下承式簡(jiǎn)支拱鋼管拱肋受力及施工技術(shù)研究

許童云

(中鐵上海工程局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300000)

1 工程概況

濰坊至煙臺(tái)鐵路工程 ZQSG-6 標(biāo)段大理路中橋，梁全長(zhǎng)66.5 m，計(jì)算跨長(zhǎng)為64 m，矢跨比f(wàn)/l=1/5，拱肋平面內(nèi)矢高12.8 m，拱肋采用二次拋物線，拱肋立面投影方程為：y=4×12.8(64-x)x/642（m）。拱肋在橫橋向內(nèi)傾8°，呈提籃式樣，拱頂處兩拱肋中心距13.002 m。拱肋橫斷面采用啞鈴型鋼管混凝土等截面，截面高度h=2.4 m，鋼管直徑為0.8 m，由16 mm的鋼板卷制而成，每根拱肋的兩鋼管之間用δ=16 mm的腹板連接。每隔一段距離，在圓形鋼管內(nèi)設(shè)加勁箍，在兩腹板中焊接拉桿，拱管內(nèi)灌注C55補(bǔ)償收縮混凝土[1]。

2 下承式簡(jiǎn)支拱鋼管拱肋施工流程

鋼管拱橋采用廠內(nèi)分段預(yù)制，鋼管拱的全加工預(yù)制全部在基地內(nèi)完成后，然后再分批次、分節(jié)段運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)臨時(shí)支架進(jìn)行安裝，鋼管拱由柱腳段向合龍段進(jìn)行對(duì)稱安裝[2]，橫撐等結(jié)構(gòu)同步于拱肋安裝進(jìn)行。圖1是拱肋施工工序流程圖。

圖1 拱肋施工工序流程圖

3 簡(jiǎn)支拱拱肋施工

3.1 拱肋制作

肋拱制作流程圖具體如圖2所示。

圖2 鋼管拱肋加工制作流程圖

3.2 拱肋分段情況

拱肋單元節(jié)段的分段：將每幅拱肋分成2 處拱腳段和5個(gè)單元節(jié)段，分段劃分時(shí)，綜合考慮上下拱肋管節(jié)錯(cuò)口，腹板的橫向焊縫與鋼管的環(huán)縫不應(yīng)處于同一截面，焊縫間距不小于200 mm。具體分段如表1所示。

表1 鋼管拱節(jié)段劃分表

3.3 拱肋拼裝支架施工

3.3.1 拱肋預(yù)拼裝

在拼裝平臺(tái)上，進(jìn)行半跨拱肋放大樣，標(biāo)記拱肋xy坐標(biāo)系、上拱管拱背線、下拱拱胸線和拱段端線，在拱背和拱段端線設(shè)定位裝置。將拱肋從拱腳節(jié)段開(kāi)始順次吊裝，用線錘檢查拱肋拱胸，拱背與放大樣相對(duì)位置精度±2 mm。用磁力切割機(jī)開(kāi)制坡口，測(cè)橫撐位置，點(diǎn)焊M8螺帽。點(diǎn)焊定位塊，翻轉(zhuǎn)筒體，焊接拱肋未焊部分，在另一側(cè)腹板上焊接加勁板，焊腳高度為10 mm。預(yù)拼裝分解后，在各個(gè)拱肋節(jié)段末端上、下拱管孔內(nèi)設(shè)置圓形焊接襯墊，襯墊板厚4 mm，寬80 mm 點(diǎn)焊在拱管孔內(nèi)，與管壁留0.5 mm膨脹間隙。將拱肋節(jié)段和對(duì)接口處四等分線處做上標(biāo)記[3-6]。

3.3.2 拱肋支架安裝

在系梁上搭設(shè)臨時(shí)支撐，鋼支架采用鋼管格構(gòu)柱，主柱采用Φ180×10 mm 圓管，斜撐采用Φ133×5 mm 圓管，格構(gòu)柱高度根據(jù)安裝位置確定。通過(guò)桁架連接同側(cè)縱橋向臨時(shí)支架，共6組，桁架規(guī)格為Φ133×5 mm圓管。格構(gòu)柱底部與預(yù)埋鋼板焊接固定，預(yù)埋鋼板背部焊接錨固鋼筋，錨固鋼筋采用Φ16 mm，長(zhǎng)度為300 mm，與系梁鋼筋綁接。支架頂部鋪設(shè)20 mm鋼板，鋼板頂部焊接雙拼I32b、I28b工字鋼與仿形鋼托板，作為主拱管安裝時(shí)的限位槽。支架橫橋向采用雙根32b工字鋼結(jié)構(gòu)對(duì)支架進(jìn)行橫橋向拉接[7-9]。

3.3.3 拱腳安裝

拱腳安裝采用現(xiàn)場(chǎng)散拼法（上、下弦管及端頭封板），廠內(nèi)預(yù)制安裝胎架，將上、下弦管安裝就位調(diào)整其線型精度，每根弦管完成定位后都須與胎架點(diǎn)焊固定，安裝弦管端頭腹腔封板，使用角鋼將整體胎架與鋼模連接固定[10]；埋管安裝在完成定位后使用角鋼與鋼模拉接固定；支架預(yù)埋件安裝定位應(yīng)根據(jù)主拱肋安裝的斷口位置而定，定位完成后并加以固定[11-13]。

拱腳安裝采用80 t 汽車(chē)吊于地面進(jìn)行單體吊裝，單根拱管最重為2.834 t，最大作業(yè)半徑為22 m，起升高度為20 m，主臂長(zhǎng)度達(dá)29 m，最大起重量4.7 t>2.834 t（單管重量），安全系數(shù)為1.65，滿足吊裝要求。

