鋼管混凝土拱橋拱肋低位拼裝整體提升施工關鍵技術

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.Wccst.2025.04.021

文章編號：1673-4874（2025）04-0074-03

0 引言

根據不同的施工條件，拱橋主拱圈施工主要有滿堂支架法、纜索吊裝斜拉扣掛法、轉體施工法和低位拼裝整體提升法（以下簡稱整體提升法）[1]。纜索吊裝斜拉扣掛法廣泛應用于大跨度拱橋的施工，該方法不斷推進拱橋向更大跨徑飛躍。得益于計算機控制的發展，整體提升法得到發展和成熟。

整體提升施工方法的較早應用是用木制井架將375t重的奧佩利斯庫像整體提升后前移了250 m^[2] 。整體提升施工技術在建筑領域的大型鋼網架結構得到廣泛應用和研究，劉彪等[3從安全性和經濟性方面考慮，開展了首都機場A380機庫鋼屋蓋整體提升點選取方案研究，對結構受力情況進行揭示；李躍等4介紹了廣州新光大橋的施工方法，該橋采用整體提升施工方法進行拱肋施工，是我國較早和較系統的拱橋整體提升施工實例。在拱橋整體提升施工技術研究方面，黃貝貝[5對廣州南沙區鳳凰三橋的整體提升施工拱肋力學行為進行了分析，并提出了理論計算依據；石玉燦采用ANSYS軟件建立了一座跨度為450m的鋼箱拱橋整體吊裝模型，分析預應力索對拱肋應力和位移的影響，并給出了預應力值最佳選用范圍；周文等7在貴陽龍鳳橋上部結構施工中介紹了提升結構選用、拼裝支架和提升塔架施工、拱肋整體提升體系轉換施工和合龍施工方法，為整體提升施工技術在鋼管混凝土拱橋的應用提供了很好的借鑒。

目前，采用整體提升工藝進行鋼拱橋施工的案例不多，也沒有規范、標準對鋼拱橋整體提升設計施工進行更詳細的說明。本文從方案的可行性、高效性、安全性和經濟性出發，通過研究該施工方法中的低位拼裝、整體提升和合龍三個主要工序技術及三者的關聯性，基于高效、經濟完成拱肋高精度合龍和高精度線形的目的，介紹關鍵技術參數、施工要求和措施，可為類似橋梁的施工提供借鑒。

1 工程概況

南寧至湛江高速公路 1lt;52+760 平陸運河舊州特大橋，為采用 （3×40+34.49+260+2×40）m 跨徑布置的預應力混凝土小箱梁 + 下承式鋼管混凝土系桿拱橋。系桿體系為柔性系桿，橋面系為鋼格子梁體系，主橋總寬34.8m 。橋面系為縱橫向加勁肋橋面，采用鋼梁和混凝土橋面板組成的鋼一混組合結構，瀝青混凝土橋面鋪裝。主橋主墩采用門式墩，基礎為沉井基礎。

平陸運河舊州特大橋主橋跨越平陸運河，距離黎欽鐵路較近，施工臨時設施跨越鐵路，對列車的運行存在較大的安全隱患。經過施工方案的比選，最終確定平陸運河舊州特大橋主橋采用低位拼裝整體提升法進行主拱圈施工。

2總體施工方案

主橋計算跨徑為260m，拱肋安裝采用低位拼裝 + 門式塔架整體提升施工工藝，中段拱肋整體提升重量為1800t，跨度為202m，提升高度為63m，設置8束吊索整體提升中段拱肋，設置4束臨時系桿抵抗提升時的拱腳推力。將主橋拱肋劃分為邊段、中段和合龍段三部分，單側拱肋的邊段由1個節段組成，中段由3個節段組成，邊段通過H型鋼支架拼裝至設計位置；中段通過萬能桿件支架低位立拼，張拉拱肋臨時系桿后采用門式塔架通過吊索整體提升到設計標高，最后進行合龍口施工。

總體施工思路如下：

（1）拼裝支架、提升塔架同步施工。（2）采用履帶吊進行中段和邊段拱肋拼裝。（3）中段拱肋拼裝完成后，盡快完成臨時系桿和吊索的安裝，并根據具體施工方案進行吊索和臨時系桿張拉完成體系轉換。（4）將中段拱肋提升到位，吊裝合龍段，在設計溫度下，將中段、合龍段和邊段采用碼板臨時固定，并及時完成合龍焊接。（5）完成合龍后，根據施工方案有序放張吊索和臨時系桿，并張拉拱座位置的臨時系桿。

