長清路川楊河橋87 m系桿拱施工關鍵技術研究

王克軍，徐新華

（上海浦東路橋建設股份有限公司，上海市200120）

0 前言

下承式系桿拱橋橋型優美，跨徑較大，易與周圍環境良好協調，具有廣泛的適用場合，尤其是在平坦地形的河流上，采用下承式拱橋可以降低橋面高度，有利于改善橋梁兩端引道的橋面線形，減少引道的工程數量。該類型橋梁在施工中，有4個技術含量高、難度較大的工序，分別是：端橫梁混凝土澆筑、鋼拱肋混凝土壓注、主拱肋吊裝、中橫梁吊裝。以長清路川楊河橋主橋為例對上述工序進行一一研究。

1 工程概況

長清路川楊河橋主橋跨度為87 m，下部結構采用兩柱式墩，墩身下承臺為實體啞鈴形，樁基采用鉆孔灌注樁。上部結構采用計算跨徑為83 m的下承式簡支拱梁組合結構，采用無支架“先拱后梁”法施工，可有效減少對川楊河航道運輸的干擾。

主橋端橫梁為全預應力混凝土箱梁，底寬4.5 m，兩側邊腹板厚分別為1.0 m、0.5 m，梁底水平，懸臂端梁高2.575 m，跨中梁高2.9 m，端橫梁全長34.8 m，設5道橫隔板，拱肋下方的橫隔板厚2.4 m，端橫梁與混凝土拱腳一起在支架上現澆。單片拱肋采用 2000 mm(高)×1600 mm(寬)矩形斷面鋼管混凝土結構，拱肋的矢跨比為1/5，拱軸線采用懸鏈線，f=16.6 m，L=83 m，拱軸系數1.167。拱肋鋼板厚20～24 mm，內灌C50微膨脹緩凝混凝土，拱肋采用鋼筋、鋼板加勁及精軋螺紋鋼組成三種加勁類型。全橋設5道風撐、15對吊桿，15片全預應力混凝土變高度預制T梁與現澆T形截面縱梁組成縱橫向剛性骨架，與整體現澆橋面板形成橋面支撐系統。

2 端橫梁及拱腳混凝土澆筑

端橫梁及拱腳混凝土采用支架現澆，支架為扣件式腳手架，立桿間距為300 mm×300 mm，縱橫向水平桿為900 mm，按規范要求設置剪刀撐和掃地桿。

2.1 施工方案

端橫梁及拱腳混凝土施工可采用兩種方案：一次澆筑成型和分二次澆筑。

一次澆筑成型：端橫梁、拱腳鋼筋及模板一次安裝到位，混凝土澆筑不留間歇，一次澆筑到頂。

分二次澆筑：根據以往同類型橋梁施工經驗，澆筑端橫梁及拱腳混凝土分兩次進行，第一次澆筑梁底板及腹板，第二次澆頂板及拱腳部分。

兩種方案利弊分析：

（1）一次整體澆筑端橫梁及拱腳混凝土

優點是混凝土整體性好，無混凝土水平施工縫，可確保施工質量。

缺點是不易操作，具體如下：

a.拱腳鋼套箱定位難。拱腳高度較高，在澆筑過程中不允許套箱產生超過5 mm變形、位移和沉降等，若不采取措施，很難保證鋼套箱的安裝精度。

b.端橫梁模板不宜安裝和固定。因模板一次成型，頂板底模只能借助底板鋼筋骨架設置支撐，模板的安裝固定較困難。

c.拱腳部位混凝土振搗困難。該部位鋼筋非常密集，主箍筋網片間凈距只有2～3 cm，且骨架網片斜置（即網片與鋼拱肋軸線垂直），加上構件高度達到5.3 m，拱腳結構復雜，振搗及下料較為困難，易發生漏振等弊病。

d.操作作業面小。端橫梁底板澆筑時需在頂板上預留人、料孔，供施工人員和下料用，人員操作空間甚小。

（2）兩次澆筑端橫梁及拱腳混凝土

優點是易操作，以上問題都比較容易解決。

缺點是有水平施工縫，且鋼筋密集，施工縫很難處理，若處理不好，很易產生裂紋，嚴重影響橋梁質量。有案例表明，由于兩次澆筑未處理好水平施工縫，產生了影響質量的裂紋，后期不得不花費大量成本進行加固才能保證橋梁的安全運營。

