大型鋼管拱橋主拱拱肋弦管預埋段安裝定位施工工法

鄭建安，程耀飛

(廣西河田高速公路有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

目前廣西全區(qū)高速公路路網(wǎng)的建設重心由之前的平原及微丘地帶向重丘以及山區(qū)轉移，新建高速公路橋隧比逐漸升高，橋梁占比越來越大，各種橋型的大橋和特大橋更多地出現(xiàn)在人們的視野中。鋼管混凝土拱橋以跨度適中、經(jīng)濟性較好在全國尤其是廣西的高速公路橋梁建設中占有重要地位[1]，以平南三橋為代表的廣西鋼管混凝土拱橋在全國處于領先地位，是廣西橋梁建設的一張名片。在鋼管混凝土拱橋建設施工過程中，相關單位積累了豐富的施工經(jīng)驗，攻克、掌握了不少先進的鋼管混凝土拱橋施工技術和施工工藝[2]，擁有不少相關技術及發(fā)明專利，形成一系列成熟的鋼管混凝土拱橋施工工藝體系[3]。但過去施工工藝體系中對主拱弦管預埋段的施工重視不夠[4]，導致弦管預埋段技術沒得到相應改進，安裝施工用時較長，經(jīng)常成為施工進度的關鍵卡點。弦管預埋段是主拱肋鋼結構主墩與混凝土結構主墩的聯(lián)結節(jié)點，其安裝定位準確與否，直接決定了大橋主拱合龍的成敗和精度。巴馬至田東高速公路的右江特大橋主拱弦管預埋段施工首次采用了安裝角起吊、三點支撐定位、三步法調整施工工藝，較好地解決了這一問題。本文以此為例，將詳細介紹弦管預埋段安裝角起吊、三點支撐定位、三步法調整施工工藝步驟。

1 工程概況

右江特大橋是巴馬至田東高速公路在田東縣林逢鎮(zhèn)跨越右江的一座特大橋梁，全橋長度為643 m。主橋為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，主跨為230 m，橋面寬度為37.7 m，雙向四車道。主拱采用鋼管混凝土桁式結構，橋面主梁采用格構式鋼-混凝土組合梁，橋墩采用門式墩。主拱共兩片，單片拱肋采用等高度四管桁式截面，截面徑向高6 m，肋寬2.8 m。每肋上弦、下弦均為兩根φ1 000 mm鋼管混凝土弦管，壁厚20～24 mm，管內混凝土灌注C50自密實補償收縮混凝土。主拱肋通過綴管φ610 mm和豎向兩根腹桿φ450 mm鋼管連接主管而構成矩形截面，拱肋分為12個節(jié)段加工制作及安裝，最大節(jié)段吊裝重量為71 t。主拱拱腳節(jié)段通過焊接與預埋在主墩混凝土拱座內的弦管預埋段連接，形成完整閉合主拱。見圖1。

圖1 右江特大橋結構平面圖

2 弦管預埋段安裝

2.1 安裝角起吊

右江特大橋主墩單個弦管預埋段由2段弦管、1塊底板及16塊加勁板焊接構成，弦管外直徑φ1 000 mm，壁厚24 mm，長度為3 m；底板長4 m，寬2.25 m，板厚3 mm；加勁板高度為1.5 m，厚度為20 mm。根據(jù)施工設計圖紙計算單個弦管預埋段的理論重量約為7.4 t，根據(jù)鋼結構部件幾何尺寸計算出弦管預埋段重心位于距底板底面約95 cm的弦管下部中間(圖2)。傳統(tǒng)吊裝方法是按弦管預埋段水平放置的狀態(tài)，在其四個角設置吊點，以水平狀態(tài)直接起吊，到達定位骨架后，再根據(jù)安裝角度慢慢調整下放，由于構件重，操作難度大，需要起重吊車一直配合，定位骨架的支撐受力點也需不斷調整，整個吊裝就位過程很長。

圖2 弦管預埋段結構示意圖

右江特大橋的弦管預埋段改變了傳統(tǒng)水平起吊模式，以約45°傾角起吊，選擇一側4個加勁板的角孔作為吊裝點，到達拱座上的三點支撐定位骨架后，無須做空間角度調整，由兩個工人在兩側調好方向即可按安裝角度直接放置到主支撐點上面，再依靠輔助支撐點穩(wěn)定在定位骨架上，解開吊鉤，撤去起重吊車，然后進入下一步調整固定步驟。

