下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)研究

摘要 文章依托通揚線高郵段航道整治橋梁工程一溝大橋，探討了下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)，通過對原位拼裝法與整體吊裝法進行比較，采取整體吊裝法進行施工，具體闡述了樁基工程、下部結(jié)構(gòu)承臺及墩臺身、空心板梁工程、預(yù)制箱梁、鋼管混凝土系桿拱橋工程等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。結(jié)果表明，整體吊裝法在安全性、工期、經(jīng)濟性及對航道影響等方面均優(yōu)于原位拼裝法，具有重要的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；拱橋；下承式；鋼管混凝土系桿；施工技術(shù)

中圖分類號 U445.4 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0111-03

0 引言

下承式鋼管混凝土系桿拱橋作為一種結(jié)構(gòu)新穎、受力合理的橋梁形式，近年來在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)特點和施工技術(shù)的研究對于橋梁工程的設(shè)計與施工具有重要意義[1-2]。通揚線高郵段航道整治橋梁工程一溝大橋項目是該地區(qū)的重要交通樞紐，原橋梁為梁橋，新橋建設(shè)面臨復(fù)雜的施工環(huán)境和高標(biāo)準(zhǔn)的工程要求。通過對該項目的施工技術(shù)研究，研究下承式鋼管混凝土系桿拱橋的最佳施工方案，以提高施工效率、保證工程質(zhì)量，為類似橋梁工程的施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

通揚線高郵段航道整治橋梁工程一溝大橋位于高郵市龍虬鎮(zhèn)與卸甲鎮(zhèn)之間，原橋梁主跨跨徑為28 m，橋面寬7.0 m，新橋位于原橋東側(cè)約450 m處，航道北側(cè)接線起于一溝路與S333交叉處，沿一溝路向北350 m后折向東，在金家圩處折向南橫跨S333，航道南側(cè)接至四支渠路，線路全長1.974 km。新橋橋面寬度為13 m，全橋長563.5 m，橋跨組成為（9×20）m+（3×25）m+82.64 m+（11×20）m；主橋上部結(jié)構(gòu)為下承式鋼管混凝土系桿拱，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩；引橋上部結(jié)構(gòu)為20 m的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，以及25 m的裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、肋板式橋臺、薄壁式橋臺及鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)具體見表1所示：

2 鋼管混凝土系桿拱施工方案比選

2.1 原位拼裝法

利用主墩、臨時立柱、貝雷梁、工字鋼等搭設(shè)原位拼裝的作業(yè)平臺，并設(shè)置臨時支架進行鋼管拱的拼裝。臨時支架鋼管柱及貝雷片施工平臺，均采用水上施打及水上安裝，勁性骨架、鋼管拱、風(fēng)撐等全部利用150 t浮吊進行安裝。其中，拱肋采用岸上拼裝成三大吊裝節(jié)段，后期采用浮吊進行安裝；中橫梁采用預(yù)制后的浮吊船安裝。

2.2 整體吊裝法

岸上支架拼裝，浮吊整體吊裝就位。選擇在河岸一側(cè)，順河方向平整拼裝場地，進行勁性骨架和鋼管拱的整體拼裝，完成吊桿的安裝，待拼裝完成后利用2臺300t浮吊進行整體吊裝施工，吊裝完成后進行拱肋混凝土、系桿混凝土的灌注，中橫梁采用預(yù)制后的浮吊安裝。

兩種施工方案優(yōu)缺點對比情況見表2所示：

從安全、工期、封航次數(shù)、經(jīng)濟等方面綜合考慮，采用整體吊裝法節(jié)約工期、安全可靠、施工便捷，且只須在吊裝期間進行短暫封航，對航道的影響也小得多，故計劃采用整體吊裝法進行該工程4座下承式鋼管混凝土系桿拱的施工。吊裝機械擬選用2臺300 t浮吊，每2座鋼管系桿拱的吊裝集中進出場一次，共兩次進出場，陸續(xù)完成施工任務(wù)。

3 鋼管混凝土系桿拱施工要點

3.1 樁基工程

橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，設(shè)計為水下混凝土灌注樁，樁基直徑分別為φ1.5 m及φ1.2 m，河道駁岸鉆孔樁直徑為φ1.0 m。樁基設(shè)計為摩擦樁，樁身范圍的地質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、粉土，擬采用循環(huán)鉆機（以反循環(huán)為主）。鉆孔灌注樁采用循環(huán)鉆的施工工藝，配套施工設(shè)備如下：滾焊機、泥漿泵、電焊機、鋼筋調(diào)直機、鋼筋彎曲機、鋼筋切割機、汽車吊等。循環(huán)鉆孔灌注樁施工工藝流程圖如圖1所示：