認真分析比對了一次澆筑和二次澆筑方案的優缺點，結合該橋工程實際，最終決定采用一次性澆筑端橫梁及拱座的方案。

2.2 關鍵技術

針對一次性澆筑施工方案存在的問題，在施工中采取了如下技術措施解決：

（1）采用鋼龍門架解決了拱腳鋼套箱的安裝定位精度，鋼龍門架采用φ600 mm鋼管支承于堅實的地基上，上下左右設型鋼經準確測量后將鋼套箱焊接定位在龍門架上；

（2）模板一次安裝成型，頂板底模支架采用鋼筋支撐牢固固定在底模鋼筋上，支架采用扣件式鋼管搭設，搭設時應考慮為底、腹板混凝土澆筑時作業人員的操作空間留有余地，在安裝頂板底模時，在頂板上設供操作人員作業用的孔洞，并在底板倒角水平面設30 cm寬的壓板，底板混凝土澆筑時混凝土坍落度較小，約為12 cm，有利于底板混凝土強度較快上升，不至于在澆筑腹板時混凝土隆起；

（3）在澆筑腹板時水平分層緩慢澆筑，待底板強度達到“自穩”狀態時，可將混凝土坍落度加大到16～18 cm，適當加快澆筑速度；

（4）拱腳鋼筋非常密集，混凝土振搗非常困難，在澆筑前先截斷骨架內部分小箍筋，預留供振搗人員進入骨架內操作的作業面，待混凝土澆筑一層后，由振搗工人及時綁扎封閉一層，既保證了混凝土振搗質量，又確保鋼筋按設計布設。

3 鋼拱肋吊裝

主橋設兩根主拱肋，單根拱肋弧長82.176 m，重量達132 t（考慮到附屬物件淄重約134 t）。

3.1 施工方案

該環節可采用的施工方案有兩種：整體吊裝和分段吊裝。

整體吊裝：鋼拱肋在工廠內分段加工完成后，由平板拖車運輸至現場，在混凝土胎架上調整和對位焊接進行拼裝，單根拱肋節段全部焊接完成后，采用浮吊一次吊裝就位。

鋼拱肋分段吊裝：原設計鋼拱肋吊裝分三段進行，即在河中設置兩個臨時支墩，先安裝兩個邊段，再吊裝中段，然后合攏，由兩鉸拱經體系轉換后成為無鉸拱。

兩種方案對比如下：

整體吊裝方案的優點：（1）河中無需搭設支墩，不影響河道通航和施工安全，安全性較高；（2）拱肋分段焊縫將在陸上進行，可確保焊接質量；（3）空中作業少，安全風險較小。

分三段吊裝方案的優點：（1）吊裝噸位小，采用較小浮吊即可完成；（2）節段較小，無需較大拼裝場地；（3）橋址兩岸狹窄，距橋西側最近距離為14 m處為22萬V高壓線路，分段吊裝可將高壓線的影響降至最小，安全性更高。

通過以上分析可以看出，如果采用分三段吊裝，臨時支墩對河道的影響和往來船只對施工的安全性都存在很大的隱患，且該隱患不可控因素太多，實施很困難，并且鋼拱的焊接質量不如在陸地上焊接有保證。采用整體吊裝可控因素較多，利于項目的實施，只要精心組織安排，橋位西側22萬V高壓線對安全的影響可完全消除。結合現場實際情況，決定采用單根拱肋一次性整體吊裝進行架設。

3.2 關鍵技術

3.2.1 拱肋祼拱分段拼裝焊接

為便于鋼拱運輸及盡可能減少現場焊接工作，單根拱肋分為五段出廠，其中最長段為16.98 m，最大重量為27.9 t，采用平板托車運輸至現場。現場拼裝胎架考慮到拼裝焊接方便和適應現場地形，采用混凝土澆筑 3 m(長)×2 m(高)×0.3 m(寬)的胎架，每個節段設兩個胎架，并按照1∶1比例將整根拱肋上緣或下緣線在胎架上劃出，待鋼拱卸至胎架上時進行整根拱肋的線形調整。線形調整分為兩步：第一步，由50 t吊車卸至胎架時完成初步對位，然后由拱肋加工廠家焊接人員在拱肋上下底板上焊接小塊鋼板，用千斤頂支撐在胎架上進行分段拱肋間的調整對位；第二步，分段拱肋對接接頭在焊接前用定位擋塊在鋼拱四周進行定位，以減小分段接頭的定位偏差和提高拱肋的環向縫焊接質量。

