三跨連續鋼管砼拱橋的施工要點

【摘要】本文介紹分析了某特大橋的總體施工方法和控制要點，重點分析了三跨連續砼系桿拱橋的施工特點，供類似橋梁施工時參考。

【關鍵詞】鋼管砼拱橋；連續；施工

1. 概述

（1）某特大橋全長647m，雙向六車道，橋面行車寬度為2×15.5m。其中主橋為三跨連續鋼管砼系桿拱橋，采用剛性系梁剛性拱柔性吊桿體系。主橋全長149 m，三跨分別為42.2+63.12+42.2，中拱矢高15.78m，矢跨比為1/4，邊拱矢高8.44m，矢跨比為1/5，拱圈軸線均以二次拋物線變化。主橋建造總寬度為37.5m。主橋上部結構雙幅完全分離，獨立成橋。中墩橋梁下部為柱式無蓋梁結構，與引橋過度墩為有蓋梁結構。

（2）系梁橫梁均為預應鋼筋砼結構，預應力根據施工各階段結構受力特點進行分批張拉。吊索采用外包PE的OVMDS7-61柔性成品索，分三次張拉。橋面板為預制鋼筋砼空心板，板厚35cm。

2. 系梁的施工

系梁為I型斷面預應力鋼筋砼結構，，梁高1.8m，梁寬1.0m，肋寬0.5m，在拱腳及內橫梁處加厚成矩形斷面；系梁配10束12j15.24的預應力束，全斷面對稱布置，系梁全長149m，半幅兩路系梁與墩頂位置8道橫梁連成整體框架后分兩批兩端左右對稱張拉。

2.1總體施工方法 。 由于系梁頂面寬度較小，橫向剛度較小，每米長重達3.5噸，采用預制安裝施工方法成本高、安全性差，故全部采用支架現澆施工方法。邊孔岸基采用鋼管支架，在行車道位置預留通車門洞。水上支架為加強型貝雷支架，河中設鋼管樁臨時墩，保證通航凈寬和凈高。

2.2施工要點。

2.2.1系梁的底模支架由于系梁的成橋力學模型為墩頂位置剛性支撐，吊桿位置非線性彈性支撐的多支撐超靜定結構，在吊桿張拉前系梁自身的抗彎剛度不足以僅以四個墩頂支座作為支撐，而必須部分支撐于臨時支架上。系梁從全長澆筑完成到吊桿第一次張拉至少需要4個月時間，在此期間要保證兩墩之間系梁跨中的最大撓度不大于1/4000*L，其支架的剛度要比其它結構的支架剛度要大，特別是支架的基礎剛度要比其它支架的基礎剛度要高，基礎的沉降穩定性要遠遠超過一般基礎，岸基基礎的承載能力不得小于40KPa，計算取用承載能力不得大于20KPa，河中臨時樁基的取用承載能力不得大于計算承載能力的1/4，且計算的樁頂承載能力不得大于樁基總承載能力的15%，樁基持力層的壓縮系數要小。同時澆筑時的底模預拱度應充分考慮支架的長期沉降效應。由于影響基礎承載能力的不確定因素較多，為避免系梁的過度下沉，減少基礎及支架的成本，建議設計單位增加部分整體抗彎預應力束，以減少系梁在吊桿張拉前對支架的依賴程度。由于結構依賴支架時間較長，支架的沉降控制要比一般支架要嚴，所有支架均需等載預壓，對支架上施工荷載估計要充分，要求預壓最終穩定期連續3天的沉降不大于2mm。

2.2.2支座的預偏。由于系梁較長，張拉后的壓應力較大，張拉過程中系梁的壓縮變形較明顯，為保證支座中心位于拱軸線上，在拱座位置系梁澆筑時，支座的上滑動部分要有一定的預偏離。根據理論計算，系梁第一批預應力張拉階段（系梁總預應力的60%）的最大壓縮量為45mm。考慮到系梁底模的摩阻約束作用，該階段應該壓縮量約為35mm，實測系梁第一批預應力張拉階段壓縮量為30mm，與計算基本吻合。支座的預偏量按滑動支座距固定支座的距離將總壓縮量線性分配。由于系梁第二批預應力是在拱肋安裝完成并壓注完拱肋砼后進行，系梁仍然沒有落架，系梁所加預應力基本與拱腳的水平推力相平衡，系梁基本沒有壓縮。實際測量該階段系梁無明顯壓縮量。

