清水鄉特大橋1-56 m 系桿拱施工控制要點

(中鐵十局西北公司，陜西西安 710000)

1 工程概況

清水鄉特大橋系桿拱，孔跨結構1-56 m鋼管混凝土系桿拱，跨越312國道。主梁采用箱形截面，拱肋為鋼管混凝土結構，啞鈴形截面，拱肋與主梁的剛度之比為1/17.5，屬剛性系梁剛性拱。

矢高11.667 m，矢跨比1/4.8。拱軸線為二次拋物線，起拱線位于梁頂下1.25 m，每片拱肋由兩根上、下鋼管(φ700×16 mm)和兩塊厚16 mm鋼板焊接成啞鈴形斷面，拱肋高度1.8 m，拱肋中收距11.2 m。為增強拱肋平面外穩定性，拱肋間設置三道橫撐，均為一字撐。橫撐為鋼管混凝土結構，鋼管直徑700 mm，壁厚16 mm。

全橋拱肋共設9對吊桿，吊桿采用PES.HY(FD)7-85成品索體，冷鑄錨錨固，張拉端設于拱肋頂部。

梁體采用等高度、單箱三室形斷面，梁長57.6 m，梁高2.6 m，在端部梁底局部加高至3.1 m。

2 清水鄉系桿施工方案

1)箱梁支架地基處理。

全橋箱梁均為滿堂支架現澆，原地面用推土機推平，并用壓路機碾壓，應確保地基承載力達到220 kPa以上。地基換填碾壓完畢后澆筑一層20 cm厚C20混凝土作為腳手架基礎。

2)碗扣式支架搭設方案。

現澆支架采用φ48×3.5 mm碗扣式鋼管支架，支架平均高度為5.4 m。在27號，28號墩的兩側各7.5 m長度范圍按照30 cm×60 cm(縱向×橫向)布置立桿，腹板處加密到 30 cm×30 cm，其余范圍按照60 cm×60 cm布置立桿。水平橫桿按照60 cm步距布置。預壓的最大荷載為箱梁重量加上施工荷載總重量的1.2 倍。

3)混凝土的澆筑。

箱梁及拱腳混凝土施工一次性施工完成，汽車泵泵送澆筑。a.混凝土澆筑順序為從箱梁的兩端開始向中間端推進。澆筑時按斜坡分層布料，腹板的振搗采用細振搗棒(φ30 mm)，插入式振搗棒應避免觸及波紋管，頂板的混凝土振搗采用插入式振搗棒配合平板式振搗器振搗。在鋼筋密的地方用小型振搗棒，確保混凝土振搗密實。b.拱座同主梁混凝土同時澆筑，澆筑前預埋好拱座部分拱肋。拱肋預埋段采用角鋼支架固定。

4)箱梁預應力筋張拉。

根據設計要求箱梁混凝土強度及彈性模量達到設計的90%，且齡期不少于14 d方可張拉。鋼束張拉實行張拉力、伸長量雙控，以張拉力為主，以伸長量為校核，允許誤差±6%。

5)鋼管拱肋拼裝。

鋼管拱拱肋分拱腳預埋段、中間節段、拱頂段三個部分，其中拱腳預埋段在施工箱梁時預埋定位準確后與箱梁及拱腳一起澆筑，拱頂合龍段制作時考慮加工與合龍時的溫差影響而在加工時預留了10 cm的富余量，在吊裝合龍節段時，先在前一天的相同溫度條件下，測量出合龍口的精確長度，然后對拱頂合龍節進行精確切割，并按圖紙要求將切割端打磨出坡口，以上工作完成后，在第二天相同溫度條件下進行合龍節段的安裝。中間節段和拱頂段采用φ1020×8 mm鋼管墩搭設承重支架進行安裝定位，鋼管墩之間采用鋼桁架聯結加強支架的整體穩定性。拱肋鋼管采用50 t輪胎吊裝，拱肋吊裝采用“兩邊對稱安裝→拱頂合龍段安裝”的順序。拱肋安裝的標高及角度考慮制造誤差、溫度及拱肋設計預拱度的影響，拱肋空鋼管在支架上就位后，采用全站儀和水準儀復測拱軸線，通過支架頂安放的30 t手動千斤頂進行調整，直至平縱面誤差符合精度要求后在設計要求合龍溫度內合龍焊接，拱肋合龍接頭處在焊接前進行剛性固定，以免焊接時接頭發生相對位移。拱肋鋼管焊接合龍后吊裝、焊接橫撐管。

6)拱肋、橫撐混凝土壓注。

首先對稱灌注拱肋上管混凝土，待上管混凝土達到設計強度的80%時，然后對稱灌注拱肋下管混凝土，待下管混凝土強度達到設計強度的80%時，對稱灌注拱肋腹腔混凝土，最后泵送港灣橫撐管混凝土。

