大跨度連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)拱肋安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

符穎麗，張子正，張艷輝，王生，夏志斌

（中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 引言

連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)具有良好的跨越能力和承載能力[1]，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。蘇日紅[2]結(jié)合某箱-桁梁斜拉橋的施工重難點(diǎn)，分析了其拼裝誤差，提出了科學(xué)可行的解決方案；舒大勇等[3]針對(duì)金安金沙江大橋鋼桁梁安裝的施工難點(diǎn)和安全隱患，分析了鋼桁梁拼裝、吊裝及剛接等的關(guān)鍵施工技術(shù)，為后續(xù)鋼桁梁安裝積累了經(jīng)驗(yàn)。本文通過規(guī)范化施工及精細(xì)化監(jiān)控量測(cè)，使大跨度連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)拱肋安裝更為安全可靠。

2 工程概況

南昌至景德鎮(zhèn)至黃山鐵路工程CJHZQJX-4 標(biāo)鄱陽湖特大橋，在DK235+987 處跨越信江東支，交叉角度57°22'，設(shè)計(jì)采用90 m+180 m+90 m 連續(xù)梁拱跨越。鋼管拱施工時(shí)梁面作業(yè)空間小，跨度較大，拱頂距離地面較高，跨信江河流風(fēng)險(xiǎn)大，因而對(duì)拱肋弦管端部變形及拱肋安裝精度要求較高。

其主梁截面的主要特點(diǎn)包括：采取單箱雙室的設(shè)計(jì)，高度不等，箱形為直腹板，中支點(diǎn)位置的梁高11 m，邊跨直線段的長(zhǎng)度與高度分別為11.3 m 和5 m，跨中直線段上，梁長(zhǎng)和梁高分別為21 m 與5 m，在拱軸線與梁底下緣區(qū)域都采取二次拋物線的形式。在該橋的拱肋采用鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)形式。在其拱軸線上，預(yù)拱度值取81 mm，同時(shí)，其施工矢高取36.081 m。所設(shè)計(jì)的拱肋截面是等高啞鈴形狀，高3.1 m，由2 根弦管共同構(gòu)成拱肋，而且通過鋼綴板實(shí)現(xiàn)弦管的相互連接，在拱肋弦管以及綴板當(dāng)中充填微膨脹C55 混凝土。拱肋橫向距離是11.9 m，以空鋼管作為橫撐，在其內(nèi)部不充填混凝土，在不同的弦管之間通過厚16 mm 的鋼綴板進(jìn)行連接，采用的拱管半徑為0.55 m。在每一榀拱肋上，吊桿共計(jì)18 根，其分別對(duì)應(yīng)同編號(hào)的吊桿，除了第一根吊桿和原點(diǎn)間距取13.5 m 以外，其他的各個(gè)吊桿間距都取9.0 m。

3 施工方法

3.1 施工步驟

鄱陽湖特大橋90 m+180 m+90 m 連續(xù)梁拱鋼管拱施工采用場(chǎng)內(nèi)分段加工，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后，現(xiàn)場(chǎng)在橋面上安裝鋼管支架，再利用橋面上的汽車吊分3 個(gè)階段拼裝，其跨度為24.319 m+0.883 m（合龍段）+122.001 m+0.883 m（合龍段）+24.319 m，兩邊跨S1 至S3 采取原位拼裝施工方法安裝，中跨S4 至S8 采取整節(jié)段提升安裝施工方法。施工步驟如下。

1）在連續(xù)梁梁體合龍前將組拼支架提前組拼完成，并通過板車運(yùn)輸至安裝位置，利用塔吊和吊車進(jìn)行安裝。

2）用塔吊安裝支架1 至支架3，根據(jù)塔吊吊重和支架的重量計(jì)算滿足要求。支架4 至支架6 利用50 t 吊車進(jìn)行安裝，塔吊和50 t 吊車同時(shí)進(jìn)行安裝作業(yè)。

