重載鐵路下承式簡支拱橋施工關鍵技術

劉海君

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

本項目位于內蒙古鄂爾多斯市烏審旗境內，跨越老313省道。橋梁設計跨徑組合為24 m+64 m+24 m，主梁全長66.5 m，采用單箱雙室預應力混凝土箱形截面。拱肋橫斷面采用啞鈴型鋼管混凝土等截面，拱管內灌注C50補償收縮混凝土。橋面縱坡采用全橋剛性旋轉實現，吊桿垂直梁部布置。吊桿采用平行布置，全橋共設9對吊桿。該橋梁結構型式特點鮮明，結構體系復雜，施工存在一定難度。

2 關鍵施工工藝

2.1 盤扣支架優勢

搭設滿堂支架時，其中碗扣式支架比較常見，重型盤扣式支架屬于新型支架，使用較少。本工程實際選用重型盤扣支架，結構整體更安全，施工便捷、高效，工地形象美觀。主要有以下優勢：

（1）更安全：橫桿、立桿、斜桿均使用Q345B低碳合金結構鋼，單桿承載力高，加上斜拉桿設計，提升了整體穩定性。（2）施工便捷、高效：緊需少量手動工具即可完成架體搭設，從材料總量來看，本橋若使用碗扣支架，共需404 t桿件，采用重型盤扣支架，實際使用105 t，相比之下，大幅減少工作量，完成搭設僅需5 d，顯著縮短施工周期。（3）工地形象美觀：支架桿件采用熱鍍鋅工藝，架體外觀呈銀灰金屬色，色澤美觀統一。

2.2 支架預壓

2.2.1 預壓過程

本工程采用1.5 t可吊裝纖維袋裝砂壓重的方式進行支架預壓，現場布置4臺吊車，預壓袋裝填后堆于簡支拱四角，橋面設吊車指揮4名。加載時按照擬預壓重量的60%、80%、120%分三級加載，加載按照對稱、分層、分級的原則進行，縱向加載時宜從混凝土結構跨中開始向支點處進行對稱布載；橫向加載時宜從混凝土結構中心線向兩側對稱布載。

2.2.2 沉降觀測

支架預壓時進行豎直和水平位移監測，監測內容包括基礎沉降變形、支架豎向位移、支架頂面水平位移、支架縱橫梁的撓度。

支架加載前，記錄各點初始值。每級加載完成1 h后進行支架的變形監測，以后每間隔12 h檢測記錄各監測點的位移量。當連續12 h監測位移平均值之差不大于2 mm時，方可卸除預壓荷載。支架卸載6 h后，檢測記錄各點位移量。根據觀測記錄，確定彈性變形值。

2.3 現澆箱梁工藝及分層選擇

主梁高度1.9 m，分為2層進行澆筑，第一次澆筑1.53 m，第二次澆筑至頂。在此處分層進行二次澆筑主要考慮：

（1）箱梁高度較低，內凈空只有1.2 m，若一次澆筑成型，不僅施工作業空間不夠，且下倒角處及預應力孔道處混凝土振搗質量無法保證，存在較大的質量隱患。

（2）主梁為雙向預應力體系，底腹板預應力孔道密集，只有腹板與頂板之間存在較大空隙，1.53 m的位置剛好為腹板外倒角頂，與內倒角頂只差3 cm，可以同時進行內外側倒角模板支立，減少頂板二次澆筑工作量。

（3）可以保證兩次澆筑接觸面之間的鑿毛質量，基本不受預應力管道和預埋件的影響。

2.4 下錨箱安裝控制

由于橋梁兩端支座高差240 mm，即下錨箱未完全平行于大地面，縱橋向小里程往大里程傾倒L=11.089 mm，傾斜角度α=0.213°。因此坐標測量需要放兩個點，一個要保證上面準確度，一個控制錨箱傾角。考慮錨箱最低點在梁底，控制點處全站儀無法看到，且棱鏡桿有直徑，無法放到指定位置。看似簡單的安裝，實際難以操作。

