徐鹽高鐵跨徐沙河(100+200+100) m連續梁拱施工技術探討

魏洪山

(蘇北鐵路有限公司，江蘇徐州 221200)

預應力混凝土連續梁與鋼管混凝土加勁拱肋組合結構體系橋，是指以連續梁和加勁拱肋兩種結構的組合共同承擔大跨徑范圍內的荷載，并將其傳遞至下部結構的受力體系[1]。連續梁拱組合橋梁作為一種新興的橋梁組合體系，將大跨度連續梁、拱兩種結構體系完美地結合在一起，具有跨度大、剛度大、穩定性好、形態優美、施工方便等優點，抗震、抗壓、抗裂等性能得到很大提升[2]。以徐鹽高速鐵路徐洪河特大橋預應力混凝土連續梁與鋼管混凝土加勁拱肋組合結構體系橋為例，探討其施工方案和關鍵技術。

1 工程概況

新建徐鹽高速鐵路徐洪河特大橋采用(100+200+100) m預應力混凝土連續梁與鋼管混凝土加勁拱肋組合結構體系，設計速度為250 km/h。主梁采用單箱雙室、變高度、變截面結構，兩邊腹板為直腹板，梁底下緣按圓曲線變化。預應力混凝土懸灌連續梁共分91個節段，全長401.8 m，混凝土總方量為12 371.8 m3。

拱肋采用懸鏈線線形，計算跨徑為200 m，計算矢高為40 m，矢跨比為1/5。主橋設置兩道拱肋，拱肋中心距為13 m，拱肋采用外徑1 200 mm、壁厚24 mm的啞鈴形鋼管混凝土截面，上下兩鋼管中心距為2.0 m，采用壁厚20 mm鋼板連接，拱肋截面全高3.2 m，鋼管內灌注C50自密實混凝土。拱肋之間共設10道桁架式橫撐，橫撐采用4根φ600 mm×14 mm主鋼管和32根φ300 mm×12 mm鋼管，內部不填充混凝土。全橋共設置20對雙吊桿，吊桿順橋向間距9.0 m，采用PES(FD)7-61型低應力防腐拉索，配套使用冷鑄鐓頭錨。全橋橋形立面布置如圖1所示。

圖1 立面布置(單位：cm)

2 施工總體方案

施工順序：先施工鉆孔樁，再施工承臺。鉆孔樁施工采用大功率GF400反循環鉆機，承臺基坑防護采用鋼板樁圍堰，承臺施工采用冷卻管降溫分次澆筑大體積混凝土法。

梁拱上部結構采用“先梁后拱”的施工方法，采用支架現澆0號塊和1號梁段及拱座，懸臂施工2～21號梁段，支架現澆邊跨22號梁段，再懸臂施工中跨22號梁段，解除臨時固結后，采用臨時剛性連接配合掛籃法施工中跨合龍段[4]。

加勁拱肋采用工廠分段加工制作，試拼裝后運至現場，采用大噸位吊車吊裝上橋，支架法拼裝完成；拱肋鋼管內自密實混凝土采用4臺輸送泵同時對稱頂升壓注；拆除支架后安裝并張拉吊桿，根據橋梁荷載的變化情況，復測并調整吊桿索力。

3 大直徑深樁基礎施工關鍵技術

3.1 大直徑深樁基施工

主墩樁基為30根直徑為2.0 m的鉆孔灌注樁，樁長為90 m，均為摩擦樁。根據現場條件，采用大功率GF400反循環鉆機鉆孔，鉆頭直徑為2.0 m，鉆桿動力扭矩為42 000 kN·m，泥漿法護壁。護筒采用內徑為2.2 m、壁厚為20 mm、長度為15 m的超大鋼護筒。

成孔后采用TS-KO6160B型超聲波孔壁檢測儀測量孔深、孔徑、孔的傾斜度等各項指標，判斷成孔質量，為后續工序施工提供技術支撐。為了保證施工質量，便于施工操作，將鋼筋籠分4段配置，主筋采用直螺紋套筒連接。為了保證其連接質量，采用“滾焊機+特制定位模具”的方法加工鋼筋籠，并利用自主研發的“物流助手”為鋼筋籠生成“身份證”掛牌標識，以確保現場安裝對接的準確性。采用導管法灌注水下混凝土，超聲波檢測成樁質量。