3.2.2 吊裝設備的選擇

起吊鋼拱肋所用浮吊按4條原則進行選擇：（1）起吊拱肋重量；（2）河道通航條件；（3）浮吊吊裝能力；（4）周圍環境狀況；（5）經濟性。由此，選用兩臺100 t浮吊作為鋼拱肋吊裝設備。

3.2.3 鋼拱肋吊點布置及附屬構件的設置

（1）鋼拱肋吊點布置

鋼拱肋吊點位置應滿足彈性中心位置和拱肋重心以上部位，防止拱肋在豎直狀態時發生翻滾。每臺浮吊各設一個主副吊鉤，其中主副吊鉤均采用捆綁式吊點，共設兩主、兩副4個吊點（如圖1）。主吊鉤負責承擔整個拱肋的重量，副吊鉤保證拱肋平穩、水平起吊。主吊鉤鋼絲繩應設限位板限位，以防起吊時鋼絲繩滑移（如圖2），繩索扣點應布置在拱頂面中心點，以防拱身就位時不能保持豎直。

（2）附屬構件的設置

拱肋上的附屬構件主要包括：

a.為滿足施工作業人員操作的上下通道和作業平臺，采用鋼管架設，設安全網防護。

b.為保證鋼拱準確就位和臨時鎖定用的纜風繩，保證纜風繩與鋼拱夾角大于45°。

c.為壓注拱肋混凝土而設的壓注管和溢漿管，應注意壓注管管口的角度便于安裝混凝土泵管，采取措施防止溢漿管溢出的漿液污染拱肋表面。

d.為保證臨時預應力線形而設置的托架，注意托架標高，以準確控制臨時預應力索的標高和線形。

3.2.4 整體吊裝就位

吊裝前，精確測量拱腳間的距離，鋼拱弦長的控制，應注意溫度變化對鋼拱伸長量的影響，保證鋼拱弦長與拱腳水平間距相互吻合。考慮到臨時索會干擾浮吊，在安裝鋼拱前不張拉臨時索，將端橫梁前后擋塊用鋼板塞緊，并貼反光片，利用全站儀全程觀測端橫梁位移，將端橫梁位移控制在設計要求范圍之內。

根據鋼拱肋擺放位置，兩臺浮吊選擇合適位置就位。整個起吊分4階段進行：

（1）原地起吊：一切起吊前的準備工作到位，經仔細檢查各項操作符合要求后，方可起吊。首先，試起吊鋼拱，兩臺浮吊將鋼拱微微起吊，拱肋重量全部加至浮吊上且拱肋未脫離胎架時，檢查鋼拱是否為水平，同時檢查鋼絲繩及起吊設備是否狀態良好，否則應進行調整。

（2）水平移位：拱肋處于水平狀態緩緩起吊，起吊至高度與周圍障礙物空間距離符合要求后，兩浮吊緩緩同步轉身，由橫向河道轉為順河道方向。

（3）鋼拱翻身：兩浮吊在同步轉身階段，兩主吊鉤同步、平穩上提，副吊鉤保持不動，鋼拱主副吊鉤由于受力大小發生了變化，逐漸發生傾斜，待副吊鉤完全不受力時，拱身呈豎直狀態，鋼拱完成了“空中翻身”。

（4）鋼拱就位：鋼拱完成翻身后，逐漸調整浮吊位置，待兩拱腳接近鋼套箱時，先將一邊拱腳由人工配合緩慢插入鋼套箱內，再調整另一端，調整就位，兩端全部就位后，立即掛好風纜，根據軸線測量數據調整好風纜松緊程度，將鋼拱臨時鎖死。風纜地錨的布置，應保證風纜與鋼拱軸線夾角大于 45°。

4 鋼拱肋混凝土壓注

4.1 混凝土配合比確定

鋼拱肋混凝土采用C50微膨脹混凝土，要求具有緩凝、早強、低泡、高流態、自密實、補償收縮等特性，對原材料的要求很高。根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2000），最終確定了配合比（見表 1）。

表1 混凝土配合比

該配比的擴展度設計為550±75 mm，試配結果基本與設計相符。從表1中可以看出，混凝土的砂率達到48%，主要是考慮混凝土對泵送性能的影響而適當加大了砂率。在壓注過程中，做同條件養護混凝土試塊3組，同條件養護8 d后，對試塊進行了抗壓試驗，強度達到設計值的113%。