2.2.3系梁施工的分段。 由于系梁較長，且支撐于4個墩頂剛性支座上，為盡量避免由于支架的下沉在系梁的跨中位置形成較大的附加預應力，系梁必須分段分時澆筑。同時，分段澆筑，有利于減少系梁砼初期收縮時的外界約束作用，減小梁內的收縮應力。墩頂拱座和兩墩之間的系梁分別單獨澆筑，并在拱座和系梁間留50cm長的濕接頭，在單幅系梁及首批橫梁（首批橫梁計8根與系梁行成框架，以保證系梁張拉時側向穩定性符合要求）澆筑完成具備張拉系梁的條件時，澆筑濕接頭，濕接頭強度達到后張拉系梁。由于系梁支架剛度較大，拱座間的每跨系梁可一次連續澆筑完成。澆筑采用分層梯形推進方法，梯形段長度不大于10m，以保證層間連續。

3. 鋼管拱肋的施工

鋼管拱肋為啞鈴型斷面，中拱肋高2.0m，拱肋上下弦管直徑80cm；邊拱肋高1.8m，拱肋上下弦管直徑70cm，均采用14mm厚Q345C鋼板卷制，鋼管每隔4m和接頭處均設有加勁板。邊孔拱肋分三段在工廠制作，中孔拱肋分五段在工廠制作。拱肋最大安裝重量為13.5噸，最大安裝高度橋面以上約16m。

3.1總體施工方法。拱肋安裝方法一般有無支架安裝法和有支架安裝法。無支架安裝法一般又分為纜索安裝法和轉體安裝法；有支架安裝法又分為頂推法和龍門安裝法。無支架安裝法均需在墩頂位置設置索塔，以便進行扣索的施工，而本橋有三跨四榀拱肋計需16個索塔，并至少需要兩套纜索吊具。由于本橋為雙幅分立設置，平轉無法施工，豎轉需設置轉動鉸，成本均較高。而頂推施工需兩端引道較長，影響兩端引橋的施工，工期不允許，也無法實施。綜合本橋多跨多榀而單跨跨度和矢高均較小的情況，采用跨墩龍門安裝是最經濟安全的施工方法。

本橋安裝拱肋所用龍門由普通321貝雷桁架拼裝而成，龍門凈寬40.5m ，橋面以上凈高18 m，設計安全起重重量20噸。龍門行走軌道基礎邊孔為普通鋼管支架，與系梁現澆支架聯成整體，中孔為在河中臨時墩上架設加強型貝雷。龍門軌道支架與系梁支架側向聯成整體，豎向相互分離，既增加其側向穩定性，又盡量避免龍門行走時對系梁支架的干擾。

3.2施工控制要點。

3.2.1拱肋安裝精度的控制。

（1）首先是工廠的制作精度要符合要求。工廠制作主要有三方面的要求。一是管口接頭部位的圓度一定要符合要求，一方面滿足工廠拼接的需要，更主要是滿足工地現場拼接的需要；二是每孔每榀拱肋要在工廠試拼，保證拱軸線的平面精度和吊桿錨箱的位置精度；三是焊縫的焊接質量要達到圖紙要求的標準，并按規范要求進行超聲和X射線檢測。

（2）其次是現場拱腳余量的切割要準確。由于拱座位置預埋鋼板盡寸較大，且位于40°左右的斜面上，在砼澆筑過程中要保證準確定位，有相當的難度。安裝拱肋前對該鋼板的準確定位測量非常重要，它即影響拱肋的安裝精度，又影響合攏段的焊接質量。用群站儀直接測量，誤差較大，為此本工程使用一與拱座鋼板理論平面平行且與理論平面有一定距離的定位架，從而測得預埋鋼板各點與理論平面的差值，據此切割拱肋余量，既準確又方便。拱肋其它斷面的定位方法是在拱肋上下法向位置設置特征點，現場用群站儀加手持小棱鏡進行坐標定位。

（3）再次是焊接質量。現場環縫的焊接一定要雙面對稱同時施焊，同一榀拱肋的所有環縫要先打一層底，然后再分段對稱焊接，即同一榀拱肋必須同時有4把焊槍同時施焊。拱腳側的焊縫最后焊接，以防拉裂拱腳鋼板。另外在拱肋裝配過程中，焊口的背襯鋼板一定要安裝到位，并與拱肋鋼管密貼，它是影響焊縫質量的重要因素之一。另外在拱肋定位過程中，要及時復核吊桿上下錨箱的相對位置，必要時以系梁預埋的吊桿下錨箱的擬合中心線確定拱軸線平面的位置，以保證吊桿安裝后的垂直度。