3.2 深基坑大體積承臺施工

主墩承臺為3層。底層承臺尺寸為29.45 m×24.2 m，高度為4 m；第二層加臺高度為2.5 m；第三層加臺高度為2.5 m。承臺混凝土方量為4 213 m3，基坑深度為14 m。

(1)深基坑開挖與防護

經驗算，選擇24 m長的NSP-ⅣW拉森鋼板樁，中間設置4道內支撐，采用1臺0.4 m3的小型挖掘機配合2臺長臂挖掘機進行施工。開挖過程中應監測基坑的水平位移、內支撐桿件的軸力變化、基坑周邊深層土體位移及地下水位等參數，并設置超限自動報警系統，實時掌握基坑及內支撐桿件的變形情況，確保基坑自身穩定和施工安全。

(2)大體積混凝土質量控制

根據基坑支撐體系和承臺結構特點，承臺分4次澆筑。采用硅電阻測溫儀進行混凝土內、外部溫度測試，通過大數據數字化分析，實時掌握混凝土內、外溫差變化情況。如發現混凝土內外溫差接近15 ℃，或混凝土溫度變化過快時，應根據季節及時采用體內冷卻降溫或體外加熱升溫等措施，以控制混凝土內外溫差在20 ℃以內，實現大體積混凝土實體質量的精確控制。養生期間，應著重做好混凝土的濕度和溫度控制，避免混凝土的長時間暴露，及時對混凝土暴露面進行覆蓋保濕養生，防止水分蒸發。

4 梁部施工關鍵技術

4.1 0號塊和1號梁段施工

0號塊寬17.2 m，長20 m；中支點處梁高12 m，頂板厚62 cm，底板厚100.8 cm；共澆筑C60聚丙烯纖維混凝土2443.5 m3；1號梁段寬14.2 m，長2.75 m，梁高11 m，頂板厚62 cm，底板厚96.6 cm，共澆筑C55混凝土270.4 m3。

(1)現澆支架體系

按照0號塊、1號梁段自身荷載和其他施工荷載進行支架設計。鋼管支架采用30根φ630鋼管承重，縱向5排、橫向6排，錨板與預先埋置在承臺內的錨筋融透焊接，固定鋼管立柱；鋼管之間采用φ273鋼管連接，以保證整體性與穩定性；鋼管柱頂部放置雙拼I45a工字鋼作為承重橫梁，承重梁下部與卸荷塊采用角焊縫焊接，承重梁上部密布分配梁；分配梁上鋪設1.2 cm鋼板作為底板底模。現澆支架結構見圖2。

圖2 現澆支架示意(單位：mm)

(2)現澆支架預壓與預拱度

為了檢驗支架和基礎的承載能力和穩定性，消除支架的非彈性變形和基礎的沉降變形，準確計算支架的彈性變形，應對支架進行預壓[3]。由于墩身為實體非變形部分，僅對產生變形的支架體系進行預壓。本橋0號塊和1號梁段支架預壓采用預埋的帶固定錨頭的鋼絞線，在支架分配梁頂面制作臨時反力架，將鋼絞線活動端用錨具固定在臨時反力架上，通過張拉鋼絞線施加反拉力對支架進行預壓。預壓順序應按照混凝土的澆筑順序進行，根據箱梁截面的變化特點及混凝土澆筑順序、重量對應施加反拉力。支架預壓在支架結構檢查合格后進行，預壓荷載為最大施工荷載的110%，加載反拉力偏差應控制在同級荷載的±5%以內。確定預拱度時主要考慮的因素有：①梁體和拱部結構本身、活載及恒載所產生的豎向撓度變形(設計預拱度)；②支架彈性壓縮量；③支架與方木、方木與模板之間的非彈性變形值。通過預壓施工，可以消除③的影響，在底模安裝時，其預拱度的設置按Δ=①+②計算[5-6]。

(3)混凝土澆筑

0號塊梁體混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至0號塊梁體頂板與腹板交接處下4 m，第二次澆筑0號塊梁體剩余部分和拱座第一次混凝土；待梁體混凝土強度達到設計強度的95%、彈性模量達到設計規定強度的100%后張拉，張拉后在支架上對稱澆筑1號梁段。混凝土采用泵送入模，在腹板內模處設置適當的混凝土振搗窗口，每個腹板入模點都設置串筒，保證混凝土入模均勻、不離析。