3.2 下部結(jié)構(gòu)承臺及墩臺身施工

主墩為方柱型式，尺寸為2.2 m×1.8 m，高度分別為4.234 m、4.255 m，承臺為6.4 m×6.4 m×2.5 m。引橋橋墩為圓柱式，其中14#、15#墩設(shè)系梁。施工工藝流程如下：填土筑島—鋼板樁圍堰—基坑開挖—樁頂鑿除、檢樁—測量定位—鋼筋綁扎—模板支設(shè)—混凝土澆筑—基坑回填—拆除鋼板樁圍堰。

鋼板樁圍堰需用型鋼作為內(nèi)導(dǎo)梁制成圍籠，在插打鋼板樁時起導(dǎo)向作用，并作為鋼板樁的內(nèi)支撐。內(nèi)導(dǎo)梁制作按設(shè)計尺寸直接下料，接頭安排在橫撐支點處，接頭采用焊接。鋼板樁插打順序從遠離河岸側(cè)開始，在另一側(cè)合龍，每邊一角插至另一角，插打時應(yīng)嚴(yán)格控制樁的垂直度；尤其是第一根樁應(yīng)從兩個相應(yīng)垂直方向進行控制，確保垂直；插打一塊或幾塊樁穩(wěn)定后即與導(dǎo)框進行聯(lián)系，當(dāng)偏斜過大不能用拉擠方法調(diào)整時，應(yīng)拔起重插；在防止與糾正均無效時，可采用特制楔形樁合龍。

承臺鋼筋在鋼筋加工場集中加工，運至現(xiàn)場進行鋼筋安裝。鋼筋在進場前必須進行檢驗，檢驗合格后方可進場。材料進場后應(yīng)存放在倉庫或料棚內(nèi)，不得直接堆放在地面上，必須用方木或其他方法墊起，工地臨時保管鋼筋時，應(yīng)選擇地勢高、地面干燥的場所，上部加蓋棚布。鋼筋下料前，應(yīng)先檢查鋼筋表面是否有油漬、漆污、水泥漿或鐵銹等，若有應(yīng)清除干凈，下料時應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙要求進行鋼筋長度的下料。承臺鋼筋綁扎時應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙要求進行鋼筋間距的綁扎。為確保混凝土保護層厚度，墊塊應(yīng)采用與承臺混凝土同標(biāo)號的混凝土墊塊。混凝土保護墊塊厚度尺寸正偏差不得大于5 mm，且不得有負(fù)誤差。構(gòu)件側(cè)面或底面的墊塊應(yīng)至少為4個/m2，綁扎墊塊和鋼筋的鐵絲頭不得伸入保護層內(nèi)，避免形成銹蝕通道[3]。承臺鋼筋綁扎完成后，進行測量放樣，放出墩身鋼筋位置，綁扎墩身預(yù)埋筋，鋼筋間距應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙要求綁扎。

3.3 空心板梁工程

該工程空心板梁工程量較小，且施工現(xiàn)場無場地滿足預(yù)制要求。根據(jù)目前的現(xiàn)場調(diào)查，工程項目周邊30 km范圍內(nèi)有3座空心板梁預(yù)制場，且均能滿足現(xiàn)場板梁的工期和質(zhì)量要求。項目現(xiàn)場不再進行空心板梁預(yù)制，待預(yù)制好的空心板梁強度達到設(shè)計要求后，運輸至現(xiàn)場進行吊裝安裝工作，如圖2所示：

該橋梁空心板梁安裝擬采取1臺130 t汽車吊吊裝。根據(jù)橋臺所具備的吊裝條件，先吊裝0＃橋臺～1＃橋墩梁板，剩余梁跨吊裝的吊車在橋下便道，垂直于橋跨方向進行支腿，吊車不上橋面，梁安裝按照中梁、邊梁、次邊梁、中梁、邊梁、次邊梁的順序依次架設(shè)。每一片梁采用預(yù)埋的吊耳進行四點起吊。

3.4 預(yù)制箱梁施工

箱梁由預(yù)制場集中預(yù)制，由運梁拖車經(jīng)路基直接運輸?shù)郊軜驒C位置，使用架橋機架設(shè)安裝。預(yù)制梁在運輸和起吊過程中，注意保持梁體的橫向穩(wěn)定，架設(shè)后應(yīng)及時焊接梁間的橫隔板主筋，并及時施工現(xiàn)澆連續(xù)結(jié)構(gòu)。采用架橋機架設(shè)預(yù)制梁的橋梁，在預(yù)制梁之間的橫隔板和翼板濕接縫澆筑混凝土，并達到混凝土強度設(shè)計等級的85%[4]且采取壓力擴散措施后，方可在其上運梁。