7)吊桿安裝和調索張拉。

a.吊桿安裝。全橋吊桿采用人工配合吊車安裝，在拱肋混凝土強度達到80%以上后進行吊桿安裝，吊桿的安裝由鋼管拱肋上錨孔自上而下穿出，通過拱肋預留鋼管，穿到下錨箱錨固。b.吊桿張拉。拱肋吊桿安裝完畢后，待拱肋混凝土強度達到設計強度的90%即可張拉吊桿，每片拱肋對稱吊桿應同時均衡對稱張拉。張拉順序見圖1。

圖1 張拉順序圖

吊桿張拉結束后，焊接封閉吊桿錨箱，錨箱內采用發泡型聚氨酯填充，外扣防水罩。

3 系桿拱施工控制要點與措施

3.1 重視地基處理及支架預壓

地基處理及支架預壓效果是避免現澆箱梁因地基及支架不均勻沉降變形而造成開裂的關鍵。通過利用MIDAS軟件建模分析，分別對跨中、1/4跨及梁端區域假設發生不均勻沉降變形進行梁底應力分析，結果如下:

1)跨中區域支架沉降不均勻分析。變形圖見圖2。箱梁跨中區域支架發生沉降時，跨中下撓5 mm，梁底拉應力為2.3 MPa。

圖2 變形圖（一）

2)1/4跨區域支架沉降不均勻分析。變形圖見圖3。當1/4跨區域支架發生沉降時，跨中下撓2 mm，梁底拉應力為0.7 MPa。

3)梁端支架沉降分析。變形圖見圖4。當梁端區域支架發生沉降時，跨中下撓3 mm，梁底拉應力為1.0 MPa。

圖4 變形圖（三）

可見支架發生2 mm～5 mm不均勻沉降變形時，梁底拉應力達到0.7 MPa～2.3 MPa，這種變形發生在梁體混凝土終凝后尚未生成強度時危險性最大，梁體將因支架不均勻沉降變形產生的拉應力而產生裂縫。因此地基處理效果、支架搭設方案及預壓效果對避免不均勻沉降至關重要。

3.2 布設應力應變控制點，監控施工過程中梁體及拱肋的受力、變形狀態

清水特大橋系桿拱的施工過程較為復雜，將經歷多次體系轉換，系梁多次預應力張拉等復雜工序。施工工序復雜，施工周期較長，設計圖紙的要求是施工的最終目標，這包括設計要求的內力狀態和線形狀態。而實際施工過程中，受到天氣條件、施工質量等許多不確定因素的影響，要保證橋梁的施工和使用安全，需要對施工狀態進行實時識別(監測)、調整(糾偏)、預測，使施工處于有效的控制之中。這對設計目標安全、順利實現是至關重要的。

根據施工過程的受力特點，擬重點對關鍵工序進行嚴格監控，主要包括梁拱的預拱度、系梁的預應力張拉、吊桿張拉等進行控制，最終使結構的線形、受力狀態、變形與設計保持一致。

1)位移測點布置。a.長期變形測點布置。監控期間長期位移測點設在每段預制拱肋的端部，見圖5。b.吊桿張拉時位移測點布置。吊桿張拉期間，為能夠準確掌握吊桿伸長量值，在吊桿上端拱肋處和下端主梁上各布置一個附加變位測點，如圖6所示。

圖5 長期位移測點布置斷面圖

圖6 系梁位移測點橫向布置示意圖

2)拱肋、系梁應力測點布置。拱肋的應力測點取2個斷面，如圖7所示，依次為(Y1，Y1')，每一斷面布置測點。其中截面僅在拱肋上布置測點，每個拱肋斷面上、下各布置1個測點。要求測點布置能夠準確了解上述控制截面在各工序完成后的應力狀態。系梁的應力測點取5個截面，每一斷面上的測點布置見圖8。

圖7 應力測點布置圖

圖8 拱肋斷面測點布置圖

4 結語

系桿拱箱梁由于梁長達57.6 m，在整個結構尚未形成受力體系時，支架的不均勻變形沉降將對現澆箱梁產生破壞，尤其在混凝土強度生成的前期。系桿拱的受力較為復雜，設置應力應變觀測點對系桿拱的受力分析與設計是否相符有重要意義。

［1］TZ 204-2008，鐵路橋梁施工技術指南［S］.

［2］TB 10212-98，鐵路鋼橋制造規范［S］.

［3］李建學.長沙市黃柏瀏陽河大橋主橋系桿施工［J］.山西建筑，2011，37(2):167-168.