高速鐵路連續梁拱拱肋低位拼裝技術應用

李智LI Zhi

（中鐵二十五局集團有限公司西北分公司，西安 710016）

0 引言

連續梁與拱的組合使拱橋更加輕巧，尤其在高速鐵路跨越大江大河中展現出非凡的適用性[1]，充分發揮了梁橋受拉和拱橋受壓的結構特性，具有結構受力好、豎向剛度大、跨越能力強、造型美觀等特點，在高速鐵路橋梁建設中已得到越來越多的應用。連續梁拱橋拱肋結構一般采用豎轉法[2-3]和分段低位拼裝整體提升施工，也有采用異位拼裝頂推滑移法的施工案例[4-7]，需根據工程的實際情況進行選擇。對拱肋施工技術的分析應用，讓其在橋梁工程中發揮出應有的價值。

1 工程背景

某高速鐵路橋梁跨越信江西支，主橋采用（90+180+90）m 預應力混凝土連續梁與鋼管混凝土拱組合結構。主橋頂面距河床35.1m，橋梁全寬13.2m，中支點處（拱腳）局部加寬為15.9m。拱肋采用豎直平行鋼管混凝土啞鈴拱，兩拱肋中心距11.9m，計算跨度為180m，立面矢高36m，拱肋以施工拱軸線進行預制和拼裝。

2 原設計情況

原設計拱肋安裝采用豎向轉體施工，將拱圈從跨中分為兩半，在已有橋面上搭設支架，在支架上組拼拱肋；然后利用拉索牽引拱肋豎向轉體至設計標高，并在跨中合龍完成結構的安裝。

3 拱肋施工方法對比

根據施工現場實際情況，參考類似橋梁施工經驗及本單位施工技術裝備能力，在明確拱肋施工方案時，對豎轉法（原設計方案）、分段低位拼裝整體提升和異位拼裝頂推滑移法進行了對比[8]。本橋可在相鄰已完工的連續梁兩側施工臨時拼裝支架來實施異位拼裝頂推滑移，在臨時支架上提前拼裝拱肋，待連續梁完工后進行拱肋整體頂推滑移的施工方法。該方法最大優點是在連續梁施工期間可以同步拼裝拱肋。將三種施工方案在工期、安全、質量和費用等方面進行對比，見表1。

表1 連續梁拱拱肋施工方案對比

該橋前期受洪水影響，施工壓力很大，拱肋剩余可施工時間82d。

根據以上對比，確定采用方案二，安全質量可控，工期基本滿足要求。現場直接費用比方案一節約78 萬元，比方案三節約337 萬元。

4 主梁檢算

拱肋拼裝支架支撐于主梁上，拼裝時支架自重、吊車吊裝等均會對主梁產生影響。拱肋拼裝對主梁的影響包括：拼裝過程中已拼裝好拱肋、支架自重、吊車（含配重）吊裝時對主梁的影響。因此，根據拱肋拼裝完成和安裝時吊車站位分別對主梁受力狀態進行檢算。

4.1 拱肋拼裝完成主梁的檢算

將拼裝支架的反力作用于支架相對于主梁的位置處，檢算主梁受力。拼裝支架受力最大位置處主梁的受力分別為：支架1（359.9kN）、支架4（372.2kN）、支架5（397.4kN）、支架6（349.0kN）。檢算數據見表2。

表2 支架反力對主梁影響檢算數據表

4.2 吊車支腿對主梁橫向的影響

吊車支腿之間間距為7m，大小里程分別擴展1m，按9m 長度主梁梁體，腹板下緣三點支撐的框架計算。因吊車支腿的橫向位置不確定，按吊車支腿最大支反力在拼裝支架之間施加移動荷載計算。

如圖1、圖2 所示，主梁頂板頂最大壓應力為1.1MPa、主梁頂板底最大壓應力為0.7MPa，均小于C55 混凝土容許壓應力14.8MPa，滿足要求；主梁頂板頂最大拉應力為0.7MPa，主梁頂板底最大拉應力為0.9MPa，均小于C55 混凝土容許拉應力2.97MPa，滿足要求。

圖1 主梁頂板頂應力圖

圖2 主梁頂板底應力圖

5 拱肋拼裝關鍵施工技術及注意事項

拱肋采用廠內分段加工，30 段拱肋，4 段拱腳，9 個橫撐。拱肋最長節段為15.4m，最重節段21.6t，橫撐每段長10.8m，重約12.1t。支架安裝程序：管樁組拼→連接系組拼→形成格構柱并安裝→橫向分配梁（鞍座）安裝→驗收。拱肋安裝程序：拱肋短駁至安裝位置→拱肋吊裝→調整拱肋前端坐標→拱肋環口臨時連接→復測、拱肋節段焊接→安裝橫撐→依次安裝下一節段拱肋及橫撐→安裝合龍段處的橫撐→拱肋線形、焊縫質量全面檢測→安裝提升支架系統→拱肋臨時系桿分級張拉→分級整體提升0.2m，靜置1 小時后整體連續提升→提升合龍段焊接合龍→分級卸載臨時系桿及提升索力，完成體系轉換。

