括水泥、硅灰、石灰石粉、砂、鋼纖維、減水劑和水。其中水泥、石灰石粉采用粉罐投料，砂采用配料機稱量輸送帶投料，硅灰和鋼纖維為袋裝，采用人工投料。具體操作方法為：在輸送帶上搭建一投料平臺，平臺上設置一投料漏斗，漏斗下方正對輸送帶，硅灰投料前破袋，將硅灰全部集中在一大桶中，投料時倒入漏斗，通過輸送帶投入攪拌機。鋼纖維通過分散器投料，將纖維分散器安裝在輸送帶上，下料口正對輸送帶，生產時提前將袋裝鋼纖維破袋倒入一大桶中，投料時將桶內的鋼纖維倒入纖維分散機內，鋼纖維經過分散器分散后通過輸送帶投到攪拌機內。

攪拌時先將水泥、石粉、砂、硅灰投入攪拌機，干拌均勻后加入水與減水劑，待物料攪拌成砂漿狀態后加入鋼纖維，持續攪拌至鋼纖維分布均勻后完成UHPC攪拌工作[1]。其生產工藝流程圖如圖1所示。

八丘田車行天橋拱肋及梁板預制均在預制廠統一進行加工，預制廠與攪拌站為一體站，場站內設置龍門吊，可供混凝土運輸。根據超高性能混凝土性能指標要求，結合場地實際情況，擬采用塔機料斗接UHPC，用龍門吊運輸卸料至混凝土泵車中，待一節拱肋所需混凝土全部拌制完成后，統一由混凝土泵車送至澆筑地點進行拱肋澆筑。

2.2 支架搭設

拱肋支架為鋼管立柱支架，鋼管采用 350 mm×10 mm，材質為Q235鋼。為了確保鋼管支架的穩定，鋼管之間采用14#的槽鋼或工字鋼連接，沿縱橋方向設置6排，每排4根鋼管立柱，立柱頂部、底部焊接500 mm×500 mm且厚度≤1 cm的鋼板，頂部鋼板根據拱肋弧度，焊接千斤頂調節頂座，垂直拱軸線預留5 cm調節距離。千斤頂采用QL50螺旋千斤頂（起重高度為15 cm，自重高度為33 cm，頂部直徑為9.7 cm，底部直徑為18.5 cm）。

2.3 拱肋運輸

2.3.1 拱肋吊點確定

拱肋吊點的確定方法是：將拱肋節段分成三部分，以左邊與右邊節段質量相加等于中間節段質量為原則確定分界線，該分界線即為吊點位置，并且采用模擬軟件建立模型進行模擬，現場試吊試驗，驗證吊點的最終位置（見圖2）。

2.3.2 拱肋運輸

拱肋預制廠距八丘田車行天橋橋址位置約600 m，拱肋分節段澆筑，完成三個節段，即全肋澆筑，并蒸養完畢后即轉運至橋址處。因拱肋節段較短且重量相對較輕，可在預制場內采用汽車吊將拱肋吊移至13 m平板拖車上，每次裝運1節。

2.4 拱肋轉體

由于拱肋采用臥式澆筑工藝，吊裝前拱肋為臥式體位，吊裝時應將拱肋進行翻轉。拱肋轉體關鍵是避免翻轉過程對拱肋的損傷，拱肋翻轉過程難度來源于兩方面：（1）翻轉器具對拱肋的損傷;（2）拱肋轉體過程中重心瞬變易造成拱肋的碰撞損傷[2]。

針對翻轉器具損傷的問題，應對的方案是采用兩臺汽車吊作為翻轉動力，以拱肋上的吊孔為著力點，采用螺紋鋼棒等固定好鋼絲繩，防止滑移。在鋼絲繩與拱肋接觸處設置緩沖件防止損傷拱肋。

針對重心瞬變的問題，擬將拱肋在沙堆上進行翻轉，以減小對拱肋的沖擊。沙堆采用濕潤的級配碎石堆積而成，嚴禁用干料堆積。按規定尺寸堆積成型后拍實，并在用土工布覆蓋表面，防止污染拱肋表面。

轉體前將拱肋突出部分，尤其是各個角用舊輪胎綁好，然后將拱肋平移至沙堆上并放平，確保拱肋受力平衡，狀態穩定。將吊車設置于拱肋兩側，吊車用鋼絲繩分別固定于兩側吊點上，A吊車收緊吊繩，B吊車吊繩緩慢釋放，拱肋在兩臺吊車協調配合下緩慢翻轉。

2.5 拱肋起吊與安裝

拱肋翻轉成吊裝體位后，采用兩臺汽車吊進行吊裝。拱肋吊裝采用型鋼扁擔梁兜底，使用精軋螺紋鋼將扁擔梁固定于吊孔上，防止吊點滑移。每節段吊點為兩個，且吊運用鋼絲繩截面尺寸及型號必須滿足計算要求，拱肋與型鋼連接處應設置緩沖件，防止拱肋和型鋼接觸而發生磨損。拱肋在吊運安裝前，應進行試拼裝并對每節段拱肋進行編號，編號標識顯著且易于辨識[3]。