3）支架在安裝過程中，支架1 和支架2 安裝完成后，提前進(jìn)行S2 和S3 節(jié)段的組拼焊接。

4）利用履帶吊將鋼管拱節(jié)段吊裝上橋，履帶吊站位于主墩旁河床上。

5）鋼管拱組裝過提升支架位置后，利用汽車吊對(duì)提升支架進(jìn)行安裝組拼，鋼絞線穿拉，垂直對(duì)應(yīng)位置的拱上焊接提升吊耳，拱圈內(nèi)吊耳對(duì)應(yīng)位置需增設(shè)加勁板等進(jìn)行臨時(shí)加固。

6）利用2 臺(tái)50 t 吊車焊接安裝合龍段。提升至設(shè)計(jì)位置，拱肋標(biāo)高、軸線復(fù)測(cè)無誤后，汽車吊配合安裝拱肋提升合龍段，焊接合攏段全部焊縫。

7）全橋臨時(shí)支架解體后運(yùn)離工地現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 拱座施工

（1）前期模板加工、預(yù)埋件的加工、流槽及串筒的準(zhǔn)備以及工料機(jī)的準(zhǔn)備；（2）鋼筋的制作與安裝；（3）模板安裝；（4）預(yù)埋件施工；（5）混凝土施工。在澆筑后拱座混凝土之后，當(dāng)強(qiáng)度已達(dá)100%之后，且達(dá)到了95%的彈性模量，則遵循施工圖紙的張拉順序要求，且在所需的張拉力條件之下開展預(yù)應(yīng)力施工，同時(shí)還完成壓漿操作與封錨操作。

3.3 拱肋安裝

3.3.1 支架安裝

拱座澆筑完成后，開始安裝支架。首先拼裝拱肋支架材料：將臨時(shí)支架與剪刀撐焊接形成格構(gòu)柱，設(shè)上封頭板及下預(yù)埋板；柱頂分配梁采用40a 工字鋼，腹板對(duì)應(yīng)受力位置焊加勁肋；分配梁頂（拱肋底）采用鋼管短墩作標(biāo)高調(diào)節(jié)墩，根據(jù)拱軸線線形設(shè)置好角度，焊接在分配梁上，拱肋吊裝定位完后與拱肋下緣亦點(diǎn)焊焊接。單組格構(gòu)柱臨時(shí)支架尺寸為順橋向2.0 m，橫橋向1.5 m，每個(gè)吊裝節(jié)段下均布置一組格構(gòu)柱支架。全橋臨時(shí)支架具體位置如圖1 所示。單組臨時(shí)支架下設(shè)有預(yù)埋件，預(yù)埋件上焊接的“L”形腳筋與橋面鋼筋焊接牢固。鋼管拱安裝完成且拆除安裝支架后，在預(yù)埋鋼板上焊接橋面護(hù)欄鋼筋，再做橋面護(hù)欄。然后提升支架材料，拼裝支架與提升支架搭設(shè)均采用50 t 吊機(jī)組拼成格構(gòu)柱；超過12 m 的支架應(yīng)分節(jié)安裝，單節(jié)支架高度控制在12 m 內(nèi)，節(jié)間設(shè)置20 mm 厚法蘭盤。

圖1 支架結(jié)構(gòu)布置圖

本橋鋼管拱施工臨時(shí)支架組裝在異橋位組拼完成后，利用平板車運(yùn)輸至設(shè)計(jì)位置，然后利用塔吊和吊車進(jìn)行安裝。

3.3.2 鋼管拱拼裝

進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，需要把鋼管拱輸運(yùn)到所需的安裝點(diǎn)，再開展吊裝作業(yè)，進(jìn)行吊裝之前，需要嚴(yán)格校準(zhǔn)拱肋前端坐標(biāo)，而且裝好必要的臨時(shí)性支撐。施工時(shí)，大里程箱梁已架設(shè)完畢，并在大里程設(shè)置機(jī)械設(shè)備上橋通道。50 t 汽車吊及平板車由上橋通道上橋，橋上清理干凈，達(dá)到汽車吊及平板車可通暢開至236 號(hào)附近站位。