4.2 鋼拱肋混凝土壓注

拱肋灌注混凝土時要求自兩端對稱進行，采用二級接力壓注，即單根拱肋兩端各設兩個壓注孔、布置兩臺混凝土泵車。二級壓注孔是一級壓注孔的補充和儲備，當一級壓注有困難或壓力達不到要求時，啟用二級壓注管（如圖3）。控制兩端進度差不超過1 m，兩端各設兩個入口，并設法蘭接頭和插板與輸送泵管口連接。灌注時按照如下步驟及要求進行：

（1）為保證鋼管拱混凝土在灌注過程中始終保持良好的和易性，施工期間又正值盛夏，避開氣溫最高時段，選擇在凌晨或午后進行壓注，此時氣溫相對較低，有利于混凝土緩凝保塑。壓注前對入模混凝土及鋼拱腔內壁進行測溫，其溫差均在5℃左右，適宜混凝土壓注。

（2）壓注開始前，先壓入清水洗管，潤濕管壁，清除管內油污和銹蝕物，然后用高壓固定泵自拱腳開始泵入適量的同標號水泥漿，以濕潤管壁，而后再連續泵入混凝土。

（3）壓注時，開始應保持同步慢速，并觀察泵壓及各部分運行情況，確認工作正常后再以常速泵送，并保持連續泵送。兩臺泵速度及壓力盡量保持一致，始終保持拱肋兩邊壓力平衡。若混凝土供應不及時，泵斗中儲存一部分混凝土，必要時降低泵送速度或間隔泵送以維持泵送的連續性。泵送過程中，應加強對管內混凝土的位置敲擊檢測，以控制雙向對稱性，防止偏壓。測量檢測工作亦應隨時進行，對拱肋的豎向曲線變化進行觀測，根據混凝土壓注到的不同部位隨時觀測拱管的線形變化。混凝土接近拱頂時，應嚴格控制泵送速度，緩慢泵送或間隔泵送，并通過敲擊準確判斷混凝土到達位置，使拱頂空氣完全排出，排漿孔出漿后再兩泵間隔泵送，直至出漿孔排出新鮮混凝土，并持續壓注適當時間，穩壓兩分鐘后即可停止壓注。

（4）待灌注到設計標高后，用插板堵死管口，關閉止回閘閥，防止混凝土外溢。

（5）泵送過程中應隨時注意泵送壓力，發現泵送困難或異常時及時啟用備二級管接力壓注。

5 中橫梁吊裝

5.1 臨時預應力索的布設

鋼拱肋壓注混凝土和中橫梁吊裝期間，由于荷載的逐步增加，鋼拱產生了相應的水平推力，除在端橫梁上設置了水平擋塊抵抗水平推力外，絕大部分的水平力需臨時預應力索的張拉進行平衡。臨時預應力索緊貼預制中橫梁頂面通過，而該橋位于半徑R=1400 m的豎曲線上，坡度達3.5%，必須控制索的線形和標高不得侵入中橫梁空間界限，即要求臨時索“寧高勿低”，否則將嚴重妨礙中橫梁的架設，無法按設計要求就位。

為此，采用捆扎在鋼拱肋上的鋼絲繩設置臨時索托架，控制索的線形和標高。每根托架用2根φ120 mm，壁厚10 mm無縫鋼管上下疊加焊接而成，兩端各設兩個吊環，托架布置在拱肋兩吊桿間，每根拱肋布置九道即可滿足使用要求。臨時索穿束時，由人工先由一端從端橫梁中穿出，然后利用布置在兩端拱腳的卷揚機將對應編號的整束鋼索牽引至另一端固定。為防止托架上鋼索在穿束牽引時相互纏繞打結，各束鋼索用鐵絲分段捆扎，使托架上的每束鋼索有序分布，便于臨時索的張拉操作。

5.2 吊桿安裝

吊桿安裝前應先確定吊桿加工長度，根據施工圖中吊桿長度有時可能與實際吊桿長度偏差較大，因此，吊桿在鋼拱肋安裝完成后，利用實測標高進行確定。

吊桿安裝采用2 t卷揚機，利用小型船只運輸吊桿至相應位置，通過布置在拱肋上的支架和滑輪起吊，由鋼拱下緣吊桿安裝孔中穿出，在安裝時注意對吊桿螺絲口的保護，防止穿孔時擦傷。

5.3 中橫梁吊裝

該橋主橋中橫梁為預制后張法預應力T梁，梁長 32.5 m，重130 t，中間高 2 m，橫向設 2%人字坡，與浦東地區同類型橋梁中橫梁相比，具有單片梁結構尺寸較大，梁體自重噸位大的特點。

