先拱后梁法钢管混凝土系杆拱桥拱肋施工技术

摘要：随着我国桥梁建筑业的飞速发展，桥梁的设计和施工水平也越来越高，钢管混凝土系杆拱桥梁作为充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用的桥型，正被越来越广泛的使用。本项目针对先拱后梁法钢管混凝土系杆拱桥中最为重要的拱肋结构进行施工技术攻关创新，提高了施工质量及工效，可为类似工程提供借鉴和参考。??????? 关键词：先拱后梁；系杆拱桥；拱肋；施工??????? 0引言??????? 近年来，钢管混凝土拱桥先拱后梁法工艺快速发展，该工艺能大幅度降低施工对下部通行的影响。通过对钢管混凝土系杆拱桥先拱后梁法施工中拱肋施工工艺的综合研究分析，采用新型胎架结构拱肋拼装技术、500t浮吊内河航道吊装等关键技术，总结其工程特点及施工经验，为系杆拱桥在跨航道工程中的广泛应用提供参考。??????? 1工程概况??????? 商合杭铁路某特大桥采用1-96m下承式钢管混凝土系杆拱桥跨越长兴港航道，拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高度h=3.0m，沿程等高布置。每榀拱肋由2根弦管组成，弦管法向中心距2.0m，钢管直径为1000mm，由厚16mm的钢板卷制而成，两弦管之间用δ=16mm的腹板连接，拱肋上、下弦管填充C55无收缩混凝土。??????? 本桥拱肋两端采用支架安装方法施工，中间大节段采用吊装方法施工。如下图所示：???????? 拱肋结构示意图??????? 2 吊装方案比选??????? 拱肋安装是1-96系杆拱 “先拱后梁”法施工重中之重，可采用的方案有“大节段整体垂直提升法”、“缆索吊法”及“浮吊安装法”等。??????? “大节段整体垂直提升法”是利用岸边搭设的临时码头和拼装支架进行拱肋中段(双肋)的拼装，然后将拱肋浮运至桥位，利用提升系统将拱肋中段整体提升到位，最后进行合龙，完成拱肋拼装。该法施工工期较短，线型控制理想，但对整体提升设备吨位要求较高。??????? “缆索吊法”是在吊装时拱肋分作小节段(双肋)，从两边向中间对称吊装，不设支架，需要使用大量的钢绞线作各段拼装的扣索，拼装一段锚固一段。该法拱肋节段可以先在厂内拼装成双肋，无需搭设临时码头进行倒运，但施工工期较长，缆索吊吊装工艺复杂线型控制难度大且占用航道次数多，施工成本较高。??????? “浮吊安装法”是将拱肋在分段加工后运输至现场，在现场将中间节段合拢为两个单片拱肋，利用一台大型浮吊分别将边段、中间大节段的两个单片拱肋直接吊装就位，最后安装单片拱肋间的横撑，完成拱肋的安装。该法施工工期短，拱肋中段拼装与系梁可同时施工，关键线路上占用工期最短；吊装设备吨位要求不高；施工成本较低。但单片拱肋横向稳定性相对较差，需采取相应措施。??????? 综合上述三个方案的优缺点，“浮吊吊装法”方案优势明显，本桥采用浮吊吊装安装拱肋。??????? 3钢管拱分段制造??????? 根据本工程钢管拱的结构特点，吊装节段拱肋分为5个加工节段。每个加工节段由拱圈组拼单元及腹板组成，拱肋线形采用计算机放样，根据设计提供的拱平面双曲余弦函数方程、坐标点和预拱度值确定工厂内制作时拱肋线形控制尺寸。将拱肋平面放置在水平面内进行制造，并根据设计的分段位置划分运输分段。??????? 4 拱肋施工??????? 钢管拱肋采用平面制作成型，因钢拱曲线为悬链线线型，为了保证钢拱组装时成型线条流畅光滑，采用计算机计算拱肋施工放样坐标值，设置专用胎架以防止拱肋的扭曲，成型后采用500t浮吊进行单拱肋吊装施工。??????? 4.1、专用胎架制作??????? 由于拱肋为哑铃型结构，制作精度要求高，在每节拱肋上下弦管两端接缝处，设置对应于拱肋弦管的胎架模板，整个胎架应有良好的刚度，特别要注意胎架基线（拱轴线）以及外形控制点的精度，并用水准仪和经纬仪校核，以保证整个胎架的精度要求。???????? 钢管拱拼装支墩布置图??????? 为方便施工，拱肋采用格构式支撑进行拼装，在拼装场地铺设路基箱作为基础，基础上部树立格构支撑。采用25吨汽车起重机吊装到位后将支撑根部非标准件钢管与路基箱焊接加固。格构支架标准件由标准立杆和通用腹杆组装而成，标准立杆有3.2m、4.8m、6.4m三种长度，截面规格均为D180*8，通用腹杆规格为D108*8。标准立杆与腹杆用M16螺栓连接，标准立杆之间用M20螺栓连接，标准立杆与焊接立管间用法兰盘及M20螺栓连接。胎架跨度和高度均较大，为加强整体稳定性，中间6组格构支撑标准件在距离底部6.7m的位置作水平纵向连接，两侧3.2m支撑用D300*20的钢管拉结至底部工字钢。两侧支架顶采用I45型钢连接。???????? 拱肋拼装胎架搭设??????? 4.2、拱肋平面成型??????? 上下弦管节段上平面胎架定位（拱脚部位定位、向中间分）以分段为单元，为了避免积累误差，所有对接接头位置必须与地面大样的对接位置相一致。??????? 