3施工關鍵技術

鋼拱橋拱肋采用低位拼裝整體提升施工方法，主要施工內容包括：中段拱肋低位拼裝和邊段拱肋原位拼裝，中段拱肋整體提升、合龍。

3.1拱肋低位拼裝和原位拼裝

3.1.1拼裝支架結構

邊段拱肋采用原位安裝，一端通過拱腳鉸支撐在拱座上；一端支撐在H型鋼支架上，支架頂設置工字鋼縱梁、貝雷片橫梁和縱向工字鋼分配梁，工字鋼縱梁與 H 型鋼支架立柱通過螺栓連接，其他梁之間采用搭接形式。

中段拱肋進行低位拼裝時，支撐在萬能桿件支架上，中段拱肋的拱腳直接支撐在混凝土基礎上，在支架頂設置工字鋼縱梁、工字鋼橫梁。縱梁通過螺栓與支架柱頂連接，橫梁搭接在縱梁上，通過限位板與縱梁連接，分為三節段，節段間采用銷接形式，方便在中段拱肋整體提升時快速拆除橫梁中間節段。支架設計考慮中段拱肋臨時系桿通過的空間需求，支架與臨時系桿的凈距為20cm。

3. 1.2 拼裝工藝

采用兩臺履帶吊雙機抬吊將拱肋節段逐個吊裝到支架上，兩臺履帶吊吊重能力分別為350t和450t。為了減少拱肋低位拼裝合龍難度，采用從拱頂往拱腳安裝的順序，拱段按照大小樁號、上下游對稱順序進行安裝，上下游拱段安裝完成后，及時安裝橫撐。節段間通過法蘭連接，將拱段吊裝到支架上，設置可調支撐與支架連接，并設置花籃螺栓將拱段與支架連接。可調支撐具有調節拱段安裝標高和中段拱肋整體提升時快速解除與支架連接的功能，其可分為上、下兩部分，上部為與拱肋焊接的凸型塊；下部由鋼套筒、套筒加勁板、千斤頂和凹型塊組成，鋼套筒及其加勁板與支架橫梁焊接固定。

施工注意事項及采取的措施如下：

（1）控制支架首節段安裝精度，以更好控制支架頂標高、垂直度和平面位置，可先澆筑承臺混凝土至支架首節底標高，直接將首節預埋支架立在已澆筑的承臺混凝土頂面，降低安裝難度，提高安裝精度。

（2）萬能桿件或H型鋼支架分節段在地面預拼，再通過履帶吊安裝，安裝過程中注意控制垂直度，根據規范要求進行測量，并通過臨時纜風繩進行糾偏。

（3）拱段與支架之間通過可調支撐的凸凹型塊連接，水平向可調間距僅僅為凹型塊與鋼套筒之間的空隙，應精確就位支架頂橫梁及可調支撐，測量放線精確就位支架頂橫梁和可調支撐鋼套筒，將鋼套筒與橫梁焊接，安裝千斤頂和凹型塊，并通過千斤頂精調凹型塊標高和平面位置，再采用履帶吊進行拱段吊裝。

（4）中段拱肋在進行低位拼裝時，要特別注意拱腳段的安裝，保證拱腳段的提吊點在設計位置，否則應采用手拉葫蘆等進行糾偏，再焊接橫撐，保證提吊點位置的精度，才能保證后續中段拱肋整體提升脫離支架后符合設計狀態，減輕合龍時拱肋線型調整困難，保證合龍精度。

3.1.3拱肋拼裝效果

在拱肋拼裝時，創新設計了千斤頂可調支撐及花籃螺栓固定裝置、拱肋從中間往兩邊拼裝的工藝；通過支撐架安裝控制、分配梁和可調支撐精調就位，直接將拱肋支撐裝置的凹凸型構件對準即可將拱段就位，提高了施工效率；采用從拱頂往拱腳的拼裝工藝，低位拼裝時不存在合龍問題，消除合龍工作的困難；采用可調支撐裝置，支架與拱肋之間的連接為可轉動的鉸形式，拱腳為可縱向移動的鉸形式，減小晝夜溫差對拱肋變形的約束，降低結構應力，實現結構的輕型化設計。總體而言，可有效降低拱肋和支撐架的溫度應力、合龍難度，提高了拼裝效率、拼裝精度，減少臨時結構材料用量。