4.2 懸臂段施工

主梁共計83個懸臂澆筑段，梁段長分為2.75 m、3.5 m、4 m、4.5 m。采用自錨式菱形掛籃，具有剛度大、承載能力強、操作便捷、工作面開闊、走行裝置簡單、安全可靠等特點。掛籃由桁架體系、走行錨固體系、底梁體系、吊桿體系、工作平臺體系、底側模體系、內模內滑梁體系等部分組成。主桁架是掛籃的主要受力結構，由3榀菱形主桁架、橫向聯結體系組成[4]。桁架主桿件為槽鋼焊接的格構式結構，節點采用銷軸聯結；橫向聯結體系設于2榀主桁架的豎桿上，其作用是保證主桁架的穩定性和剛度。滑梁吊桿采用φ32精軋螺紋鋼，其余吊桿采用120 mm×4 mm鋼板吊帶。

掛籃懸臂澆筑施工流程：掛籃前移→掛籃就位和錨固→調整底側模→綁扎底腹板鋼筋、安裝底腹板縱向預應力孔道和豎向預應力筋→安裝內模→綁扎頂板鋼筋、安裝頂板預應力孔道和橫向預應力筋及預埋件→對稱澆筑節段混凝土→養生→預應力張拉壓漿→掛籃前移，進行下一個節段施工。

4.3 梁部施工控制措施

(1)鋼筋加工質量控制

采用數控彎曲機及彎箍機等機械化程度較高的設備。

(2)原材料和混凝土拌和質量控制

拌和站和試驗室推行信息化及視頻監控系統，原材料稱重偏差和試驗檢測數據均上傳至《鐵路工程管理平臺》。

(3)混凝土實體質量控制

在連續梁混凝土澆筑且張拉壓漿完成后，采用混凝土無損檢測技術(彈性波二維斷面計算機層析掃描成像)對混凝土密實度及空洞等進行質量檢測。通過檢測，既能發現已施工的混凝土缺陷，及時采取措施進行修復；又能對缺陷進行分析，使后序混凝土施工避免相同的缺陷再次發生。

(4)施工過程控制措施

全面推行0號塊支架搭設及預壓、掛籃拼裝及預壓、混凝土澆筑、邊中跨合龍、支架安拆等關鍵工序許可管理制度；梁體養護采用自動噴淋養護系統，預應力張拉采用智能張拉控制系統，壓漿采用真空輔助壓漿技術，委托有資質的單位進行線形和應力監控。

5 鋼管拱施工關鍵技術

5.1 鋼管拱拱肋拼裝

鋼管拱結構全重約990 t，含34個節段拱肋、4個節段拱腳、10節橫撐及其它配件，拱肋最長節段為14.1 m，吊重小于27.5 t，橫撐不分節，每段橫撐長11.8 m，重約14.5 t。

(1)拱肋拼裝支架搭設

拼裝支架要承擔鋼管拱的全部重量，是保證拼裝作業順利進行的關鍵，必須具備足夠的強度、剛度和穩定性。

本橋采用型鋼輔助鋼管立柱支架，共設32根φ1 020 mm×10 mm的鋼管立柱，鋼管質材為Q235B鋼。鋼管立柱之間采用桁架結構作為水平連接系，φ219 mm×6 mm鋼管作為斜向連接系。在系梁對應鋼管立柱部位，澆筑C30鋼筋混凝土基礎(長、寬為1 400 mm，厚300 mm)，并預埋鋼板(長、寬為1 300 mm，厚12 mm)，預埋鋼板上焊接鋼管立柱，并在鋼板和立柱之間設置加勁鋼板。鋼管立柱頂面設置操作平臺，以便調整拱肋的設計位置。

(2)拱肋拼裝

在橋面上配備一臺運輸車，運輸拱肋各節段、橫撐及其它配件。拱肋各節段由50 t吊車吊放至連續梁橋面運輸車上，運輸車將節段件運至吊裝位置后，由100 t汽車吊將拱肋吊裝提起，然后運輸車移開，節段件豎向放置[3]。利用一臺80 t與一臺100 t吊車將拱肋抬吊至支架上并固定，遵循左右、前后對稱的原則，將拱肋逐段吊裝到拼裝支架上進行焊接拼裝。

