大跨度鋼箱提籃拱橋梁-拱同步施工技術

張 勇（中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

大跨度鋼箱提籃拱橋梁-拱同步施工技術

張 勇（中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

以寧波軌道一號線1期工程主跨220m鋼箱提籃拱橋作為施工案例，詳細介紹了梁體同步的工藝原理、關鍵技術及工程應用效果，以期為其它類似工程提供參考與借鑒。

大跨度提籃拱橋；關鍵技術；拱肋定位技術及線型控制；梁拱變形協調控制

1 工程概況

寧波軌道一號線 1期工程某區間斜跨規劃甬金高速連接線及甬梁線，設計采用主跨220m提籃鋼箱提籃拱橋。由于前期受征地拆遷影響，原設計圖紙中指導性施工步驟“先梁后拱”的施工技術進行主跨220m鋼箱提籃拱橋施工，已不能滿足施工工期要求。需對傳統施工技術進行優化或改進。通過對“梁-拱同步施工技術”開展研究并實施取得成功，最大程度地提高了施工的速度，確保了工程質量和節點工期。

2 工藝原理設計

將梁體劃分為M個節段、拱肋劃分為N個節段，梁體施工及拱肋拼裝均從兩側主墩處向跨中進行，如圖1所示。

具體施工技術流程如下：①集中進行梁體支架及拱肋支架地基處理，進行梁拱支架基礎施工；②從支點至跨中對稱進行第 m節段梁體立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑施工，同時對稱進行第（m+1）節段梁體進行梁體及梁體范圍內拱肋拼裝支架搭設施工，同步對稱進行第（m-1）節段梁體范圍內拱肋拼裝施工；③梁體施工完畢后，對剩余拱肋（除合攏段外）進行拼裝施工；④張拉梁體第一批縱向預應力，再拱肋合攏段拼接施工；⑤張拉梁體第二批縱向預應力，拆除拱肋拼裝支架；⑥安裝張拉吊桿，拆除梁體支架，進行附屬結構施工。

3 主要關鍵技術

3.1 梁體施工技術

3.1.1 梁體節段劃分

為給梁拱同步施工技術創造條件，同時降低混凝土收縮徐變影響，結合現場施工環境，將梁體從支點至跨中分別劃分7個梁段。同時考慮到220m提籃拱橋橫跨新建甬金聯絡線，梁體支架基礎地基新建甬金聯絡線范圍內不同于其他梁段。為避免不同地基基礎沉降引發梁體開裂，同時為后穿預應力鋼絞線創造便利條件，故對梁體節段劃分時，梁體節段邊線設于線路線路交界處，并各設置1個合攏段作為后澆帶。梁體節段劃分如圖2所示。

圖1 梁拱同步施工示意圖

圖2 梁體節段劃分圖

3.1.2梁體支架

采用碗扣支架進行梁體澆筑施工，因橫隔板處橫向預應力張拉后，梁體中間局部起拱托架，荷載橫向分配到系梁處，故在橫隔板處系梁下增設1根φ600 ×10鋼管支架（橫隔板吊桿處系梁下增設2根φ450 ×10鋼管支架），以滿足支架承載能力。梁體支架圖見圖3。

圖3 梁體支架圖

3.2 鋼箱拱肋安裝技術

3.2.1 拱肋節段劃分

拱肋采用分節廠內加工，運至橋位節段吊裝施工。根據拱肋結構及吊裝要求，將拱肋劃分為鋼混結合段、標準段、合攏段共計42個節段；拱肋橫撐為自然劃分，共計11個橫撐。其中拱肋重為 32.5t～70t，橫撐重10.4t～25t。具體節段劃分如下圖 4所散。因拱肋最大截面高度為 6m，考慮運輸要求，將 1～4#節段拱肋分別劃分為2各塊體，如圖5所散，運到橋位在吊裝前組焊成整體，節段整體吊裝。

圖4 鋼箱提籃拱橋1/2拱肋節段劃分圖

圖5 拱肋1～4節段高度方向分塊圖

3.2.2 拱肋拼裝支架

拱肋支架基礎采用擴大基礎。由于土層多為淤泥質粘土，壓縮性高，承載力較小，為提高地基承載力，抑制土層的壓縮變形，項目采用松木樁進行地基處理，樁頂鋪設一定厚度的碎石墊層，樁頂深入碎石層20cm。支架基礎如圖6所示。

拱肋支架采用格構柱支架，鋼管類型為φ 400x10mm，格構尺寸為3x3m，格構斜撐和橫撐為雙拼16#槽鋼，頂端采用2I50工字鋼組合作為拱肋支撐平臺格構支架與基礎預埋鋼管焊接。拱肋格構支架安裝圖見圖7所示。

