下承式鋼管混凝土梁-拱組合橋施工關鍵技術

唐 濤

(中鐵八局集團第一工程有限公司, 重慶 400000)

梁-拱組合橋興起于21世紀初期，具有適應能力強、材料利用率高、結構受力明顯、橋型美觀、線條簡明以及體系靈動的優點，在特大型橋梁中被經常選用[1-2]。但在施工過程中，梁-拱組合橋需要進行幾次體系轉換，施工過程中的安全問題為關鍵問題，本文對某梁-拱組合橋的各施工過程進行詳細闡述，可為同類型橋梁的施工提供參考依據。

1 工程概況

該橋為某雙線預應力混凝土連續梁-拱組合橋，跨度為(82+172+82) m，全長337.8 m。梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，橋面寬13 m，中支點處局部加寬至15 m，箱底寬9.8 m[3]。鋼管混凝土拱肋計算跨度為L=172 m，設計矢跨比為1∶5，設計拱軸線方程為y=x2/215+0.8x；截面采用啞鈴形，截面高度3.1 m，弦管直徑為1.1 m，管內及腹板內填充C50收縮補償混凝土；拱肋之間設9道橫撐，拱頂為“一”型，其余為“K”型[4]。全橋共設19組吊桿，第一根吊桿距離支點14 m，其余吊桿中心間距為8 m。梁拱組合橋布置如圖1所示。

圖1 梁-拱組合橋布置

2 連續梁施工關鍵技術研究

2.1 施工流程

連續梁拱組合橋采用“先梁后拱”的方案，可充分利用梁和拱各自的強度，施工過程中由系梁承擔拱的推力，無需設置臨時抗推措施。連續梁的施工流程如圖2所示。

圖2 連續梁施工流程

2.2 臨時固結

為抵抗懸臂施工期間料具、鋼材、施工人員以及自重引起的不平衡荷載，在主墩頂處設置4個臨時固結支座，避免施工過程中傾覆。其安裝步驟為：①按照設計位置預埋臨時支座鋼筋；②依照圖紙進行放養，安裝臨時支座模板；③澆筑厚度100 cm的C55混凝土；④拆除模板。在中跨合龍后可拆除主墩的臨時支座。

2.3 0#塊澆筑

0#塊采用搭設鋼管支架方式現澆，外側模板采用整體鋼模，內膜頂模板、側模、內膜、底模板采用組合鋼模板，對拉桿結合外支架橫桿支撐的方式加固，為保證施工質量，分2次進行澆筑。0#澆筑橫斷面布置如圖3所示。

圖3 0#澆筑橫斷面布置

澆筑順序：先對稱交替澆筑底板、橫隔板、腹板混凝土；頂板較寬，從兩側腹板向中間澆筑；最后澆筑各翼緣板混凝土，從內側澆筑至外側，左右翼緣板對稱澆筑。

2.4 其余梁體澆筑

懸臂段采用三角形后支點掛籃對稱澆筑，共分為83個懸臂節段，每個懸臂澆筑節段在強度、彈性模量達到設計值的90%且不小于5天齡期后才進行預應力張拉，養護天數不少于15天。

邊跨現澆采用碗扣支架法，澆筑長度為4.9 m。現澆施工流程為：地基硬化與處理—現澆支架施工—底模系統架設—支架預壓—鋼筋及模板安裝—澆筑混凝土—預應力張拉—箱體養護。

2.5 體系轉化

利用掛籃進行邊合龍，合龍后拆除邊跨支架，完成由雙懸臂梁向兩單懸臂梁的第一次體系轉換。將一側掛籃移至中跨合龍段，在掛籃上完成中跨合龍段的施工，拆除中墩臨時固結支座，實現由兩單懸臂梁向三跨連續梁的第二次體系轉換。

3 鋼管拱肋施工關鍵技術研究

3.1 拱肋制造

弦管設計選材為Q345qD，拱腳部分φ1100×24 mm，其余部分為φ1100×20 mm，拱肋劃分為15個運輸節段，其制作標準和精度滿足規范要求[5-6]。拱肋弦管、橫撐采用直縫管，折線起拱，鋼管對接應避免十字交叉焊縫。焊接時直縫管錯縫如圖4所示。