3.3.4 拱肋安裝

現(xiàn)場(chǎng)拼裝：由拱腳處向跨中對(duì)稱安裝，在拱肋安裝時(shí)同步安裝K 撐連接。在橋面上搭設(shè)支架，采用2 臺(tái)100 t 汽車(chē)吊在橋下小里程梁體兩側(cè)站位于靠近在系梁邊緣進(jìn)行吊裝，兩片拱肋從拱腳到拱頂對(duì)稱安裝，全部拱肋吊裝完成后進(jìn)行節(jié)段的焊接，橫撐與斜撐在相應(yīng)管節(jié)安裝后應(yīng)及時(shí)連接，保證拱肋施工期間橫向穩(wěn)定性。

3.3.5 拱肋混凝土施工

鋼管混凝土拱肋為拱橋的主要承重結(jié)構(gòu)，鋼管內(nèi)混凝土與鋼管是共同受力結(jié)構(gòu)。鋼管拱肋混凝土泵送壓注混凝土壓注采用4 臺(tái)地泵進(jìn)行施工，先對(duì)稱泵送下管混凝土，下管混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，再對(duì)稱泵送上管混凝土，上管混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，再對(duì)稱泵送腹板混凝土[14]。

3.4 簡(jiǎn)支拱吊裝安裝

平行布置吊桿，共設(shè)9對(duì)吊桿，吊桿垂直梁面距離為5 m，橫向內(nèi)傾8°。吊索采用抗拉強(qiáng)度為1 670 MPa、疲勞應(yīng)力幅200 MPa的PES(FD)7-109型低應(yīng)力防腐拉索（平行鋼絲束），鋼絲和不銹鋼護(hù)管采用雙層HDPE護(hù)層。

鋼管拱肋內(nèi)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，安裝吊桿進(jìn)行張拉，下端外套復(fù)合不銹鋼管，配套使用LZM7-109 型冷鑄鐓頭錨。上端穿過(guò)拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于系梁內(nèi)固定底座。在梁部頂面上方同時(shí)進(jìn)行單端張拉對(duì)稱吊桿（即每次張拉四根）吊桿分兩次張拉，吊桿張拉過(guò)程中需對(duì)吊索張拉力計(jì)算及檢測(cè)。先進(jìn)行2.5 倍吊桿力進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，其次進(jìn)行下錨箱施工，最后按要求對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)。

4 拱肋施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

4.1 拱部線形檢測(cè)

在鋼管混凝土拱施工階段對(duì)梁部變形進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在梁部支架拆除階段對(duì)梁部變形進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)，施工控制的意圖得到了良好的貫徹。大理路中橋64 m簡(jiǎn)支拱橋拱部線形監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3 施工過(guò)程中拱部預(yù)計(jì)收縮徐變完成后線形

由于實(shí)設(shè)預(yù)拱度中包括了支架的非線性變形、墩的沉降等因素，實(shí)際澆筑過(guò)程中的非線性變形與實(shí)際發(fā)生值有一定的誤差，故梁體線形與理論值有一定的偏差。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，后期線形滿足運(yùn)營(yíng)要求。

4.2 應(yīng)力檢測(cè)

拱部結(jié)構(gòu)選擇跨中、拱腳等關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中一片拱肋布置3個(gè)測(cè)試斷面，另外一個(gè)拱肋布置2個(gè)測(cè)試斷面。每個(gè)拱肋截面布置4 根應(yīng)變計(jì)，其中鋼管應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用表面式應(yīng)變計(jì)，鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)。

分析表2 的鋼拱肋應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋼管鋼拱肋上緣和下緣實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力較為接近，且較理論值都稍小，拱部結(jié)構(gòu)處于安全范圍內(nèi)。

表2 截面1-1鋼拱肋應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)表3的數(shù)據(jù)對(duì)比拱肋混凝土的實(shí)際應(yīng)力和理論應(yīng)力發(fā)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)力接近理論應(yīng)力且稍小于實(shí)際應(yīng)力值，所以拱部結(jié)構(gòu)處于安全范圍內(nèi)。

表3 拱肋內(nèi)混凝土應(yīng)力測(cè)試結(jié)果（單位：MPa）

4.3 吊桿張力檢測(cè)

吊桿張力采用索力儀測(cè)振動(dòng)頻率法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)吊桿張力實(shí)測(cè)結(jié)果表明，吊桿索力與理論值較為接近，滿足運(yùn)營(yíng)階段吊桿索力要求。

表4為線路左側(cè)第一次索力張拉后的索力。

表4 線路左側(cè)第一次索力張拉后的索力

5 結(jié)論

以新建濰坊至煙臺(tái)鐵路工程 ZQSG-6 標(biāo)段大理路中橋1～64 m簡(jiǎn)支拱橋施工為例，主要介紹了鋼管拱肋的施工過(guò)程和拱部現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

（1）在施工中介紹拱肋施工的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括拱肋的制作、分段、拱肋支架安裝、拱腳安裝和混凝土施工。拱腳采用現(xiàn)場(chǎng)散拼法，解決了由于拱腳內(nèi)鋼筋布排密集，系桿與端橫梁預(yù)應(yīng)力孔道穿越其中，混凝土澆筑困難的難題。

（2）對(duì)拱部線性檢測(cè)和應(yīng)力監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，拱部線形變化滿足施工要求，在規(guī)定年限對(duì)線形變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，線形變化滿足施工壽命要求，并且應(yīng)力和吊桿張力都滿足運(yùn)營(yíng)階段的要求，拱部結(jié)構(gòu)在安全范圍內(nèi)，驗(yàn)證了施工的規(guī)范性和正確性。