廣州從化大橋工程主橋施工關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

粟洪

（廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

1 工程概況[1]

廣州從化大橋（見圖1）全長466m，橋跨布置為2×30m+3×35m+1×136m+3×35m+2×30m，其中主橋為單跨136m的下承式拱梁組合橋，設(shè)計為無推力結(jié)構(gòu)，主梁為魚腹式混凝土箱梁，拱圈為由1根主拱肋與旁側(cè)2根副拱肋組成的倒三角鋼管混凝土空間組合拱（見圖2），造型獨特，拱肋結(jié)構(gòu)美觀新穎，設(shè)計施工難度較大。

圖1 廣州從化大橋總體布置（單位：m）

圖2 主橋橫斷面（單位：m）

橋位處于流溪河中上游。流溪河為老年期河流，河谷呈“U”型，主要以沉積作用為主，低蝕、側(cè)蝕作用均不明顯。流溪河枯水期水深多為1～2m，部分地段可見河床出露，洪水期水流湍急。橋區(qū)航道為規(guī)劃Ⅸ級航道，單孔雙向通航凈寬20m。從化大橋與廣州地鐵14號線同步建設(shè)，兩者線位在平面位置上存在重疊，橋梁樁基設(shè)計為橫跨隧道結(jié)構(gòu)，隧道與橋梁樁基最小水平凈距按2m控制，兩者相互交叉施工，通過合理安排工序，保證結(jié)構(gòu)安全。

2 主橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 梁拱施工順序

從化大橋主橋設(shè)計為下承式拱梁組合橋，通過系梁抵抗拱的推力，外部為無推力結(jié)構(gòu)，橋墩設(shè)計時不考慮其抗推能力。對于拱梁組合橋，上部結(jié)構(gòu)施工時首先需要考慮的是拱與梁的施工順序，施工方案選擇“先梁后拱”還是“先拱后梁”。在無推力拱梁組合橋中，系梁和拱圈是相互牽連相互依賴的，拱圈若無系梁抵抗其推力則無法維持其拱形，系梁若不通過吊桿吊在拱肋上則無法獨立跨越，所以不論采用“先梁后拱”方案還是“先拱后梁”方案，在施工中都必須采取相應(yīng)的措施來滿足結(jié)構(gòu)上的要求。

若采用“先梁后拱”方案，可以物盡其用，施工過程中由系梁承擔(dān)拱的推力，無需設(shè)置臨時抗推措施。此時，系梁一般采用有支架施工方法，因為系梁自身僅有較小的跨越能力，若采用無支架施工方法，則系梁的施工彎曲應(yīng)力將大大超過成橋彎曲應(yīng)力，這是不合理的，也違背了系梁主要承擔(dān)拱圈推力的設(shè)計意圖。本項目橋位處水深約1～2m且不通航，可以通過在水中施工臨時墩及鋼平臺，然后在鋼平臺上搭設(shè)支架澆筑混凝土系梁并張拉系梁預(yù)應(yīng)力鋼束，最后在橋面上拱肋分段處搭設(shè)臨時墩來拼裝拱肋，安裝并張拉吊桿。

為了保證地鐵施工安全，地鐵方要求支架樁樁底置于地鐵結(jié)構(gòu)底以下不少于6m。受地鐵影響，支架樁長達(dá)28m，且大部分位于中風(fēng)化巖層中，無法施打鋼管樁，只能采用鉆孔灌注樁，使得水中搭設(shè)鋼平臺施工周期較長，造價較高。

若采用“先拱后梁”方案，拱圈一般采用無支架吊裝或轉(zhuǎn)體施工方法，拱圈完成后利用吊桿逐段拼裝預(yù)制系梁成橋，不用設(shè)置水中支架，橋梁上部結(jié)構(gòu)施工對地鐵隧道盾構(gòu)施工不產(chǎn)生影響。不過在安裝拱肋時需要在拱腳處將主梁與主墩進(jìn)行臨時固接，且兩主墩間需設(shè)置臨時拉索替代系梁作用，用來臨時抵抗拱的推力。施工過程中，拱的推力逐漸加大，替代系梁作用的臨時拉索的張力也需隨之增加，以便與拱的推力平衡。臨時張力過大或過小都是不合適的，因張力若與拱推力不平衡，差值將作用到橋墩上，增加橋墩的負(fù)擔(dān)。因此，施工中需不斷測量墩頂?shù)乃轿灰疲粩嗟卣{(diào)整臨時拉索的張力，給施工安排和施工控制都帶來不少的麻煩和困難。

綜合考慮上述因素影響后，最終決定采用“先梁后拱”的施工方案，該方案方便施工，施工控制難度較低。

“先梁后拱”施工方案示意圖見圖3。

圖3 “先梁后拱”施工方案示意圖

2.2 鋼管拱肋制作安裝

2.2.1 鋼管拱肋制作

拱肋鋼管應(yīng)采用直縫焊接管，避免采用螺旋焊接管，以減少拱肋制作時與其他焊縫的交叉。直縫焊接管卷管方向應(yīng)與板材軋制方向一致。

當(dāng)鋼管拱肋采用弧形鋼管拼接時，每節(jié)弧形鋼管的軸線不應(yīng)出現(xiàn)S形；當(dāng)采用以折代曲法制作時，應(yīng)避免分段直線代替曲線產(chǎn)生較大的受力誤差，分段長度應(yīng)符合式（1）的要求，且相鄰管節(jié)長度不應(yīng)過于懸殊，見圖4[2]。