圖4 直縫管錯縫

3.2 拱肋施工

鋼管拱施工主要劃分為：鋼管支墩安裝、主拱肋安裝、橫撐安裝、鋼管支墩拆除、澆筑上下弦管內混凝土、綴板內混凝土澆筑、吊桿安裝與初張拉、完成存梁80天及二期恒載后吊桿最終張拉。

(1)鋼管支墩安裝：采用萬能桿件拼裝，單個支墩為2 m×2 m截面，橫向采用桿件連接成門式結構；所有臨時支墩之間縱向增加連接系，臨時支墩最大高度33 m。鋼管支墩安裝總體布置圖如圖5所示。

(2)主拱肋安裝：拱肋采用分節段吊裝至鋼管支墩頂進行節段的對接，吊裝施工順序為：從拱腳連接段開始，由兩邊向中間進行吊裝作業，最后吊裝2 m合龍段，在安裝拱肋相應節段時同步安裝拱肋間的連接橫撐，并焊接節段接頭和橫撐接頭，防治側傾。

(3)橫撐安裝及支墩拆除：K撐吊裝從橋梁兩端順次進行，吊裝一段焊接一段；橫撐安裝完后拆除支墩。

(4)澆筑上下弦管內混凝土及綴板內混凝土澆筑：混凝土等級為C50微膨脹，澆筑采用泵送法自拱腳向拱頂逐段逐級壓注完成，同一拱肋鋼管采取兩岸同時施工，橋兩半跨對稱載入，鋼管內混凝土的進度差不超過5 m，遵循“逐步成拱，逐級載入，外力釋放，間期縮短”的原則。弦管內混凝土澆筑完后，按設計要求分段澆筑綴板內C50微膨脹混凝土。

(5)吊桿安裝與初張拉：拱肋混凝土達到設計規定強度的90%后，安裝吊桿，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，拱肋端為張拉端。吊桿的張拉采用均勻對稱張拉，張拉索力的均勻和準確性在±1%的精度內。

(6)完成存梁80天及二期恒載后吊桿最終張拉：最終張拉順序同初始張拉順序。

圖5 鋼管支墩安裝總體布置

4 施工監控的方案

4.1 線性監控

線形監測的目的主要是獲取已形成結構的實際幾何形態，他對施工控制及預報非常關鍵。

主梁梁段的高程測點在梁段的鋼筋綁扎階段進行預埋。每一個階段在掛籃前移就位后、立模綁扎鋼筋后、混凝土澆筑完成后進行主梁高程測量，測量的精度要求為1 mm。對單箱結構，在斷面布置6個測點，高程測點布置如圖6所示。

圖6 主梁高程測點布置

拱肋線性監測的監測點由加工方在工廠試拼時制作永久性監測點，測點設在每節段前端后退約50 cm上弦鋼管頂面處，每根拱肋的上、下弦管均設置測點，在拱頂處增設1個監測點，另外在拱肋支架頂部各布置一個測點，監測其縱橫向的位移變化。

4.2 應力監測

結構截面的應力監測是施工監測的主要內容之一，本橋為連續梁-拱組合橋，主梁和拱肋是主要的受力部位，是應力監測的重點。

全橋主梁共設置4個應力監測斷面，每斷面布置8個測點，總計32個測點，主梁應力監測截面及測點布置如圖7所示。

圖7 主梁應力截面及測點布置

圖8 拱肋應力監測截面及測點布置

拱肋應力測點布置于拱肋的上、下弦管，應力監控截面為左拱腳、1/8拱、1/4拱、3/8拱、拱頂、5/8拱、3/4拱、7/8拱以及右拱腳截面，共9個斷面。每根拱肋的橫撐桿件的中部布置一個測點，總計70個測點，拱肋應力監測截面及測點布置如圖8所示。

4.3 吊桿索力監測

為控制吊桿張拉力的精度，調整主拱內力，保證橋面線形，需要對吊桿的張拉力進行實時監測。該橋吊桿采用以千斤頂壓力表量測為主、索力儀(CDJM-268-2型)量測為輔的方法進行應力監測。索力動力儀如圖9所示。

圖9 索力動力儀

5 結束語

通過工程實踐證明，該下承式鋼管混凝土梁-拱組合橋施工過程中的關鍵技術是可行的。該橋連續梁及鋼管混凝土拱肋的施工方案、施工流程以及施工監控方案可為同類橋梁的施工提供基礎資料和參照，具有較大的借鑒意義。