淮安市鹽河橋鋼管混凝土系桿拱橋施工工藝探討

張 睿

淮安市鹽河橋鋼管混凝土系桿拱橋施工工藝探討

張 睿

一、概述

鹽河橋位于淮陰區(qū)中山北路，與鹽河斜交約13°。鹽河為Ⅳ級(jí)航道，通航凈空要求55m×7m，橋位處鹽河口寬約68m，橋梁采用斜橋正做的形式，根據(jù)航道部門一跨過河的要求，擬定橋梁主孔跨徑83m，采用下承式鋼管混凝土系桿拱，兩側(cè)各接2m×20m后張法預(yù)應(yīng)力空心板梁，橋梁全長163m，寬20m。

二、系桿拱橋設(shè)計(jì)

1.橋型選擇

拱橋是中國的傳統(tǒng)橋型，它的主要特點(diǎn)是能充分發(fā)揮材料的受壓性能，而鋼管混凝土的特點(diǎn)是在鋼管內(nèi)填充混凝土，由于鋼管的套箍作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。同時(shí)鋼管兼有縱向主筋和橫向套箍的作用，同時(shí)可作為施工模板，方便混凝土澆筑。施工過程中，鋼管可作為勁性承重骨架，其焊接工作簡單，吊裝重量輕，可以簡化施工工藝，縮短施工工期。

鹽河橋采用40m+83m+40m鋼管混凝土系桿拱橋的設(shè)計(jì)方案。以抗壓能力高的鋼管混凝土作為主拱肋，以抗拉能力強(qiáng)的高強(qiáng)鍍鋅鋼絲作為系桿，隨著施工加載順序逐號(hào)張拉系梁中的預(yù)應(yīng)力筋以平衡主拱所產(chǎn)生的水平推力，最終在拱座基礎(chǔ)中僅有很小的水平推力。拱腳與橋墩的連接由固接改為鉸接，以避免縱向水平力和溫度應(yīng)力引起拱腳過大的推力而導(dǎo)致拱腳處混凝土開裂，克服了拱橋?qū)A(chǔ)的苛刻要求。

2.上部結(jié)構(gòu)

主橋?yàn)橄鲁惺较禇U拱結(jié)構(gòu)，主拱理論軸線為二次拋物線，矢跨比為1∶5.714，拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管截面為雙鋼管綴板啞鈴形，采用Q345c結(jié)構(gòu)鋼，鋼管壁厚14mm，內(nèi)填C50微膨脹混凝土。

主拱每側(cè)設(shè)13根吊桿，間距5.6m，吊桿采用φ273×10無縫鋼管，內(nèi)配置預(yù)應(yīng)力鍍鋅鋼絲，外包PE，錨具為冷鑄墩頭錨。吊桿上端錨固在鋼管混凝土拱肋內(nèi)，下端錨固在系梁底部。

風(fēng)撐采用雙鋼管格構(gòu)式一字型鋼桁架，共設(shè)5道以增加全橋的穩(wěn)定性。拱腳采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每墩設(shè)兩個(gè)拱腳。鋼管拱肋預(yù)埋進(jìn)拱腳的部分要準(zhǔn)確定位并牢固固定。

橋面系由系梁、端橫梁、內(nèi)橫梁、行車道板、人行道板組成。系梁采用箱形全預(yù)應(yīng)力C50鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，端橫梁采用C40箱形截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)橫梁采用矩形截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，共13道，橋面板采用C30預(yù)制鋼筋混凝土板，人行道板采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

橋面排水原則上采用“上水下排”，即橫坡加導(dǎo)水槽方式，在橋梁橫斷面內(nèi)設(shè)1.5%的橫坡。

系桿拱采用GPZ型盆式橡膠支座，板梁采用GYZ型板式橡膠支座。

3.下部結(jié)構(gòu)

主橋下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩接蓋梁，蓋梁高 1.7m，寬 4.5m；下接 3根φ2.4m的立柱。承臺(tái)基礎(chǔ)厚度為2.8m，平面尺寸為6.4m×20.1m，承臺(tái)下接φ1.5m鉆孔灌注樁10根。

三、施工過程

主橋主要施工順序如下：灌注樁→主承臺(tái)→立柱→蓋梁→端橫梁→拱腳→系梁→內(nèi)橫梁→張拉端橫梁→系梁部分鋼束張拉→內(nèi)橫梁部分鋼束張拉→拱肋、吊桿、風(fēng)撐吊裝→拱內(nèi)充混凝土→第一次張拉吊桿→系梁其余鋼束張拉→內(nèi)橫梁其余鋼束張拉→第二次張拉吊桿→橋面板安裝?，F(xiàn)就其中主要工序予以介紹：

1.搭設(shè)支點(diǎn)

每片系梁搭設(shè)4個(gè)支點(diǎn)，其中岸上2個(gè)，水中2個(gè)，河中兩個(gè)支點(diǎn)間寬度應(yīng)滿足通航要求。岸上支點(diǎn)對(duì)地基進(jìn)行處理后，直接用貝雷片搭設(shè)。水中支點(diǎn)則采用φ273無縫鋼管樁基礎(chǔ)，經(jīng)驗(yàn)算，樁基礎(chǔ)入土4m即可滿足承載力要求。每個(gè)支點(diǎn)下15根鋼管樁，每排5根，共3排。鋼管樁內(nèi)填充黃砂，水撼法密實(shí)，找平后用型鋼搭平臺(tái)，然后在型鋼平臺(tái)上搭設(shè)貝雷支架。