5.1 拱肋臨時系桿張拉

低位拼裝段在提升時，由于受力狀態由多點支撐狀態變為2 點簡支，根據拱的自重受力分析，兩拱腳位置反力分解為垂直豎向力及向外的水平力。為確保提升段拱肋在提升過程中體系變化所產生的水平方向反力產生的變形量，在拱肋提升時需對拱肋弦長方向施加向內拉力，從而保證線形，實現精確合龍。拱肋臨時系桿單側共計18 根φ15.2 無松弛鋼絞線，單側計算的最大張拉力為228.4t（也是水平推力值），水平對拉索為被動索，施工時以控制位移變化為主，控制張拉力大小為輔。如圖3 所示。

圖3 分段低位拼裝整體提升

拱肋臨時系桿分級張拉步驟：①在拼裝支架上全部組拼完成后，進行第一級張拉，第一級張拉為鋼絞線預緊固，第一級張拉力按照50t 進行對稱施加；②繼續分級張拉，由50t→100t→150t→提升系統開始工作→調整水平弦長。此時拱肋已陸續脫離拼裝支架，轉由最兩端的張拉支架及提升系統承受拱肋重量；③當拱肋提升至設計標高后，需調整拱肋合龍姿態，視情況決定，進行第三次張拉加載，計算的張拉力為4×228.4t，實際施工時以位移控制為準。

5.2 拱肋提升索的控制

提升索由13 根φs15.2 鋼絞線組成，最大提升力為4×154t。當臨時系桿張拉加載至4×150t 后，拱肋進入到脫架提升階段。

為保證拱肋提升順利進行，提升脫架共分4 個階段控制：第一階段：臨時系桿張拉加載至4×150t 或之前，對提升索進行第一次加載，第一次加載為4×50t，進行對稱施加；第二階段：經對拱肋檢查確認安全后，對提升索進行第二次加載，第二次加載至4×100t，進行對稱施加；觀測拱肋脫架狀態；第三階段：經對拱肋檢查確認安全后，對提升索進行第三次加載，第三次加載至4×154t，進行對稱施加；觀測拱肋脫架狀態；第四階段：對拱肋檢查確認安全后，拱肋即進入可提升狀態。

先提升整節段拱肋與拼裝支架脫空，脫架后（脫空20cm），停頓靜置期間，檢查整個提升體系各重要部位有無異常現象；然后進行提升，提升整體拱肋節段至設計位置，提升速度：4～6m/h。

5.3 拱肋線形控制

第一階段：試提升空中停滯期間，進行提升段拱肋姿態的測量和調整。在提升支架上面設置水平千斤頂，提升前精調提升頂和提升管段提升吊耳的位置，使其豎向在同一軸線上；第二階段：根據測量監控提供的空中測點，計算出各測點之間的相對位置偏差，進而得出拱肋線形形位偏差，再次通過提升支架上面設置的千斤頂水平微調偏距和里程偏差；第三階段：水平張拉索設有張拉端和固定端，分別設置拱肋大、小里程的兩端。若提升段兩段水平間距不符合設計要求，則通過設置在兩端拱肋下錨箱上的張拉千斤頂張拉或釋放水平張拉索的方式調整提升段投影長度，以索長調整為主、以索力調整為輔。

5.4 提升注意事項

①臨時系桿對稱張拉左右不均衡力小于20 噸；②張拉過程中，檢查拱肋、臨時張拉系統、拼裝支架變化情況，觀察支架是否開始脫空；③提升前，需要在拱肋四個提升點設置安全繩，防止惡劣天氣影響。

5.5 拱肋混凝土灌注及吊桿張拉

拱肋自密實混凝土頂升時，左右兩側同時對稱頂升，混凝土的流動性及擴散性滿足規范要求。為保證混凝土在鋼管中能密實成型，混凝土要自行實現無收縮或微膨脹性能。混凝土按先上弦后下弦再綴板進行頂升，每次頂升必須在前一次混凝土達到設計強度的100%且齡期不小于5天后進行。系桿安裝需在綴板混凝土達到設計強度的100%且齡期不小于5 天后進行，張拉時前后左右同時對稱進行，按照設計提供的張拉力及順序依次進行。在張拉時安裝數據自動采集系統，便于后一束張拉時采集前一束的應力變化是否滿足設計要求。全部張拉完成后，再根據設計應力進行微調，以滿足設計要求。

微調完成后再次對拱軸線位置進行觀測，是否達到設計要求。

6 結束語

在拱肋施工前，應根據現場實際情況經技術經濟比選確定拱肋施工方案，施工現場嚴格執行方案。該方法已成功在信江西支特大橋、信江東支特大橋及樂安江特大橋的3 座（90+180+90）m 連續梁拱的施工中成功應用。經現場檢查，施工效果符合設計時的預期效果。該橋拱肋拼裝施工技術可為類似工程提供參考。