安裝的根本即是確定下錨箱的測量點并固定，實際測量誤差控制在10 mm以內。通過CAD得出的坐標為大地坐標，可以轉換為自定義坐標進行測量，操作及輸入坐標簡易許多。

安裝方法改進為定支架坐放錨箱，測量錨箱支架上的四個點，即是先固定支架，再安裝錨箱并進行適當調整，通過測量支架任意兩個直線點坐標，通過偏移距離來確定各個支腿面點坐標，高程通過CAD圖量出實際相對模板標高，與實測對比后，使用1 mm墊片調整高程，直至支架4個點標高均在合理誤差范圍內。然后放置錨箱，測量最上面的點，適當移動，復測，固定。

2.5 拱腳施工工藝

拱腳鋼筋密集，并需要預埋拱管，且已進入冬季施工，施工難度大，安裝精度要求高。

本工程采用先綁扎拱腳鋼筋，再安裝拱腳預埋的順序進行拱腳施工，部分鋼筋截斷后重新焊接，施工效率低。具體施工過程為：首先在頂板將拱腳平面位置測量放線，完畢后先進行拱腳2 m以下范圍內的鋼筋綁扎，同時搭設2 m以上部分施工平臺，采用槽鋼制作安裝勁性骨架，測定勁性骨架位置準確后安裝固定拱肋預埋部分，拱肋與鋼筋沖突位置割斷鋼筋后通過。再次測定拱肋的平面位置、高程、傾斜角度是否準確（考慮橋梁縱坡），采用水準儀及全站儀進行測量。安裝完畢后，焊接割斷處鋼筋。拱腳范圍內頂板采用普通C50混凝土，拱腳及拱腳處頂板采用自密實混凝土，混凝土泵送入模。

簡支拱拱腳是應力最集中的部位，蘭嘎橋在拱腳處底板使用模板為1.5 cm建筑用木模板。選用木模板在后期拱腳施工時遇到局部承載力不足的問題，從而被迫改變施工工序。建議現澆梁施工時，考慮在承載力較大的地方，比如拱腳處等，使用鋼模板，且加密下方承重支架，這會給施工帶來很大便利。

2.6 鋼管拱加工安裝

根據工程鋼管拱的結構特點，鋼管拱的制造分為拱腳、拱肋、斜撐桿件、橫撐桿件加工。整橋拱肋分為10個加工節段（不含拱腳），每個加工節段由拱圈組拼單元及腹板組成。

拱肋安裝采用支架安裝法，使用鋼管及型鋼搭建臨時支架，用汽車吊將鋼管拱拱肋逐段吊裝到支架上進行焊接拼裝。鋼管拱拱肋、橫撐及其他配件直接運輸到汽車吊旁，由汽車吊將拱肋逐段吊裝到梁面鋼管支架上，吊裝拱肋時遵循左右對稱、前后對稱的原則，最大不平衡安裝不超過兩個吊裝節段。

拱肋安裝按照如下步驟進行：①確定架拱支架在梁面上的具體位置并在橋面預留鋼筋連接→②安裝架拱支架及支架連接系（支架與預留鋼筋連接）→③架拱支架檢查驗收合格后，進行拱肋節段及橫撐的安裝，邊安裝邊調整線形→④兩側拱肋對稱安裝（預留合攏段）→⑤安裝合攏段→⑥安裝橫撐→⑦整體焊接。

2.7 自密實混凝土研究

自密實混凝土配合比研究通過理論計算，試驗室試驗，得到適合于鋼管內部壓注施工的混凝土，即自密實混凝土，同時具有一定補償收縮性。主要試驗指標包括坍落擴展度，J環坍落擴展度、離析率及膨脹率，在滿足多個指標前提下，確保混凝土壓注施工過程順利進行，同時保證混凝土后期良好力學和耐久性能，且與鋼管拱肋緊密接觸，起到受力作用。

技術路線：（1）基于施工圖紙及規范對混凝土配合比各項指標提出要求；（2）配合比選材；（3）依據規范對自密實混凝土進行初步配合比計算；（4）配合比的試拌及調整；（5）驗證混凝土力學及耐久性能；（6）形成自密實混凝土配合比報告。

2.8 冬施控制

2.8.1 拱腳保溫措施分析

（1）保溫措施。混凝土澆筑之前在左右兩幅拱腳前側、后側及頂端交處預埋測溫傳感器。模板支護完成后用腳手架、棉被搭設暖棚，棚內放置8個火爐和4個溫度計。利用火爐給暖棚升溫，每隔兩小時記錄暖棚內的溫度，并安排專職人員全天24小時巡查棚內升溫措施執行情況。暖棚內火爐應根據外界環境溫度及時調整，并在每天上午7時、下午3時對拱腳混凝土內部進行測溫。保溫養護7 d后，拱腳內部溫度均在20 ℃以下，拆除模板，并用棉被包裹拱腳，采用蓄熱法繼續養護。