臨時(shí)支架材料運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，通過塔吊及25 t 汽車吊吊裝上橋，放于橋上平板車上，然后短駁至相應(yīng)位置，再利用塔吊及25 t 汽車吊卸車及組拼形成臨時(shí)支架格構(gòu)柱，矮支架可直接利用塔吊及25 t 汽車吊樹立安裝，高支架可利用50 t 汽車吊樹立安裝。

3.4 鋼管拱中跨提升

拱肋劃分為3 段進(jìn)行施工，其跨度為24.319 m+0.883 m（合龍段）+122.001 m+0.883 m（合龍段）+24.319 m，對(duì)于兩邊跨，都采用了原位拼裝的方式，對(duì)于中跨，則為整體吊裝提升。中跨先利用汽車吊分節(jié)段吊裝至支架上焊接成整體，再整體起吊提升至設(shè)計(jì)位置。

3.5 鋼管拱合龍段施工

拱肋組合段施工完成后加臨時(shí)合龍時(shí)的溫度修正值于半夜調(diào)整好主拱拱肋的標(biāo)高，并且馬上在主拱的拱頂位置上將臨時(shí)性的合龍構(gòu)件安裝好，從而可以確保它能夠有效承受兩拱的溫度應(yīng)力，從而可避免在合龍段的焊接及定位過程當(dāng)中所形成的溫度應(yīng)力。

1）鎖定。需要先將具體的合龍日期確定下來，當(dāng)氣溫逐漸地趨于平穩(wěn)之后，則調(diào)整連接角鋼，且精密地調(diào)整合龍段的線型。在得到監(jiān)理與設(shè)計(jì)單位對(duì)線型結(jié)果的正式認(rèn)可之后，應(yīng)當(dāng)在氣溫出現(xiàn)改變前，將全部的螺栓予以擰緊。

2）空中對(duì)焊。本橋鋼管拱擬采取分節(jié)段焊接成拱。鋼管拱安裝節(jié)段經(jīng)吊裝就位后用預(yù)設(shè)接口定位碼板（或鋼板）進(jìn)行初定位，就有水準(zhǔn)儀與經(jīng)緯儀所得線形控制指令調(diào)整旋轉(zhuǎn)、縱向、橫向及豎向等維度，使對(duì)接口能夠有良好的吻合性。如果有一定的中心距及失圓誤差，則可以通過高性能的夾具空中整形，同時(shí)輔以千斤頂實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。如果接頭的錯(cuò)位或是變形情況已經(jīng)高于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，則需要通過鋼板襯板來適當(dāng)?shù)貜?qiáng)，從而使成拱有良好的質(zhì)量。

3）灌注混凝土。對(duì)于連續(xù)拱橋，鋼管混凝土拱肋是其最為重要的承重結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目采用的是C55 微膨脹混凝土，鋼管拱混凝土采用泵送頂升法施工，每根主拱肋鋼管中的混凝土順橋向前后兩端對(duì)稱連續(xù)灌注，當(dāng)1 根鋼管中的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，澆筑順橋向橋中線另一側(cè)對(duì)稱位置的鋼管。鋼管拱混凝土頂升按先上弦后下弦最后腹板箱的順序澆筑完所有拱肋混凝土。

3.6 吊桿安裝

安裝步驟如下。

1）吊桿安裝。吊桿陸運(yùn)至橋位起吊位置，然后用汽車吊起吊掛索至梁面。

2）吊桿的拱上安裝。拱上安裝吊桿錨固端采用塔吊安裝法，即用塔吊吊對(duì)準(zhǔn)對(duì)位安裝，索穿過上索套管后及時(shí)旋緊上錨具。拱上吊桿安裝在鋼管拱提升前完成，與鋼管拱一起提升至設(shè)計(jì)位置。