圖6 拱肋支架基礎

圖7 拱肋格構支架

3.2.3 拱肋橋位安裝

在充分綜合考慮各拱肋自重、吊車起重能力、拱肋吊點選擇、鋼絲繩夾角、吊鉤與拱肋理論重心一致等基礎上，對橋位吊車站位、回轉半徑、工作半徑、吊桿主臂長度等進行各拱肋吊裝研究，并指導施工，本橋采用300t履帶吊或500t汽車吊從拱腳處向跨中吊裝。吊裝示意如圖8所示。

圖8 拱肋吊裝示意圖

3.3 拱肋定位技術及線型控制技術

為保證成橋質量，確保成橋應力狀態及線型與設計相吻合，需對拱肋進行空間精確定位。因拱肋跨度及斷面尺寸均較大、節段重量較重、拱肋內傾、橋梁縱坡、系梁預應力張拉引起縱向壓縮、拱肋設計及施工預拱度、結構安裝溫度等眾多因素影響，大跨度鋼箱提籃拱橋拱肋橋位拼接安裝空間精確定位施工較為困難和復雜。對橋梁施工技術控制提出了更高的要求。

3.3.1坐標系轉換

本標段設計給定施工坐標系為大地坐標系下坐標，設計只給定結構設計圖，要對拱肋進行放樣定位，需按拱肋結構分段情況詳細計算各定位測點坐標，加之橋梁縱坡、拱肋內傾、拱肋縱向預壓縮與偏量、豎向預拱度等結構性參數影響，采用大地坐標對拱肋各定位測點坐標計算和放樣均比較復雜。為方便各定位測點坐標計算和定位放樣，直觀反映結構情況，本工程將大地坐標系轉換為局部施工坐標系。如圖 9所示，局部施工坐標系以小里程左右側拱座連線中點設為原點；X軸為橋梁結構中軸線，其正方向指向大里程左右側拱座連線中點，Y軸為垂直于橋梁結構中軸線，其正方向為結構右側；Z軸為垂直于X、Y平面坐標系，向上為正。

圖9 提籃式鋼箱拱橋拱肋吊裝局部坐標系設定

3.3.2 導線點施工坐標系推算

局部坐標系選定后，可通過退算將大地坐標系下導線點轉換為局部坐標系下導線點，如圖所示，XOY為大地坐標系（測量坐標系），X'O'Y'為局部坐標系（施工坐標系），已知局部坐標系原點 O'在大地坐標系中坐標為（X0、Y0），以及局部坐標系X'方位角α，則P點在兩坐標系下轉化如下：

轉換前后導線坐標如圖10、11所示。

圖10 導線大地坐標圖

圖11 導線局部坐標圖

3.3.3 定位點選擇

每個拱肋節段均采用全站儀三維坐標4點定位，4定位點均位于頂板。定位測量點為節段劃分線與腹板外側邊線各內移10cm交點，在鋼箱拱肋出廠前均進行打點標識，以便現場安裝時，能準確找到測點位置，并進行測量，如圖12所示。

圖12 拱肋拼裝定位測點

3.3.4 拱肋定位點施工坐標計算

根據每個節段拱肋定位測點布設，需在拱肋拼接前進行各測點的坐標計算，為直觀反映結構拼裝時預拱度、預偏量等影響因素，方便現場測量，采用局部坐標系進行施工放樣，對導線進行局部坐標系轉換的同時，需對各測點坐標均按局部坐標系計算。各測點局部坐標系坐標關系如圖13所示。

圖13 拱肋拼裝定位測點坐局部坐標系示意圖

點m為計算斷面中心點，點t、tw、tn分別為計算斷面頂板中心點、外側測點、內側測點，點b、bw、bn分別為計算斷面底板中心點、外側測點、內側測點。點m結構平面內坐標為（X0、Z0），計算截面豎向夾角設為θ，截面高度為h，結構平面豎直內傾角設為α，兩拱腳中間距為B，測點距離中軸線結構水平距離為b。

綜合坐標系原點實際標高H及橋梁縱坡i，考慮結構施工預偏量Δx、預拱度Δz，鋼箱拱肋上下頂面測點坐標為：

3.4 梁拱變形協調控制技術

根據施工方案，拱肋合攏前，需進行第一批預應力張拉，已拼裝拱肋固定支座一側 0#～9#拱肋均不隨第一批預應力張拉出現縱向移動，已拼裝拱肋滑動支座一側 0#～9#拱肋均隨著第一批預應力張拉出現縱向移動，因支撐架高度不同導致其水平剛度不同，即對不同節段拱肋縱向彈性支承約束不同，加之不同節段拱肋剛度及水平傾角不同，拱肋在一批預應力張拉工況下出現縱向水平位移計豎向位移均不同，為確保拱肋吊桿孔和梁體吊桿孔能夠精確對接，需對梁拱變形協調進行研究并指導施工。