采用兩臺吊車的優點：①方便拱肋位置調整；②吊重分散，安全系數高；③通過調節兩臺吊機的起升高度，可避免對立柱及連接系的干擾。

(3)拱肋焊接

拱肋節段焊接采用臨時焊接和永久焊接相結合的方式[3]。拱肋節段從拱腳按照兩側、兩端對稱安裝調整，符合設計線形和高程要求后，要與上一節段采用臨時連接鋼板加固焊接，然后進行下節段安裝。安裝節段有橫撐時，一并緊跟進行橫撐焊接。待合龍段安裝完成，整個拱肋線形和高程復核無誤后，從拱腳采用兩側、兩端對稱方式依次進行接口永久焊接，最后選擇溫度10～15 ℃時間段進行合龍段焊接。采用二氧化碳氣體熔透焊工藝進行焊接，所有永久焊縫施焊前均需進行焊接工藝試驗，焊接完成后，應根據設計要求進行焊縫檢測。

(4)拱肋安裝工藝流程

拱肋共分17個節段，最大吊裝重量小于27.5 t；橫撐10節，最大吊裝重量小于14.5 t；將拱肋按左右兩側順線路方向設定編號為Z1(Y1)～Z17(Y17)，橫撐順線路方向設定編號為H1～H10。具體拱肋拼裝工藝流程：拼裝支架搭設→拱肋Z1/Y1/Z17/Y17安裝→拱肋Z2/Y2/Z16/Y16安裝→拱肋Z3/Y3/Z15/Y15安裝→橫撐H1/H10安裝→拱肋Z4/Y4/Z14/Y14安裝→橫撐H2/H9安裝→拱肋Z5/Y5/Z13/Y13安裝→橫撐H3/H8安裝→拱肋Z6/Y6/Z12/Y12安裝→拱肋Z7/Y7/Z111/Y111安裝→橫撐H4/H7安裝→拱肋Z8/Y8Z10/Y10安裝→拱肋Z9/Y9→橫撐H5/H6安裝→接口永久焊接。拱肋安裝如圖3所示。

圖3 拱肋安裝示意(單位：mm)

5.2 拱肋混凝土泵送頂升

鋼管內灌注C50自密實混凝土共計1 178.3 m3，每側拱肋弦管頂設置隔倉板，腹腔內設置3處隔倉板。采用由最低點向最高點的“連續頂升”灌注。弦管為一次頂升到頂，腹腔分兩次頂升到頂[7-8]。

泵送混凝土灌注順序：先上弦管、后下弦管、再腹腔內下段混凝土，最后腹腔內上段混凝土，采用4臺輸送泵同時對稱進行，并配備2臺輸送泵備用。輸送泵的功率型號要根據施工現場的場地布置和頂升的最大高度綜合確定。上一次頂升混凝土達到設計要求強度后，方可進行下一次混凝土頂升[9]。

頂升混凝土初凝時間應按施工工藝、施工時間合理選配確定，確保初凝時間大于最長一次頂升時程(適當考慮富裕時間)。

5.3 吊索安裝與張拉

(1)吊索安裝

吊索在工廠制作，在出廠前應進行吊索的抗拉強度、彈性模量、靜載及動載試驗。吊裝上橋后，利用梁面吊車自張拉端提升吊索，使吊索張拉端穿過拱肋預留鋼管，并與張拉端LZM7-61L型冷鑄鐓頭錨固。

(2)吊索張拉

所有吊索全部安裝到位后，用吊車把千斤頂吊到拱頂并與吊索張拉端連接，按照設計的張拉順序進行吊索張拉[5]。在張拉的同時進行索力的檢測并與理論值對比，確保張拉滿足設計要求，并做好相應的防護。

(3)吊索的張拉應力調整控制

在二期恒載上橋后需要對吊索的索力進行調整使其符合設計要求。先逐根檢測吊索索力并記錄，同時根據橋上的實際恒載并利用“橋梁博士”軟件進行模擬計算，此時該結構已經是多次超靜定結構，調整任何一根吊索的索力均會影響其他吊索，所以要通過反復的索力調整模擬計算，最后確定需要調整索力的索編號及調整量。調整索力的索編號順序：D5→D9→D2→D7→D4→D8→D6→D3→D10→D1(對稱張拉)。每調整一次需要重新測量全橋所有吊索的索力，最后檢測所有索力是否符合要求，否則應重復上述步驟，直到所有吊索的索力均符合設計要求為止。

(4)吊索張拉過程中箱梁線形監控要求

調索張拉的作用在于調整和控制箱梁橋面高程，本橋調索張拉采用橋面高程和吊索拉力雙控，整個調索張拉必須遵循慢、細、嚴的原則，分次、分步張拉，逐步達到設計索力[16]。