3.2中段拱肋整體提升

3.2.1提升系統設計

提升塔架采用萬能桿件，型鋼樁接承臺基礎，塔架高82m、寬4m、長 42m ，塔架頂設置有提升桁架梁，從底到頂分別為塔頂H型鋼橫梁、H型鋼縱梁分配梁、箱型橫向大橫梁、箱型縱向提升梁，塔架立柱、塔頂H型鋼橫梁。H型鋼縱梁分配梁之間通過螺栓連接，其他梁間通過焊接連接。塔架設計除了需要滿足受力需求，還應考慮拱肋整體提升的空間需求，拱肋提升到位后與塔架頂橫向聯系凈距為0.67m，為上弦管上的檢修爬梯立柱頂與塔架橫向聯系的凈距；拱肋整體提升過程中，拱肋與塔架的橫向聯系凈距為0.425m。塔架在地面拼裝成單元段再通過履帶吊安裝，施工過程中應注意的事項及采取的措施與前文介紹的支架安裝要求一樣，還應特別注意提升梁的安裝精度，保證吊索孔位置的安裝精度。

提升塔架頂設置有千斤頂提升設備，以鋼束為吊索。該工程選用8臺LSD3500-350提升千斤頂，總起重能力儲備系數為：（8臺 ×348.7 t/臺） /1800t=1. 55。每束提升吊索為 22?15.2mm 的1860鋼絞線，每根鋼絞線受到拉力為 10.2t 每束臨時系桿為 的1860鋼絞線，全橋共4束系桿，每根鋼絞線初拉力為10.2t，每束張拉力243.758t，張拉千斤頂為350t。

吊索和臨時系桿錨固體為增加的綴管，采用700mm×16mm 無縫鋼管，管內填充C40混凝土，在上下綴管之間設置4 460mm×500mm×20 mm鋼板作為連接板，以加強吊索和臨時系桿錨固結構的整體性，并采用鋼板對錨固位置前后范圍的主弦管做外側加勁。注意錨固結構構件的加工、安裝精度，在中段拱肋整體提升時，使提離支架后的拱肋位置狀態符合設計要求，以保證合龍精度。臨時系桿和吊索在地面編束，采用卷揚機牽引安裝。

3.2.2整體提升施工

完成拱段在支架上拼裝后，中段拱肋整體提升前，需安裝提升設備，并空載試運行，保證設備控制有效，監控反饋正確；再進行試吊，即將中段拱肋提升脫離支撐架50cm，檢查提升設備和提升塔架狀態，檢查拱肋應力、變形情況，特別要控制拱腳縱向位移、橫向位移和拱頂下撓量，做好拱腳偏位情況評估，明確合龍精調措施和拱肋調整方向，保證合龍達到最佳精度。

中段拱肋整體提升施工前，應根據中、短期氣象預報使整體提升作業時間避開大風、大雨等不利氣象和環境條件。提升前先解除拱肋與支撐架的花籃螺栓及手拉葫蘆等連接，再按照設計逐級將臨時系桿和吊索張拉至972.4t和1800t。在臨時系桿和吊索分級張拉的過程中，重點控制拱腳位移、支撐點處拱肋脫空情況，監測拱頂位移、關鍵斷面應力、錨固結構是否發生開裂。拱肋脫離支撐架，監測拱腳位移、拱頂位移和關鍵截面應力符合要求后，根據中段拱肋提離支撐架的狀態做好合龍糾偏方案，拆除支撐架頂橫梁，提升千斤頂以300mm高度為一個循環進行提升，整體提升的速度為 2.5m/h. ，在提升過程中應注意油泵過熱，做好冷卻措施和準備。在拱腳綁扎溜繩，由操作人員在拱肋發生過大的晃動時控制其平衡和穩定。

3.2.3拱肋整體提升效果

中段拱肋整體提升重點要考慮提升塔架設計、錨固結構設計及體系轉換設施配置和工藝方面的工作。

通過設計提升塔架頂的幾層分配梁，將拱肋的重力均勻傳到提升塔架的立柱，有效控制拱肋提升過程的提升塔架應力和變形，并通過分配梁逐層調節安裝，與中段拱肋的拱腳段錨固點精確就位，有效提高提升過程的拱肋位置狀態，使拱肋整體偏差控制在 lt;20mm ，為合龍提供良好的條件。

將錨固結構設置在拱腳，并設置在橫撐附近，使提升狀態的中段拱肋整體性更好，線形更加容易控制，特別是拱腳的線形能得到更好的控制；采用填充混凝土的綴管作為錨固結構的構件，充分利用桁架拱受力特點，分散地將吊點設置在上弦桿、臨時系桿張拉點設置在下弦桿，與腹桿形成更加符合受力特點的錨固結構，降低局部應力，減少錨固結構材料用量。