3.5 鋼管混凝土系桿拱橋工程

鋼系桿拱橋采用鋼構(gòu)件在鋼構(gòu)廠進行半成品加工，運輸至現(xiàn)場西岸進行現(xiàn)場拼裝。在陸地上完成系桿勁性骨架（臺座應(yīng)考慮縱斷面起拱和預(yù)拱度的設(shè)置）及7道系桿臨時橫梁的安裝，然后在胎架上拼接拱肋鋼管，風(fēng)撐與管肋同步安裝，焊接成整體，安裝系桿模板，綁扎系桿鋼筋，安裝吊桿并張拉部分吊桿預(yù)應(yīng)力作為收緊力；隨后將拱肋及勁性骨架整體吊裝就位，安裝主墩支座，臨時固定[5]。主橋整體施工工藝流程如圖3所示：

3.6 拱腳及端橫梁現(xiàn)澆

拱腳實體段為雙向預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)，順橋向與系桿梁拱腳現(xiàn)澆段相接，橫橋向與端橫梁固接[6]。拱腳處設(shè)有GPZ（2009）12.5盆式橡膠支座，共有三種類型、四種安裝方式——雙向活動支座（SX）1個、單向活動支座（DX）2個、固定支座（GD）1個，其中單向活動支座有順橋向、橫橋向兩種安裝方式。根據(jù)該工程現(xiàn)場調(diào)查情況，拱腳、端橫梁實體段混凝土采用支架現(xiàn)澆方案，其中4#墩位于水中，端橫梁和拱腳支架采取鋼管樁支撐，鋼管樁支撐在承臺位置，縱向通過槽鋼連接；5#墩位于岸邊，可以采取滿堂支架方案，現(xiàn)場通過對既有河岸邊進行壓實改良處理后，作為滿堂支架的基礎(chǔ)。

3.7 拱肋混凝土灌注

鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)按實驗配比進行配置，混凝土中應(yīng)摻入一定量的高強高效減水膨脹劑，既要保證混凝土的強度，又能獲得所需的流動性，保證混凝土的密實性及泵送的和易性。C40無收縮混凝土添加劑的生產(chǎn)廠家較多，應(yīng)加以比較擇優(yōu)選用，經(jīng)過多次配合比試驗，確定合適的混凝土初凝時間、和易性、流動性、坍落度，成功后方可正式使用。

3.8 系桿現(xiàn)澆施工

首先安裝勁性骨架，在安裝底層勁性骨架的同時將系桿空箱模板安裝就位，然后安裝頂層勁性骨架，綁扎鋼筋，安裝模板，最后澆筑混凝土并張拉預(yù)應(yīng)力。系桿勁性骨架在廠內(nèi)加工時，應(yīng)按分段長度焊接成23 m左右段的整體，運至現(xiàn)場后直接吊至拼裝平臺支架上，焊接成整體。系桿縱向鋼筋采用雙面搭接焊，焊縫長度不小于5 d，或采用單面焊，焊縫長度不小于10 d，設(shè)計要求應(yīng)盡量采用雙面焊。首先安裝下部的箍筋、水平筋，隨后安裝預(yù)應(yīng)力孔道金屬波紋管，待孔道安裝完畢后再依次從系桿箍筋上部水平筋進行安裝，隨后依次向上安裝箍筋和預(yù)應(yīng)力金屬波紋管。

4 結(jié)語

綜上，結(jié)合通揚線高郵段航道整治橋梁工程一溝大橋建設(shè)項目，明確了下承式鋼管混凝土系桿拱橋的施工難點和關(guān)鍵技術(shù)。研究表明，整體吊裝法在該項目中因其安全性高、工期短、經(jīng)濟性好及對航道影響小等優(yōu)點，成為最優(yōu)的施工方案。在施工過程中，科學(xué)合理的樁基工程、下部結(jié)構(gòu)承臺及墩臺身施工、空心板梁和預(yù)制箱梁的安裝工藝，以及鋼管混凝土的灌注和系桿現(xiàn)澆等技術(shù)措施，確保了工程質(zhì)量和施工進度。

參考文獻

[1]何杰.鐵路大跨度下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)分析[J].工程與建設(shè)， 2022（2）：472-477.

[2]趙寶鑫.下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工程機械與維修， 2022（3）：148-150.

[3]邱春.下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)分析[J].運輸經(jīng)理世界， 2023（8）：69-71.

[4]陳瑞.下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)探析[J].安徽建筑， 2022（7）：136-137+186.

[5]羅剛.大跨度鋼管混凝土系桿拱橋頂推施工關(guān)鍵技術(shù)[J].工程機械， 2024（5）：128-131.

[6]田康.鋼管混凝土拱橋施工全過程受力行為及穩(wěn)定性[J].鐵道建筑， 2023（10）：75-80.