懸臂支撐法架設外展式鋼箱拱的運用研究

王艷麗

摘 要：本文以西（安）咸（陽）灃河交通橋外展式觀景平臺鋼箱拱的安裝架設為例，在工期緊、河道遭遇罕見洪水災害的情況下，推出懸臂支撐架設法，并圍繞懸臂、支撐平臺與垂直支撐的構造，懸臂支撐法的架設控制方案等方面進行深入研究，較好解決了鋼箱拱架設的技術難題。

關鍵詞：懸臂支撐；鋼箱拱；架設技術

在便橋、臨時支墩遭遇罕見洪水襲擊、原有的支墩架設法已無法滿足其架設要求的情況下，采用“懸臂支撐法”架設鋼箱拱橋的施工技術，圍繞懸臂、支撐平臺與垂直支撐的構造，懸臂支撐法的架設控制方案等方面進行設計與研究，規避了自然災害的影響，為保證安全、質量與工期及今后承接架設類似橋梁提供了經驗與技術保證。

1 工程概況與方案的提出

1.1 工程概況

待架設的鋼箱拱處于入渭河口并跨灃河設置，拱軸線為帶曲線過渡的折線，主拱跨徑為62m，兩拱腳到拱頂高度分別為19.988m和19.122m，外傾角度74.642°與75.239°。主拱采用2×2m箱形截面漸變至3.2×2m，材質為Q345qD。

1.2 懸臂支撐架設法的提出

若采用傳統的支架施工方案，須在河中設置施工便道和臨時支墩。由于2015年氣候異常，灃河頻降暴雨，多次漲水。因此，要保證主航道內的支墩安全，須在河道內采取筑島等形式進行加固。這樣不僅擠壓了過水斷面，而且面臨更大的漲水，施工便道、支墩的安全均難以保障。

面對突如其來的自然災害，為不延誤工期，經過多方研究，選用了“懸臂支撐架設法”。

2 懸臂支撐的結構設計

2.1 懸臂支撐架設法的難點

（1）懸臂距離長，懸臂的荷載復雜，貝雷梁懸臂支撐型鋼平臺的搭設要求高，難度大；

（2）鋼箱拱外傾15°，線形為三維空間結構，結構復雜，線形控制精度高，難度大；

（3）標準節段、拱頂節段均需進行空中角度轉換、調整姿態；

（4）臨時支墩設置在懸臂支撐平臺上，吊裝時懸臂作業安全隱患多；

（5）在貝雷梁懸臂支撐型鋼平臺上進行高空施工危險性大。合攏段鋼箱拱的架設距水面高度近28m，存在諸多高空作業。

因此，必須對懸臂支撐架設技術進行深入細致地研究。

2.2 懸臂支撐架設法的施工原理

采用工廠匹配制造梁段——運輸到現場后，在橋的南岸組拼成吊裝段——在混凝土橋面上錨固貝雷梁作為懸臂——在懸臂上用型鋼搭設支撐平臺——在支撐平臺上安裝鋼管支墩——在支墩頂部設置安裝平臺——用汽車吊將拼接后的梁段吊至支墩頂部的平臺上——與每個相鄰節段進行全斷面焊接，完成安裝、合攏。

2.3 支撐平臺的設計

2.3.1 懸臂及其支撐平臺的設計

在橋面設置兩組懸臂。該懸臂單組采用三排單層加強型貝雷桁架片組裝，長15m，懸出橋面5.3m。同時，在兩道腹板位置，分別利用4根精軋螺紋鋼錨固在梁面上。錨固安裝完畢后，在懸臂貝雷梁上安裝4組縱向雙排單層貝雷架，其位置位于鋼箱拱用臨時鋼管支墩下方，形成一跨度14m的簡支梁。同時，在縱向貝雷架上安裝臨時支撐體系。

懸臂錨固點至支點距離6m，懸臂長度7.5m，豎向力作用形心距支點懸臂長度5.235m。經計算，懸臂后端錨固于橋梁主體結構標準箱室中腹板處，其下支墊鋼板后采用Φ32精軋螺紋鋼作為后錨吊帶；懸臂支撐點設置在主體結構標準箱室邊腹板處，支點采用現澆加鋼筋網片的混凝土及鋼板調平，采用Φ32精軋螺紋鋼作為前錨點吊帶固定；在澆筑主體結構頂板時，分別在對應的腹板位置預留Φ50孔作為吊帶下端穿過頂板錨固于頂板底面的孔道；在懸臂上設置I45工字鋼短梁，錨固吊帶上端，壓住懸臂。

順橋向簡支分配梁采用8排單層貝雷桁架片，間距0.45m組裝，設置在懸臂自由端，跨度（兩組懸臂間距）13.65m。縱向分配梁頂采用I45工字鋼，設置橫向分配梁作為格構支墩型鋼平臺。