3.2.2拱肋砼壓注質量的控制。

（1）拱肋鋼管內的砼作為拱肋的主要受力載體，其施工質量的好壞，直接影響到成橋的質量，因此拱肋砼壓注質量是全橋質量控制的關鍵。砼配合比設計的質量是確保拱肋砼壓注質量的前提。拱肋壓注砼一般為多摻砼，正常要摻入粉煤灰、高效減水劑、膨脹劑等，其綜合性能應達到高強度、大流動性、低收縮性和微膨脹性。本橋使用的配合比為：水泥：粉煤灰：外加劑：砂：石：水=382：70：62：710：1045：165。砼坍落度為23～25cm。壓注的機械組合要適應壓注工作的需要，砼拌和站計量要準確、穩定，要能拌制出均勻一致的砼，且其生產能力要滿足施工進度的要求。壓注用砼輸送泵性能要穩定，其最大砼泵送壓力不小于9MPa，壓注量大時要有備用泵。

（2）壓注工藝控制要嚴格。首先，壓注工作要連續，由于拱肋內砼坍落度較大，拱肋鋼管內腔較大，如停滯時間過長，容易造成砼的漓析沉淀，增加壓注阻力，甚至造成壓注過程的中斷。其次，壓注要兩端對稱進行，同一片拱肋砼的最大高差不得大于1m。另外，增壓出槳口直徑不宜小于150mm，高度不少于2m，且轉彎處要設半徑不小于管直徑的圓弧過度段，以減小出槳阻力，防止壓壞隔倉板。壓注前管內要用清水充分濕潤，并徹底排凈拱內積水。壓注前可不壓砂槳潤滑拱肋鋼管拱壁，因為砼在拱肋鋼管內的流動與在砼輸送泵管內的運動形式完全不同。在泵管內砼是以柱式流動，并大部分呈現穩定層流的特性（彎管除外），故流動阻力較小；而在拱肋鋼管內由于管腔直徑較大且有橫向加勁板的限制，其砼流的未端呈泉涌式紊流壯態，而其它部位的芯部接近柱式層流壯態，而芯柱外為紊流壯態，靠近管壁的砼由于加勁板的限制基本不流動，砼含槳量較大，無需另外配槳潤滑管壁，同時管內砂漿不易排凈，殘留的砂漿會影響拱內砼的強度。拱肋內砼的流動形式決定了拱肋內砼的流動阻力相對普通泵管要大得多。當砼的流動性稍差時，其流動阻力急劇增大，極宜造成塞管，且塞管后無法處理，所以一般大跨徑的拱肋均需在拱肋的1/2高度開備用壓注口，以保證萬無一失。

4. 其它控制要點

4.1橫梁的施工。 本橋橫梁單根重42噸，一般內橫梁均在吊桿第一次張拉后施工，為充分利用本階段拱肋的受力能力，所有在此階段施工的橫梁全部采用掛架現澆的方法施工，這樣既避免了橫梁安裝設備的制作和準備時間，也省去了橫梁濕接頭的施工，經濟安全。在橫梁施工過程中一定要注意橋面板安裝牛腳面高程的控制，因為該高程直接影響到橋面高程和橋面鋪裝層的厚度。

4.2各施工階段高程的控制。 本橋三跨連續的結構特性決定了該橋的多次超靜定力學性質，隨著各階段恒載的不斷變化，系梁、吊桿、拱肋組合非線性變形不斷變化，且一跨的變形會反射到相鄰跨。根據上述特性，該橋在施工過程中重點控制了系梁現澆高程、橋面板安裝高程、橋面砼澆筑高程，三個高程的預拱度逐步減小。理想狀態在橋面瀝青混凝土鋪裝結束后，所有預拱度消失，保證成橋后橋面線形順直。

5. 結束語

工程建設中，業主、設計、監理、施工單位責任明確，互相配合，抓好工程建設的每一個環節，在建設前就能準確瞄準質量、工期和安全三個目標，落實各方自己的責任，同時樹立全員質量、品質和安全三個意識，在建設過程中不斷采取有效措施而保證了大橋順利進行和圓滿成功。