2.2 三點支撐定位

根據(jù)弦管預埋段重心的計算位置，對定位骨架進行適當改進，把舊的多點支撐受力體系定位骨架改為三點支撐體系，降低就位和調整難度。在順橋向側面上以中間正對弦管預埋段重心位置范圍的支撐點作為主受力點，承受弦管預埋段基本重量，兩側各設一個輔助支撐點提供側向支撐作用力，主要起到平衡穩(wěn)定作用(圖3)。定位骨架的主支撐使用20#槽鋼仰面橫放，吊裝時弦管預埋段的底板落在槽鋼的凹槽內，沿順橋向有約±5 cm的活動調節(jié)空間，前后兩側輔助支撐點提供水平力保證弦管預埋段穩(wěn)定不傾覆。主支撐和輔助支撐的標高均比設計標高降低1 cm，可以容納弦管預埋段焊接加工時存在的尺寸偏差。傳統(tǒng)施工工藝中，定位骨架的標高嚴格根據(jù)設計計算設定，實際安裝時因弦管預埋段加工尺寸偏差必須進行墊高或降低調整，還需動用起重吊車和氧割設備，費工費時。定位骨架的三點支撐改進和安裝角起吊方法相結合，可以讓弦管預埋段更容易下放和就位。

圖3 三點支撐定位示意圖

2.3 三步法調整

(1)通過定位觀測點1高程坐標y1確保弦管預埋段滿足設計高程(圖4)。弦管預埋段就位在主支撐的槽鋼凹槽內之后，靠兩個輔助支撐點的其中一點穩(wěn)住，此時弦管預埋段底板高程基準點比設計標高低10 mm，將弦管預埋段微調到設計角度，初步測量定位觀測點1的高程坐標。由于不同弦管預埋段有焊接制作偏差，其實測高程與設計高程之間正常會有±5 mm以內的誤差，故實測偏低在10±5 mm以內。通過千斤頂輔助頂高弦管預埋段，在槽鋼凹槽內加塞多塊(厚度1～3 mm)小塊鋼板墊高弦管預埋段，小塊鋼板疊加厚度和實測高程偏差數(shù)一致。松開千斤頂將弦管預埋段下放到小鋼板上(暫不考慮順橋向位置)，再次調整弦管預埋段至設計角度，重新測量定位觀測點1的高程坐標，與設計高程對比，如果不能滿足規(guī)范誤差要求，或者要求精度更高，可以通過增減1 mm的小鋼板來重復調整弦管預埋段。

圖4 三步法調整示意圖

(2)通過定位觀測點1、定位觀測點2兩個點的高程坐標(y1、y2)確保弦管預埋段滿足設計角度。弦管預埋段經(jīng)過上一步調整，已經(jīng)滿足設計高程，再次調整弦管預埋段至設計角度，同時使兩個觀測點的高程坐標能滿足設計要求。需特別注意的是y2，其易因制作誤差而產(chǎn)生偏差，如y2偏低，需減少主支撐點槽鋼內一塊1 mm的支墊鋼板，偏高則增加。一般情況下，調整一次即可達到要求，而后可將小塊鋼板點焊固定。

(3)標高和角度調整準確后，利用千斤頂和手拉葫蘆輔助，順橋向移動弦管預埋段在基準點平面上到達設計位置(x0坐標)，稍作固定，調整拱座角度，至弦管預埋段滿足設計角度后點焊固定。此時定位觀測點1、定位觀測點2兩個點高程坐標(y1、y2)應滿足要求，再核對順橋向坐標(x1、x2)，根據(jù)x1、x2的平均誤差(±5 mm)再次順橋向移動弦管預埋段并稍作固定。此時高程、設計角度以及順橋向位置均可滿足要求，橫橋向坐標位置和順橋向位置一樣調整，但不是控制步驟，在此不細述。

經(jīng)過上述三個步驟后，拱座角度、標高以及縱橫向坐標均能滿足定位要求，可以一一加焊固定。

3 結語

本文對巴馬至田東高速公路右江特大橋主拱弦管預埋段采用新工藝工法進行吊裝、調整及固定的過程進行了介紹，實際實施效果與傳統(tǒng)工藝工法相比具有一定優(yōu)勢，可以得到以下結論：

(1)安裝角起吊、三點支撐定位及三步法調整相結合的施工工藝和工法能夠在不降低安全性基礎上減少弦管預埋段就位的難度，讓弦管預埋段就位、穩(wěn)定由復雜操作變?yōu)楹唵我仔校{整時無須起重吊車輔助，只利用千斤頂和手拉葫蘆配合，過程簡單高效，減少了定位過程中對定位骨架切割、焊接的工作，平均每個弦管預埋段從起吊到就位加固完成耗時約4 h，只占傳統(tǒng)工藝工法用時2～5 d的1/4～1/10時間，可以縮短工期3～4 d。

(2)安裝角起吊、三點支撐定位及三步法調整相結合的施工工藝和工法使用人工減少，占用操作空間小，施工交叉時間縮短，安全風險大幅降低，整體施工安全性得到保障。

(3)鋼管拱橋作為應用較為廣泛的橋型，雖然整體施工工藝相對成熟，但是局部結構的施工工藝和工法還有改進的空間，本文研究成果可為鋼管拱橋設計施工一體化的進一步研究探索提供思路。