3）吊桿及上錨具的安裝次序。鋼管拱部位的吊桿加載應(yīng)配合整個(gè)拱橋（箱肋拱、鋼管拱）的加載施工，按設(shè)計(jì)規(guī)定的加載步驟實(shí)施加載。但其掛索施工與張拉順序無關(guān)，因掛索后索體無預(yù)應(yīng)力，所以，掛索可以從兩端拱腳開始對(duì)稱安裝至拱頂，也可以跳躍進(jìn)行。

4）吊桿張拉鋼管拱吊桿全部掛索完后，其張拉次序及張拉力應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。

4 施工監(jiān)測(cè)

在每一榀的拱肋上，可以被劃分成運(yùn)輸節(jié)段共計(jì)13 個(gè)（其中并未包括合龍段），進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝的過程中，對(duì)拱軸線方程進(jìn)行換算（其具體表達(dá)為：Y=-0.004 460X2+0.802 800X），從而得到與之相應(yīng)的拱胎上定位坐標(biāo)，采用三維空間坐標(biāo)測(cè)量控制，在鋼管拱肋兩端截面4 個(gè)點(diǎn)貼反射膜，最后再測(cè)定得到兩端截面上的4 個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，由此可以得到拱段端截面所對(duì)應(yīng)的具體位置信息。

拱肋線形測(cè)量采用粘貼反射膜，控制點(diǎn)定于1/8 跨、1/4跨、3/8 跨、1/2 跨、5/8 跨、3/4 跨和7/8 跨。在以下工況進(jìn)行線形測(cè)量：（1）拱肋合龍后；（2）泵送鋼管混凝土后；（3）吊桿初張拉后；（4）吊桿終張拉后。

拱肋應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量采用表貼式振弦應(yīng)變計(jì)，測(cè)點(diǎn)布置斷面選擇 在拱腳、1/8 跨、1/4 跨、3/8 跨、1/2 跨、5/8 跨、3/4 跨和7/8 跨截面，應(yīng)變計(jì)主要沿平行于拱肋軸向布置在鋼管拱肋截面的上下緣位置，每個(gè)截面布置4 個(gè)表面應(yīng)變計(jì)。吊桿索力測(cè)量吊桿索力測(cè)量采用在吊桿上預(yù)設(shè)磁通量傳感器。

5 施工重難點(diǎn)分析

本工程鋼管拱為鋼-混結(jié)構(gòu)，鋼管拱的安裝影響后續(xù)分部工程施工，必須制定好合理的安裝順序及安裝方法；本工程鋼管拱拱肋最長(zhǎng)分段長(zhǎng)14.5 m，寬3.3 m，運(yùn)輸過程中必須確保拱肋弦管端部不變形，保證運(yùn)輸安全，提前與交管部門做好協(xié)調(diào)工作；本工程鋼管拱拱肋安裝為汽車吊上橋面吊裝，需要嚴(yán)格控制汽車吊的規(guī)格，起重作業(yè)半徑不能過大，導(dǎo)致吊車站位必須位置準(zhǔn)確，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)橋面交通組織；吊裝施工與臨時(shí)支架體系的穩(wěn)定性及安全保障；鋼管拱單元吊裝后的穩(wěn)定性；由于鋼管拱跨度較大，拱頂距離地面較高，采用鋼管支架拼裝，提升支架提升兩種方式相結(jié)合的安裝方式，有兩個(gè)合龍段，所有的分段均有比較高的安裝精度要求，在進(jìn)行測(cè)量分析時(shí)應(yīng)當(dāng)十分細(xì)致，有效監(jiān)控整個(gè)過程，從而使鋼管拱成品能夠達(dá)到預(yù)期要求。

6 結(jié)語

大跨連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)拱肋安裝施工關(guān)鍵技術(shù)采用先場(chǎng)內(nèi)分段加工，后在現(xiàn)場(chǎng)安裝鋼管支架，再現(xiàn)場(chǎng)吊裝的流程進(jìn)行，吊裝先進(jìn)行原位拼裝，后整體提升，全階段嚴(yán)格進(jìn)行施工監(jiān)控量測(cè)，確保了大跨連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)拱肋安裝的安全穩(wěn)定性。