在梁部支座、每個懸灌節段和吊索處各布置3個對稱的線形監控點，用來進行掛籃立模高程調整和成橋后各階段箱梁撓度的觀測。在吊索張拉應力調整的各個荷載階段，使用精密水準儀對每一截面進行高程觀測，以便觀察各點的撓度及箱梁的曲線變化是否滿足設計要求[6]。

6 BIM技術在連續拱橋中的應用

6.1 在設計文件審核方面的應用

根據設計院提供的本橋圖紙進行三維建模，利用Revit創建出三維模型(如圖4、圖5)，通過navisworks進行碰撞檢查，發現鋼筋與波紋管有多處碰撞，根據碰撞報告及時與設計單位進行溝通，避免了誤工情況；由于連續梁分段懸臂澆筑，導致預應力孔道定位困難，通過模型對預留孔道位置進行了精確定位，確保了后序施工過程中鋼絞線能順利穿束[11]。

圖4 梁體節段BIM模型

圖5 連續梁拱組合梁BIM模型

6.2 在進度跟蹤方面的應用

通過3D建筑信息模型加進度計劃實現了4D虛擬建造，將本橋的施工任務進行分解，根據現場實際施工與計劃工期對各工序作業時間進行動態調整，為精細化進度控制提供了技術保證。

6.3 在施工過程模擬方面的應用

通過Revit建立多種基坑防護結構模型并進行設計方案比選，選用結構性能符合要求的鋼板樁結構；基于BIM技術對基坑結構建模，進行設計方案預演，使體系轉變可視化，有效指導設計方案檢算；通過對基坑開挖、連續梁施工及拱部安裝等工序進行實體模擬，可更直觀地對相應工序進行方案優化[12-13]。

6.4 BIM+無人機技術的應用

采用BIM+無人機技術，對現場進行航拍并將數據集成，隨時掌握整體施工信息；利用無人機傾斜重疊攝影(重疊率60%以上)對施工現場進行實景建模，通過無人機與BIM施工模擬對比分析，助力項目的全面管理，并獲得建造過程的全部影像資料[14-15]。

[1] 向大強.大跨度鐵路連續梁拱組合橋梁鋼管拱拱肋拼裝線性控制技術[J].鐵道建筑技術，2014(7):116-119

[2] 劉瑤，戴公連.中國高速鐵路預應力連續梁拱組合橋調查與研究[C]∥中國土木工程學會橋梁及結構工程分會.第二十一屆全國橋梁學術會議論文集.北京：人民交通出版社，2014

[3] 李文兵.京滬高鐵跨澮河系桿拱橋施工技術探討[J].西部交通科技，2010(5):72-77

[4] 劉麗軍.鎮江京杭運河特大橋主跨(90+180+90) m連續梁拱施工技術[J].鐵道標準設計，2012(6)：74-78

[5] 李征.客運專線大跨度連續梁-拱橋先梁后拱施工關鍵技術研究[J].鐵道建筑技術，2016(12)：19-21

[6] 田黎敏，郝際平，王媛，等.大跨空間結構溫度效應分析與合攏溫度研究[J].土木工程學報，2012(5)：1-7

[7] 周少東，饒陽，周迎，等.基于BIM的地鐵施工過程集成管理[J].土木工程與管理學報，2016(4)：1-7

[8] 李國平.連續梁拱組合橋的性能與特點[J].橋梁建設，1999(1):10-13

[9] 王洪超.連續梁拱組合體系橋梁設計參數分析[J].巖土工程界，2000，9(4)：27-29

[10] 項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京：人民交通出版社，2001

[11] 饒少臣.部分斜拉橋結構體系的研討[J].鐵道勘測與設計，1999(4)：10-16

[12] 朱剛.矮塔斜拉橋方案設計及分析研究[D].杭州：浙江大學，2008

[13] 王凱，陳亨錦.漳州戰備大橋設計—三跨連續預應力混凝土矮塔斜拉箱橋梁[J].橋梁建設，2001(1)：21-23

[14] 曹忠強.懷邵衡鐵路跨資江獨塔混合梁斜拉橋方案設計研究[J].交通科技，2014(3):32-33

[15] 鄭一峰，黃僑，張連振.部分斜拉橋結構對比分析[J].公路，2005(11):15-21

[16] 李文兵.京滬高鐵淮河特大橋跨澮河系桿拱橋的施工監控[J].交通科技，2010(3):56-58