按照胎架处地面大样的吊杆位置、横撑位置，采用经纬仪引到上下弦杆，分别划出锚箱、上导管、横撑的中心线。??????? 将上弦主钢管放入定位胎架上，调整钢管水平中径外皮边线与地样线重合后，固定上弦钢管。??????? 拼装下腹板，下腹板放在胎架上，并与上弦钢管拼装密贴，尺寸符合要求后，点固焊。??????? 拼装下弦钢管：与下腹板拼装密贴，定位胎架固定，检查尺寸，符合要求后，点固焊下腹板。??????? 腹板加劲角钢、钢筋定位，焊接在上腹板上；上腹板、加劲角钢、钢筋组合体整体与弦管、下腹板定位，检查尺寸，分别与下腹板、弦管焊接。??????? 每单节（2000mm）为一拼装单元。所有管接头的接点形式均应符合设计要求，安装到位后，重点用垂线检验对合基线以及外形控制点，拱肋结构平面装配成型检验合格后，按焊接工艺实施焊接。??????? 焊接后整体翻身180度，焊接下腹板与上下弦管焊缝。??????? 单元管节平面组装是在工厂平面组装胎架上完成，主要目的是将6～15m长的单元管节上、下弦管和腹板按图纸设计要求分单元在工厂内组装焊接成型，确保钢管拱的焊接质量和拼装精度。??????? 平面组装要求如下：??????? ①组装平台和组装胎架应平整、牢固，以保证构件的组装精度。??????? ②腹板与上下弦管角焊缝尽量考虑自动焊接，确保焊接质量。??????? ③依据图纸、工艺和质量标准，并结合构件特点，提出相应的组装措施。??????? ④应考虑焊接收缩余量或采取预防变形措施。??????? ⑤应考虑温度变形、预拱度对平面胎架线型的修正值。??????? ⑥对所有加工零部件应检查其规格、尺寸、质量、数量是否符合要求，连接角面及沿焊缝边缘30～50mm范围内的铁锈、毛刺等必须清除干净。??????? ⑦凡隐蔽部位组装后，应经质量检验部门确认合格，才能进行焊接。??????? ⑧应根据结构形式，焊接方法，确认合理的组装顺序以减少焊接变形。??????? 4.3 500t单台浮吊拱肋吊装技术??????? 4.3.1施工工艺流程???????? 拱肋吊装流程图??????? 4.3.2 拱肋吊装参数??????? ①浮吊型号及参数选择??????? 中间大节段拱肋长57米、重83吨，经检算分析、设备调查选用500吨浮吊，选用80米扒杆，吊装半径33.8米。浮吊吃水3.0米,目前实际运河水深4.0米,可以满足浮吊运行要求。??????? 表1 500t浮吊基本参数表

??????? ②吊高度、吊角及吊点位置确定??????? 吊点的结构为拱肋外包吊点，设置原则是吊点处的负弯矩和跨中正弯矩绝对值相等。浮吊参数按照上表所示计算，采用Midas Gen 2018有限元软件全过程模拟分析，吊点选择在中心点两2侧，钢丝绳60°位置，水平距离31m。采用“环肋抱箍”式吊耳，以增强拱肋吊装过程中拱肋的稳定性，将拱肋摆动幅度大幅降低，且减轻吊点处局部屈曲问题。???????? 吊装模型图示??????? 根据前述吊装分段重量通过计算选择4个吊耳4点同时受力起吊。计算钢丝绳受力选择直径83的纤维芯钢丝绳，选择32t的卸扣（M54）作为本工程吊装的卸扣。??????? 4.3.3 拱肋吊装??????? ①拱肋脱胎。利用浮吊垂直起吊进行拱肋脱胎。??????? ②整体吊装就位。通过预埋的4个反力地锚并预埋拉环，事先将卷扬机钢丝绳牵引至反力地锚处用卡具固定，通过调节浮吊上的四个卷扬机缓慢牵拉钢丝绳，将浮吊姿态调整就位，达到下钩就位条件。??????? ③吊钩下放，拱肋就位。大节段拱肋经浮吊姿态调整就位后，浮吊2个吊钩同时下放，将大节段拱肋缓慢下降就位。??????? ④大节段拱肋与边节段的准确对接。提前在两端边拱肋顶部设两组马板及横纵向反力架，大节段安放于马板上，经千斤顶位置调整到位后进行环缝焊接合拢，整个过程浮吊不松钩。??????? ⑤单片拱肋的缆绳稳定。在钢管拱水平投影L/4及L3/4处设耳板，并从钢管拱平面两侧向堤岸方向呈45°角拉设φ47mm（6*19纤维芯钢丝绳）稳定钢丝绳。??????? ⑥安装横撑。两片拱肋均吊装完成后，采用白天封航作业晚上放行的方式安装横撑，提高施工效率、缩短封航时间。???????? 拱肋吊装施工??????? 5?? 结束语??????? 系杆拱桥作为跨越能力较强的一种桥梁，外形美观，越来越多的被用于交通建设中。顺应国家大力投资于基建事业的发展战略，通过对大跨度桥梁先拱后梁法施工工艺的研究，总结其主要的发展方向和趋势，旨在为我国大跨度系杆拱桥工程的发展提供一些借鉴。本文通过对商合杭铁路某特大桥跨越长兴港航道1-96m系杆拱桥的先拱后梁法施工技术进行研究分析，对拱肋施工工艺进行了优化，对类似工程的进一步技术研究提供了参考。??????? 参考文献??????? [1]中华人民共和国住房和城乡建设部.钢管混凝土拱桥技术规范（GB 50923-2013）[S]．北京：中国计划出版社，2014.