拱肋提升過程中，拱肋與提升塔架的凈距為0.425m，臨時系桿與支撐架之間的凈距為 0.2m. 在偶然風作用下，監測到拱腳最大橫向偏移為15cm左右，滿足空間需求，需設置溜繩控制拱肋的晃動，防止共振的發生，造成倒塌事故；設置千斤頂可調支撐及花籃螺栓固定裝置，直接解除拱肋與支撐架的花籃螺栓及手拉葫蘆等連接即可將拱肋提離支撐架，不需要進行托撐轉換，節約工期約5d，提高了施工效率，降低了施工安全風險。

3.3合龍

合龍段管長1.2m，采用一臺350t履帶吊進行吊裝。合龍段與邊段、中段拱肋之間共有16個主弦管接口，合龍段安裝難度較大。整體提升到位后，在邊段拱肋或者提升塔對應位置設置手拉葫蘆進行橫向糾偏，一端錨固在中段拱肋拱腳處，一端錨固在提升塔架主構件上或錨固在邊段拱肋上，并考慮施加的力對提升塔架和邊段拱肋的影響，精調中段拱肋提升到位，同時與邊段拱肋和提升塔架連接臨時固定。

對合龍口環向幾個斷面進行長度測量，確定配切長度，合龍段在預制場內進行試拼，考慮預留合龍段的配切長度，每端預留10cm長度。吊裝時通過履帶吊先對合龍段空間位置進行調整再起吊，起吊至合龍口后，采用手拉葫蘆配合履帶吊精確就位，并及時完成合龍焊接。合龍溫度在20 C 左右，溫度允許范圍在 16^°C～22^°C 。拱肋合龍焊接完成后，分批逐級釋放吊索和臨時系桿張拉力，每一級中應先釋放臨時系桿張拉力后，再釋放吊索張拉力。

合龍精度及合龍效率與拱肋低位拼裝的安裝精度、提升塔架的安裝精度、整體提升過程拱肋線型控制及偏差調整措施等方面有關。拱肋低位拼裝、提升塔架拼裝依據現澆混凝土拱橋對支撐架安裝精度要求和拱橋采用原位拼裝的精度要求控制，實現拱肋高精度低位拼裝，為合龍提供良好的條件；通過監測、評估中段拱肋提離支撐架的狀態，并設置手拉葫蘆在提升塔架上進行橫向糾偏，使合龍精度達到毫米級。

4結語

平陸運河舊州特大橋主橋為同類型橋梁中已建成的整體提升重量最大的鋼管混凝土拱橋，主橋跨越平陸運河，距離黎欽鐵路較近，施工臨時設施跨越鐵路對列車的運行存在較大的安全隱患，經過施工方案的比選，采用低位拼裝整體提升法進行主拱圈施工。本文分析了低位拼裝支架要求、吊裝順序、連接設計、精度控制方法；提出整體提升塔架要求、設備選取、錨固結構設計方案、提升注意事項等工作內容，以及合龍工藝要求、精調方法等。這些施工內容相對獨立，又相互聯系、承接，影響著下一工作內容和合龍精度。

在拱肋拼裝時，創新設計了千斤頂可調支撐及花籃螺栓固定裝置、拱肋從中間往兩邊拼裝的工藝，有效降低了拱肋和支撐架的溫度應力、合龍難度，提高了拼裝效率、拼裝精度，減少了臨時結構材料用量。提出了提升塔架設計、錨固結構設計及體系轉換設施配置和工藝方案，降低局部應力，減少錨固結構材料用量；節約工期至少5d，提高了施工效率，降低了施工安全風險。在低位拼裝等工序采取有效措施，設置手拉葫蘆在提升塔架上進行橫向糾偏，使合龍精度達到毫米級。

參考文獻

[1]盧偉.公路橋梁施工系列手冊《拱橋》[M].北京：人民交通出版社，2014：183-184.

[2]史尚冕，高帥.空間網架結構整體提升法的發展與應用[C].第十七屆全國現代結構工程學術研討會論文集.天津大學、天津市鋼結構學會，2017：366-369.

[3劉彪，劉航，李晨光，等.首都機場A380機庫鋼屋蓋整體提升施工方案分析[J.鋼結構，2008（1）：60-64.

[4]李躍，羅甲生，郭欣，等.廣州新光大橋主跨主拱中段大段整體提升架設[J].中外公路，2006（2）：110-114.

[5]黃貝貝.整體吊裝鋼箱系桿拱的力學行為分析與監控D廣州：華南理工大學，2013.

[6]石玉燦.鋼箱拱橋整體吊裝施工中索力研究[J].四川建筑，2018，38（5）：142-144.

[7]周文，陳成杰，施建.貴陽龍鳳大橋上部結構施工關鍵技術[J」.施工技術（中英文），2021，50（17）：1-6，64.