（2）現場實測數據，見圖1。

圖1 拱腳實測溫度

（3）結論。采取該種保溫措施可將保溫棚內的溫度控制在17 ℃左右，即拱腳養護溫度受外界環境溫度影響較小。通過對同條件養護試塊做軸心抗壓實驗得拱腳混凝土強度滿足拆模要求且遠大于允許受凍臨界強度值。拆除拱腳模板后采用蓄熱法養護，側得拱腳混凝土內部溫度介于4～14 ℃。拱腳混凝土澆筑完成養護7 d后強度達到44 MPa，大于設計強度的80%。拱腳混凝土澆筑完成后的緊后工序是張拉中橫梁預應力鋼束，拱腳混凝土強度對其影響不大。從經濟方面來開，搭設暖棚采用的棉被和腳手架可重復利用，較為經濟，建議在北方冬季混凝土施工中采取此種保溫措施。

2.8.2 孔道壓漿保溫措施分析

（1）保溫措施。在拱腳和梁體底板、腹板、頂板波紋管周邊埋設測溫導線。在預應力束張拉完成之前，就預應力孔道壓漿前梁體升溫、壓漿過程中及壓漿完成后梁體保溫措施進行實驗。用棉被和電熱毯包裹系梁頂板、翼緣板、腹板及拱腳，棉被在上，電熱毯在下，并在系梁每個箱室放置各一臺功率為3 kW的電暖氣。用篷布包裹梁體支架，并在底板下放置32個裝滿煤的油桶，用油桶內的煤給梁體底板升溫。在預應力孔道壓開始前、壓漿過程中及壓漿完成后3 d內在每天凌晨6～8時（該時間段內外界環境氣溫最低）對梁體進行測溫，確保梁體溫度不低于5℃。

（2）現場實測數據，見圖2。

圖2 現澆梁實測溫度

（3）結論。腹板、拱腳最低溫度與外界環境最低氣溫變化趨勢一致，底板最低溫度受外界環境影響較小，除頂板外，梁體各處溫度均在5 ℃以上。缺點是大量煤的燃燒及橋面保溫棉被的燃燒導致梁體外觀質量較差，拆除模板后須對梁體外觀進行修復，施工成本增加且不利于環保。

2.8.3 拱肋混凝土壓注保溫措施分析

（1）保溫措施。拱肋焊接完成后在拱肋與拱腳相接處、拱肋L/4、拱肋L/2處拱頂焊接5個測溫傳感器，全橋共焊接10個。用加強型防爆阻燃電拌熱帶纏繞拱肋的方式給拱肋升溫，纏繞時電伴熱間距控制在20 cm，然后用棉被包裹拱肋的方法給拱肋保溫。該工序的緊后工序是安裝、張拉吊桿，按設計要求張拉吊桿時拱肋混凝土強度須達到設計強度的100%，拱肋混凝土的保溫養護不僅僅是防止拱肋混凝土受凍，還要確保混凝土的強度增長速度不影響吊桿張拉按時開始。

（2）現場實測數據，見圖3。

圖3 拱肋實測溫度

（3）結論。采取此種保溫措施外界環境溫度對拱肋溫度影響較小，拱肋溫度介于10～20 ℃，混凝土養護溫度控制在最佳范圍之內。拱肋混凝土養護7 d后在拱肋上開孔，用混凝土回彈儀測得強度值為47 MPa（設計C50混凝土），保溫養護效果較好。給拱肋升溫的電熱拌帶及保溫的棉被均可回收或重復使用，較為經濟，且采用此種保溫養護措施受后續施工影響較小。建議在冬季拱肋混凝土施工過程中可采取此種保溫養護措施。

3 結語

系桿拱橋目前在鐵路、公路行業中越來越多，尤其是大跨徑橋梁，目前系桿拱橋已經可以做到220 m以上跨徑，可以說研究和總結施工工藝對橋梁工程具有重要意義。根據本橋施工經驗，可為后續類似工程施工提供借鑒。