5.3.1 方案選定

中橫梁在吊裝時選定2臺100 t和1臺80 t共3臺浮吊配合抬吊，同時配合1臺運梁船短駁到位，然后起吊安裝。

原因：（1）根據施工現場的具體條件和構件重量、構件吊裝高度、吊裝立體空間的相對距離，以及與周圍障礙物的距離，鋼拱肋頂距水面約24.0 m，中橫梁與兩拱肋(風撐)、河岸線 及西側高壓線、施工便橋的關系；（2）中橫梁預制廠距離施工現場較遠，需先陸運至現場，再利用浮吊裝船進行短駁，到位后再起吊安裝。

5.3.2 方案實施

中橫梁由拖車后掛炮車運輸至現場，由于場地條件的限制，運梁車無法沿河岸停靠，只能垂直河岸擺放，需將炮車后倒至岸邊，然后由1臺100 t浮吊起吊梁后吊點，配合拖車緩慢、同步繼續后移，負載浮吊依靠船身各向纜繩控制船身向河中行駛，待梁移動至前吊點可由另1臺100 t浮吊起吊的位置時，拖車和負載浮吊同時停止移梁，待前吊點起重鋼絲繩布設妥當后，再指揮兩浮吊緩慢、同步向河中移動，同時運梁船只事先停放就緒，由兩浮吊緩緩將中橫梁吊放至運梁船上，梁的擺放重心應與船只重心在同一平面上，擺放穩當后用鏈條葫蘆將梁鎖定，然后緩緩駛向吊裝位置。

鋼拱肋西側緊靠拱肋布置1臺80 t浮吊，東側為1臺100 t浮吊。當運梁船駛至相應位置停穩后，兩臺浮吊同時起吊，每端安排4名工人配合穿吊桿，同時由測量人員測量標高;到位后，梁下端及時用張拉螺母旋至設計位置，梁兩端完成同步操作,標高達到設計要求,并經指揮人員確認無誤后，兩浮吊再緩慢松鉤，即完成一片梁的吊裝。

全橋15片中橫梁吊裝過程非常順利，共用時9 d，施工中嚴格按照吊裝順序兩邊對稱進行，同時嚴格按照設計要求對臨時索的張拉順序和張拉力進行控制，實測兩端橫梁位移為2 mm，未超過設計要求的5 mm限值。

根據整個吊裝過程的實施情況，吊裝施工前應考慮的主要技術問題有如下兩個：

（1）中橫梁預制施工前征得設計同意，將浮吊吊點位置外移1 m，使得浮吊吊點位置與吊桿位置相互錯開，以方便安裝、避免干擾；

（2）根據原吊裝順序：8→1→15→3→13→5→11→7→9→2→14→4→12→6→10，考慮到河道情況、浮吊和周圍障礙物的空間相對距離，對吊裝順序作了調整：8→1→15→2→14→3→13→5→11→7→9→4→12→6→10，報請設計進行驗算，并將臨時預應力索的張拉力大小、張拉順序等也進行了調整，對調整后的情況出具了設計圖變更。圖4為中橫梁編號示意圖。

6 結語

（1）對下承式系桿拱橋端橫梁及拱腳混凝土澆筑采用了一次澆筑成型的方案，是該類型橋梁施工中一次成功的嘗試，為今后同類型橋梁該部位的施工總結了經驗。

（2）鋼拱肋分段吊裝和一次整體吊裝各有利弊，采用何種方案，應依據具體條件仔細分析對比得出，本著既降低施工難度，又可確保質量和安全的原則進行選取。

（3）鋼拱肋混凝土的壓注應視混凝土方量確定兩拱腳應配置混凝土輸送泵的數量。該工程在施工時拱肋每端配備了兩臺輸送泵，主要是考慮拱肋斷面較大，混凝土數量較多，混凝土壓力大，一臺泵在輸送過程中遇到泵送壓力不夠或意外情況時可緊急啟用二級接力泵送，二級接力是一級接力的儲備。

（4）該項目中因“地利”嚴重制約了中橫梁的吊裝，因此采用3臺浮吊和1臺運梁船配合短駁進行安裝，機械設備投入量大，且河岸寬度僅60 m，另外高壓線等障礙物頗多，這些大型機械相互間的配合和停放更顯重要。施工中采用CAD制圖軟件，對各工況進行制圖模擬，為吊裝的順利實施起了重要的指導作用。

[1]JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]韓素芳，耿維恕.鋼筋混凝土結構裂縫控制指南(第二版)[M].北京：化學工業出版社，2006.