2.澆筑系梁、中橫梁

支架搭好后，需等載荷預(yù)壓以消除非彈性變形，確保支架承載力和穩(wěn)定性。支架沉降穩(wěn)定后卸載，在支架上澆筑系梁和中橫梁，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后張拉部分鋼鉸線。張拉時(shí)應(yīng)兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變實(shí)行雙控，張拉程序?yàn)椋?→初應(yīng)力（0.1σk）→1.03σk，持荷5min錨固。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)按強(qiáng)度、齡期實(shí)行雙控，強(qiáng)度要求達(dá)到100%，齡期控制在20d。

錨具供貨廠家提供的夾片需檢驗(yàn)硬度，并控制在允許范圍內(nèi)，現(xiàn)場按規(guī)定抽檢。

3.拱肋、吊桿、風(fēng)撐吊裝

拱肋鋼管由專業(yè)廠家加工，每側(cè)6段，運(yùn)到工地后在胎架上預(yù)拼，預(yù)拼后焊接成2段方便吊裝。采用300t浮吊吊裝。為保證吊裝安全和方便操作，在每側(cè)5#、7#支點(diǎn)處用貝雷片搭設(shè) 3個(gè)支點(diǎn)，用貝雷大梁連成整體。系梁、端橫梁為預(yù)應(yīng)力梁與鋼管拱三者相連形成固接，對(duì)強(qiáng)度和質(zhì)量要求非常高，而鋼管拱的軸線偏差為5mm，施工難度非常大。

表1 系梁沉降表

4.灌注拱內(nèi)混凝土

空鋼管拱肋合攏，風(fēng)撐、吊桿吊裝與拱肋焊接成一體后即可灌注混凝土，混凝土為微膨脹混凝土，灌注順序?yàn)橄认孪夜?，再上弦管，最后灌注腹板。灌注混凝土?yīng)從下往上灌注，在管底部開孔，焊接出1m左右泵管，泵管接防倒流截止閥，并在鋼管拱最高處開出氣孔。灌注時(shí)應(yīng)兩側(cè)同時(shí)均勻上升直到出氣孔冒出混凝土，灌注時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的和易性，確保混凝土灌注均勻、飽滿。腹板內(nèi)混凝土灌注完后即形成鋼管混凝土拱圈。

5.張拉吊桿

待主拱內(nèi)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即開始張拉吊桿，張拉采用一端張拉，固定端預(yù)埋在系梁內(nèi)，張拉端設(shè)在拱肋上端，張拉應(yīng)上下游對(duì)稱、跨中對(duì)稱，即4根吊桿同時(shí)張拉。給吊桿以初始張拉力后，再張拉系梁和內(nèi)橫梁其余鋼束。系梁和中橫梁全部張拉結(jié)束后，第二次張拉吊桿。如此反復(fù)張拉，使主拱的水平推力變小，應(yīng)力趨于均勻。張拉全部結(jié)束后即可拆除支架，安裝橋面板。

四、成橋階段計(jì)算

二期恒載按換算均布荷載分擔(dān)到系梁和內(nèi)橫梁上。

系梁沉降計(jì)算見表1。

在本橋的穩(wěn)定性方面，設(shè)計(jì)時(shí)考慮兩片主拱之間加設(shè)五道一字型風(fēng)撐，拱肋基礎(chǔ)連成整體。

五、施工監(jiān)測

該橋結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，施工難度大，因此，施工時(shí)進(jìn)行了以下監(jiān)測：

（1）徐變變形。對(duì)系梁、拱的徐變變形進(jìn)行跟蹤測量。在每根吊桿處都設(shè)置了測試斷面，共13個(gè)斷面，26個(gè)點(diǎn)。

（2）拱肋鋼管截面應(yīng)力監(jiān)測。

（3）施工過程中拱腳傾角和高程監(jiān)控。

（4）現(xiàn)場實(shí)測鋼管混凝土彈性模量發(fā)展曲線。

六、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

該橋主橋長83m，引橋長80m，寬20m，主橋橋梁面積1660m2，引橋面積1600m2，合同價(jià)1005萬元，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為3082元/m2。

七、綜合分析

系桿拱橋是近幾年發(fā)展起來的橋型，以抗壓能力高的鋼管混凝土作為主拱肋，以抗拉能力強(qiáng)的高強(qiáng)鍍鋅鋼絲作為系桿，通過拱肋的重量，隨著施工加載順序逐號(hào)張拉系梁中的預(yù)應(yīng)力筋以平衡主拱所產(chǎn)生的水平推力，最終在拱座基礎(chǔ)中僅有很小的水平推力，達(dá)到了拱橋?qū)A(chǔ)的苛刻要求。

八、意見與建議

本橋吊桿采用φ273×10無縫鋼管，內(nèi)配置預(yù)應(yīng)力鍍鋅鋼絲。鍍鋅鋼絲為柔性結(jié)構(gòu)，而鋼管為剛性結(jié)構(gòu)，二者似乎不協(xié)調(diào)。建議在以后同類橋梁的設(shè)計(jì)中予以關(guān)注并改進(jìn)

江蘇省淮陰水利建設(shè)有限公司 223005）

（專欄編輯：周 權(quán)）