經midas civil計算發現，懸臂支撐平臺前支點處，貝雷架的局部應力達436MPa，超過了其許用應力，故應在前支點處增加一加強豎桿，以提高其局部應力。

2.3.2 垂直支撐及其安裝平臺的設計

箱拱安裝格構支墩采用4根直徑為478×10的螺旋焊管，組焊成2000×2500×L的鋼管支墩。鋼管間采用16槽鋼聯接，鋼管上安裝工32分配梁。為確保支架承載力，便于安裝，每個節段接頭處設臨時工作支承平臺。由于臨時工作支承平臺兼調節用平臺、落梁支承以及部分焊接操作平臺，每個平臺橫橋向兩側拉纜風繩或加型鋼斜撐固定。相鄰兩個平臺之間設過渡支架，以確保支架間相互固定，以及作為施工人員的行走通道和鋼箱拱涂裝的操作平臺。

3 懸臂支撐架設法鋼箱拱安裝方案

3.1 安裝準備

3.1.1 型鋼平臺及鋼箱拱預拼吊裝場地準備

吊裝時最重的一個吊裝節段為45.3t，“200t吊車自重+配重+梁重”為168.3t，場地強度達到0.55MPa，（Q+P）/A=168.3/（2.25×2.25）=0.332MPa，滿足吊車吊裝時支腿占位處所需的地基承載力。

3.1.2 懸臂支撐平臺后錨點及支點準備

后錨點及前支點用現澆混凝土調平作為調平墊塊，內設鋼筋網片，頂上鋪設20mm厚鋼板增強承壓能力。混凝土強度為C30混凝土。后錨點及前支點錨固孔預留在主體結構箱梁頂板，澆筑頂板時已預留孔道。

3.2 懸臂支撐的安裝

3.2.1 貝雷梁支撐型鋼平臺安裝

根據材料設備計劃，將貝雷梁片及配件運至工地，按照橫向懸臂及縱向分配梁的長度分別組裝好單排或多排桁架；用吊車將組裝好的懸臂加強型貝雷桁架吊裝就位，安裝后錨點及前支點精軋螺紋鋼吊帶，用千斤頂預緊吊帶，鎖定懸臂；在懸臂支撐平臺上測量定位好縱向分配梁的位置，將預拼好的縱向分配貝雷桁架吊裝至懸臂支撐自由端對應測量定位位置，安裝連接片，焊接擋塊固定。

3.2.2 鋼管格構支墩安裝

在縱向分配梁上安裝I45工字鋼作為鋼管支墩的橫橋向分配梁，在工字鋼下緣焊接擋塊，并將其鎖定在縱向分配貝雷桁架上；在橫橋向分配梁I45工字鋼上焊接固定20mm厚鋼板作為鋼管格構支墩支點（4個）；吊裝場地焊接后的格構支墩至懸臂支撐平臺，并焊接固定在支墩支點上；支墩頂標高要經過計算，并考慮基礎沉降、支架聯接處間隙、彈性壓縮變形量等因素后留出預拱度，在鋼箱拱接頭處設平面位置和標高的微調裝置，如千斤頂、絲桿等。至此，完成型鋼吊裝平臺的安裝。貝雷梁型鋼平臺搭設好后，按照每個支墩傳下來35×2×1.2=84t進行預壓，以檢驗其可靠性。

3.3 鋼箱拱安裝

鋼箱拱吊裝順序：

鋼箱拱首節段就位→吊車雙吊點垂直起吊→放入型鋼平臺上部→微調、與拱腳臨時連接、固定→施焊一次；

第2節段就位→吊車雙吊點垂直起吊→放入型鋼平臺上部→微調、與首節段臨時連接、固定→施焊一次；

依次吊裝其他節段，最后焊接合攏段。

鋼箱拱吊裝方法：吊裝前先檢查場地、高程及吊具設備；合格后，汽車吊就位，用汽車吊直接將節段梁就位于安裝支架上；吊點位置距節段梁兩端0.22L～0.24L位置（L為節段梁分段長度）；然后利用汽車吊進行初調，用撬棍、千斤頂精確調整，到位后汽吊車進行分級卸載。

合攏段吊裝：在合攏段吊裝前，將可調節支撐架設預定位置，頂部設置4個千斤頂；然后經過一天內不同時間點多次測量兩個節段的距離，從而確定合攏段的長度，在地面上將余量切割后進行吊裝。

合攏段落位后吊鉤不松。利用4個千斤頂進行調節高程，利用備用千斤頂調整兩端口的匹配，然后用碼板剛性固定、焊接。合擾段的安裝及焊接必須迅速，確保鋼拱合擾質量及其線型順暢。

4 總結

西咸灃河交通橋工程南側主拱運用懸臂支撐架設施工技術于2015年7月6號安全順利合擾。本文通過對懸臂平臺的設計、安裝及鋼箱拱架設技術的研究，對施工難點及關鍵點進行分析，提出了跨河且主拱外傾的鋼箱拱橋架設施工的一種新工法。它適用于不同地形、水文、通航、墩高、季節條件，對跨河鋼箱拱的架設起到了一定的指導作用。

參考文獻

[1]路橋集團第一公路工程局.JTJ014-2000公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2]高冬光.公路橋涵設計手冊——拱橋[M].北京：人民交通大學出版社，2000.

（作者單位：中鐵重工有限公司）