圖4 鋼管拱肋制作“以折代曲”示意圖

式中：θ為折角，圓弧拱時θ=L/R，其中L為分段長度，m；R為拱的曲率半徑，m；d為鋼管直徑，m。

出廠前各鋼管拱肋節(jié)段應(yīng)在胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝，胎架應(yīng)滿足至少3個相鄰吊裝節(jié)段按1∶1放樣的要求，節(jié)段組拼時應(yīng)考慮相關(guān)誤差修正。

2.2.2 鋼管拱肋安裝

拱肋安裝順序為先主拱肋后副拱肋，對稱安裝，橫斜撐同步跟進(jìn)安裝，防止側(cè)傾。先將所有拱肋節(jié)段全部吊裝到預(yù)定位置，進(jìn)行校正后將接頭法蘭盤栓接在一起，形成多鉸體系；再通過螺栓調(diào)節(jié)各控制節(jié)點的位置，使拼裝后拱肋線形達(dá)到預(yù)期目標(biāo)值；最后從拱頂位置對稱往兩側(cè)依次焊接各拱肋接頭，完成拱肋合攏。

拱肋架設(shè)安裝線形控制的難點在副拱肋，其外傾角達(dá)16.8°，施工時拱平面外變形的控制是關(guān)鍵。各施工階段必須采取臨時固定措施，防止拱肋實際軸線偏離設(shè)計軸線，盡量避免產(chǎn)生拱肋附加內(nèi)力，對拱的強度和穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

2.3 管內(nèi)混凝土灌注

因鋼管拱肋為封閉結(jié)構(gòu)，管內(nèi)無法進(jìn)行振搗且存在相當(dāng)大的高差，故應(yīng)灌注自密實混凝土，并添加適量微膨脹劑以減少其收縮；同時采用泵送頂升澆灌法施工，混凝土含氣量應(yīng)小于2.5%。

拱頂排漿管不應(yīng)插入拱肋鋼管內(nèi)，否則會造成排漿管附近的拱肋管內(nèi)氣泡、浮漿不易排出而導(dǎo)致混凝土與鋼管壁脫空。

單根鋼管混凝土拱肋應(yīng)從拱腳往拱頂一次性連續(xù)對稱澆注完成。先灌注主拱管內(nèi)混凝土，待管內(nèi)混凝土的強度達(dá)到混凝土28d強度的80%后，再同時對稱灌注2根副拱管內(nèi)混凝土。灌注完成后應(yīng)將鋼管的所有開孔封閉，防止管內(nèi)水分蒸發(fā)。

混凝土灌注完成后應(yīng)采用超聲波檢測管內(nèi)混凝土填充密實度，發(fā)現(xiàn)異常時應(yīng)進(jìn)行鉆孔復(fù)驗，并根據(jù)孔洞大小壓注環(huán)氧樹脂或無收縮水泥漿，補強漿液的強度不應(yīng)低于管內(nèi)混凝土的設(shè)計強度[3]。

2.4 系梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉

系梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉順序與批次應(yīng)根據(jù)實際施工加載程序確定，綜合考慮施工過程中和成橋后的系梁、拱肋應(yīng)力狀態(tài)，分階段分批次張拉，不宜整體一次張拉到位，以避免施工應(yīng)力超出設(shè)計規(guī)范要求。

2.5 吊桿安裝與張拉

拱肋與系梁通過吊桿連接在一起，施工時可以通過吊桿的二次張拉或設(shè)置不同的吊桿張拉力來調(diào)節(jié)外荷載在拱肋和主梁之間的分配比例。當(dāng)拱圈呈裸拱狀態(tài)時，由于還沒有安裝吊桿，單由裸拱自重產(chǎn)生的壓力線與設(shè)計計算中計及吊桿力的拱壓力線偏差較遠(yuǎn)，拱內(nèi)會產(chǎn)生一定的彎矩，此時可以在拱圈落架前，先行張拉一部分吊桿，以改善裸拱的受力狀態(tài)；主梁落架后，也可通過吊桿的二次張拉，調(diào)節(jié)各吊桿力。至于先行安裝哪幾根吊桿以及張拉多少噸位，應(yīng)結(jié)合施工方案通過具體計算確定。

3 結(jié)語

廣州從化大橋主橋從景觀的角度出發(fā)，在設(shè)計中采用了空間組合拱橋這一異形拱橋方案，施工控制難度比常規(guī)拱橋更高。其中梁拱施工順序、鋼管拱肋制作與安裝、管內(nèi)混凝土灌注、系梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、吊桿安裝與張拉等都是控制從化大橋施工成敗的關(guān)鍵工序。本文所作的探討、提出的建議和要求，可以為大橋的順利施工提供幫助與參考。