3.4.1 支座預偏設置

通過建立有限元三維模型施工工況分析可得30#主墩滑動支點在第二批預應力張拉后，水平壓縮量為102mm，與設計提供數據吻合。故取常溫下因預應力張拉引起縱向預壓量Δ0=102mm。

設寧波地區平均氣溫為 20℃，橋梁合攏溫度為10℃，混凝土膨脹系數取

則溫度影響預偏量：Δ'=-10×220000× 10-5=-22mm

故滑動支座經溫度修正后預偏量為80mm。

3.4.2 梁拱變形協調

因動支座經溫度修正后預偏量為80mm，并進行現場實施。常溫下有限元三維模型施工工況分析可得30#主墩滑動支點在第二批預應力張拉后，水平壓縮量為 102mm，故提取各施工工況下梁與拱肋變形量后需按系數λ=80/102=0.787進行模型數據修正。修正后統計圖如14所示。

同時因滑動支座一側拱肋與梁體滑動支座預偏量相同，為80mm，固定支座一側拱肋與梁體滑動支座預偏量相同，為0mm，為確保肋吊桿孔和梁體吊桿孔能夠精確對接，以拱肋為基準，對梁體索導管進行變形協調數據處理，進行索導管預偏，如圖15所示。

圖14 修正后吊桿處拱肋、系梁變形數據統計

圖15 吊桿處拱肋、系梁預偏數據

4 工程實例

4.1 工程概況

寧波軌道一號線 1期工程某區間斜跨規劃甬金高速連接線（斜交角約為 76.5°）及甬梁線（交角度約為18.5°），采用主跨220m提籃鋼箱提籃拱橋。主梁采用（25m+220m+25m）三跨連續預應力混凝土梁，由系梁、橫隔板（梁）、面板組成。拱肋為變高度鋼箱結構，拱肋平面內立面線形為拋物線，結構跨度為220m，由于縱坡影響，實際跨度為 219.929m。矢高44m，兩片拱肋橫向內傾6°。吊索采用塑包平行鋼絲束，鋼絲采用73φ7mm鍍鋅高強鋼絲，拱肋鋼箱內采用張拉端冷鑄錨錨具，系梁端采用冷鑄錨錨具。縱向每隔8m設一吊點，同一吊點橫向布置兩根吊索，間距為0.8m，全橋共計96根吊索。結構立面、橫斷面圖見圖16。

圖16 220m提籃拱橋結構立面、橫斷面圖

4.2 實施效果

主跨 220m提籃拱橋位于高橋西站至高橋站區間，設計指導施工方案為先梁后拱，計劃施工工期為18個月，因受前期征地拆遷影響，項目前期基本處于停工狀態，為保證軌道交通 1號線一期工程主跨220m鋼箱提籃拱橋如期完工，項目經理部綜合施工環境、拱橋結構形式及受力特點、預應力梁體施工、拱肋制作及拼裝施工等施工影響因素及施工技術要求，通過方案比選及優化后，成功采用梁-拱同步施工技術對本主跨220m鋼箱提籃拱橋進行施工，實際所用時間為10月，比指導性方案用時縮短了8個月。

5 結 語

拱橋以其造型優美、曲線圓潤、富有動動態感，跨越能力大且能夠環境能夠完美協調等優點，深受設計師青睞；隨著我國高速公路、鐵路和城市交通的發展，越來越多不同形式拱橋不斷涌現。應用梁拱同步施工技術對拱橋進行施工，有效地克服了傳統“先梁后拱”順序作業法多項缺陷，可充分利用施工工作面進行施工，可實現梁體、拱肋施工作業隊能夠連續作業，滿足相鄰作業隊的施工時間能夠最大限度地搭接，有利于資源供應的均衡管理和有效利用，整個施工過程為流水作業，大大縮短施工周期，取得了良好的經濟效益和社會效益，可供類似工程施工參考借鑒。

［1］楊興旺，趙雷，李喬.提籃式系桿拱橋施工全過程承載力分析［J］.四川建筑科學研究.2004（3）.

［2］田仲初.大跨度鋼箱拱橋的施工控制關鍵技術與動力特性研究［D］.長沙：中南大學，2007.

［3］徐君蘭.大跨度橋梁施工控制［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［4］向中富.橋梁施工控制技術［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［5］張治成.大跨度鋼管混凝土拱橋施工控制研究［D］.杭州：浙江大學，2004.

U445.4

B

1007-7359（2016）02-0092-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.033