吊裝采用的鋼絲繩選用6×19型，其公稱抗拉強度為1 960 MPa，繩徑56 mm，經驗算均滿足施工要求。吊車布置水平距離拱橋位置5～6 m。拱肋節段1最高點距地面9.9 m，故起重總高度為11.7 m。而節段為兩最高點距地10.63 m，起吊高度為0.5 m，繩長按60°方向考慮，則繩子高度為1.3 m，回轉半徑控制在5.5 m內。

為確保拱肋受力均衡，拱肋安裝應先從拱腳開始，左右兩側拱肋必須對稱安裝，拱頂位置進行合龍。

拱肋跨邊節段起吊后緩慢移動，不斷調整拱肋節段姿態，使拱肋鋼板與拱座鋼板對齊，讓拱肋鋼板上的螺栓孔插入拱座地腳螺栓，最后上地腳螺栓螺帽，但暫時不擰緊螺帽。

重復以上工序完成另一跨邊節段吊裝。

（1）在吊裝過程中，對接頭位置采用經緯儀、水準儀定位和測量檢驗，控制其坐標高程。同時，進行測量監控，觀測拱肋中線位置以及接頭高程。

（2）在吊裝邊段拱肋時，拱身調整根據拱段接頭兩點設計高程，并核對與該點對應的理論數值及預留高度。

（3）預拱度使用千斤頂調整，拱肋段安裝采用兩臺吊車慢慢吊起，對接邊段拱肋下端與拱腳預埋端接頭，并用梢栓臨時連接。另外一側落在支架上，鋼管拱肋中線用全站儀、經緯儀調整，軸線偏差<5 mm，用水準儀檢測。接頭用500 kN的千斤頂進行調整，要比設計高程抬高10～20 cm。接頭最后松摘吊點，確保邊段拱肋完全落于千斤頂的支架上，兩個邊段拱肋順利完成安裝[4]。

在安裝合龍段前，要多次核對接頭高程。然后再進行合龍段的安裝。在合龍前應復核左右側拱肋線型和標高，保證合龍段連接板連接緊密，其間隙滿足設計及規范要求。

拱肋合龍是拱肋吊裝拱座的關鍵點也是難點，需將跨中節段吊裝到位，并保證預應力孔道精準對接。為解決跨中節段順利入位的為題，擬采用向跨邊節段借位的方法：兩片跨邊節段到位后，調整拱肋下的螺桿千斤頂，使拱肋沿拱軸線垂直方向向上平移，由于拱座對接面為上寬下窄的楔形結構，將跨邊拱肋節段沿對接面向上平移，則可為跨中節段騰出合龍操作空間。經過計算，若跨邊拱肋單邊向上平移10 cm（5 cm）則可為對接面提供4 cm（2 cm）空間，兩邊則可提供8 cm（4 cm）空間。由于跨中節段也是上寬下窄的楔形結構，這些空間足夠跨中節段順利入位。跨中節段吊裝到位后，放下跨邊節段，使節段間對接面貼緊[5]。

為了確保拱肋的安裝位置符合設計要求，要采用兩臺經緯儀架立在兩拱座上拱肋軸線位置，觀測合龍處4個接頭軸線點及拱頂軸線點，用水準儀控制拱肋標高并微調，使預應力管道對齊，并插入實心鋼棒定位。

3 結語

本文以八丘田車行天橋這一工程實例為背景，進行了UHPC拱肋翻轉吊裝合龍研究分析，結果表明：（1）UHPC具有高強度、高韌性、高耐久性等特點，采用UHPC建造拱橋，截面厚度得到優化，并且在減少混凝土用量的同時，減輕橋梁結構自重，適應橋梁工程輕量化、重載化以及耐久化需求，促進路橋行業產業升級;（2）UHPC拱肋翻轉吊裝合龍施工技術，對于工程的工期、質量、成本等各方面均取得了較好效果;（3）UHPC拱肋翻轉吊裝合龍施工技術可以有效解決節段架設和索力計算問題，保障拱橋的施工質量;（4）鋼管拱肋加工精度、安裝誤差、拱肋弦管焊接引起變形及環境溫度影響等方面得到有效控制，達到拱肋線形控制目標及要求，可以指導同類項目施工。

參考文獻

[1]張怡孝，劉愛榮，曾鑫彬，等.高強鋼管-超高性能混凝土拱承載能力研究[J].建筑結構學報，2021，42（S2）：365-372.

[2]周志敏，房金錢.預制拼裝UHPC剛架拱橋設計施工概述[J].工程與建設，2021，35（5）：957-959，962.

[3]淳 波.1～80 m下承式簡支拱拱肋制作及吊裝施工技術探討[J].工程機械與維修，2021（1）：104-105.

[4]龔子松.鋼管混凝土拱橋拱肋吊裝分析與扣索索力優化[J].公路工程，2015，40（5）：208-213.

[5]蔡景毅. 鋼箱—混凝土組合拱橋吊裝合攏技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2011.

作者簡介：

張光迎（1988—），工程師，主要從事公路施工管理工作。