先拱后梁系桿拱橋中橫梁預(yù)制吊裝施工技術(shù)

劉曉青

摘要： 根據(jù)無支架先拱后梁系桿拱橋的施工工藝特點，提出中橫梁預(yù)制安裝技術(shù)，從預(yù)制、運輸、吊裝、就位固定、濕接縫施工等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，并對臨時結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析計算，既降低施工投入又能確保了施工安全。

Abstract： Based on the characteristics of construction technology of trackless arch-before-beam tied arch bridge， the prefabricated installation technique of mid-beam is proposed. The pre-fabrication， transportation， lifting， in-situ fixation and wet joint construction are described in detail. Accurate force analysis is carried for the temporary structure， which not only reduce construction investment but also ensure the construction safety.

關(guān)鍵詞： 拱橋；中橫梁；預(yù)制吊裝；施工技術(shù)

Key words： arch bridge；middle beam；prefabricated lifting；construction technology

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）08-0162-03

0 引言

目前，鋼管混凝土系桿拱橋在我國高速公路、高速鐵路及市政道路中得到了廣泛的應(yīng)用，但不管其系桿拱橋的結(jié)構(gòu)形式和跨度怎么變化，其施工方法不外乎支架法和無支架兩種，究其施工順序也無外乎先梁后拱和先拱后梁。高速公路系桿拱橋梁部結(jié)構(gòu)較多采用縱橫梁+橋面板或中橫梁+橋面板結(jié)構(gòu)形式。對于在通航要求高的大江大河修建鋼管混凝土系桿拱橋，采用無支架先拱后梁的施工方法對降低工程施工成本和最大限度減小施工對通航的影響，能較好地實現(xiàn)縱系梁、中橫梁及橋面板的預(yù)制吊裝施工，減少水上施工作業(yè)時間，加快建設(shè)速度。

1 工程概況

嘉金高速公路吳淞江大橋全長469.222m，跨越吳淞江時采用1-85m下承式鋼管混凝土系桿拱梁組合橋。系桿拱橋為左右幅分離式橋梁，全橋由4根鋼管拱肋、14根橫撐、64根吊桿、4根縱系梁、4根端橫梁、32根中橫梁和34塊濕接縫混凝土橋面板組成。鋼管拱肋采用啞鈴型斷面，鋼管內(nèi)泵送頂升C50微膨脹混凝土，縱系梁為后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用箱型斷面，高為1.6m，寬為1.4m。中橫梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土“T”型梁，頂板寬3m，腹板寬度0.9m，梁高1.45m，全長16.05m，吊桿和中橫梁間距均為5m。

為保證吳淞江通航要求，主橋采用先拱后梁無支架法施工。具體施工順序為先施工端橫梁和拱腳→浮吊安裝鋼管拱和橫撐→鋼管拱內(nèi)頂升C50混凝土→安裝吊桿→浮吊吊裝縱系梁，澆筑濕接縫混凝土及施加預(yù)應(yīng)力→浮吊吊裝中橫梁，澆筑兩端濕接縫→吊模澆筑橋面板混凝土→調(diào)整吊桿拉力→橋面鋪裝施工。

2 中橫梁預(yù)制吊裝

2.1 中橫梁構(gòu)件預(yù)制

在吳淞江北岸設(shè)預(yù)制場，設(shè)置4個中橫梁臺座。存梁軌道垂直于河道，第一片梁中心線距離河道邊緣小于10m，以滿足浮吊作業(yè)要求。預(yù)制梁段強度達(dá)到設(shè)計強度的80%后，用千斤頂頂起，放入移梁滑板，用倒鏈牽引，沿存梁軌道運至存梁區(qū)域，并用油漆編號。用千斤頂起頂時，為防止損壞、裂紋，起頂位置應(yīng)靠近吊點附近。存放時，基礎(chǔ)應(yīng)堅實，支點靠近吊點部位，防止沉陷，預(yù)防受力不均，導(dǎo)致裂紋。

中橫梁預(yù)制節(jié)段長為14.85m，重66t，在中橫梁頂面預(yù)埋4組？準(zhǔn)32吊環(huán)鋼筋，吊環(huán)鋼筋露出混凝土面20 cm，距離梁端1.5m，間距50 cm，對稱分布于構(gòu)件上。同時為了安裝時固定定位，橫梁兩端向內(nèi)50cm腹板兩側(cè)各預(yù)留一個？準(zhǔn)100mm的孔洞。

2.2 中橫梁安裝設(shè)備、機具

110t和80t浮吊各1臺； 150T駁船一艘；貝雷桁架384片，連接件若干；2[20a槽鋼橫梁長1.5m128根；？準(zhǔn)32mm冷拉Ⅳ級鋼筋128根×4.3m，螺帽256個。

2.3 中橫梁安裝順序

由于縱梁已安裝并澆注濕接頭混凝土成為整體，因而浮吊在橋下調(diào)頭困難，為了充分發(fā)揮浮吊的作業(yè)效率，實現(xiàn)良性安裝順序，加快施工工期和縮短封航時間，經(jīng)設(shè)計同意，根據(jù)本橋位實際情況，左右幅橋的安裝順序詳見圖2所示。

2.4 中橫梁轉(zhuǎn)運及吊裝

全橋32根中橫梁預(yù)制段全部在北岸橋位西側(cè)存梁場存放，1臺80t的浮吊負(fù)責(zé)從岸上起吊裝入150t駁船內(nèi)，隨著中橫梁的安裝速度，岸上由人工用手動葫蘆將中橫梁不斷拖至岸邊浮吊安全起吊范圍內(nèi)。

中橫梁運輸?shù)皆O(shè)計橋位下方后，再用浮吊吊起至設(shè)計位置，用4根直徑為32mm的冷拉Ⅳ鋼筋通過上下槽鋼扁擔(dān)橫梁將中橫梁固定在支承于左右縱系梁上的貝雷梁桁架上，詳見圖3和圖4。

檢查中橫梁的頂面標(biāo)高無誤后，松繩解鉤，即完成中橫梁安裝。、中橫梁初步定位后，對貝雷梁的撓度和中橫梁的標(biāo)高進(jìn)行測量、若偏差較大，再用浮吊將中橫梁慢慢提起，通過擰進(jìn)4根？準(zhǔn)32mm的冷拉Ⅳ級鋼筋上的螺帽調(diào)整好中橫梁的標(biāo)高，完成中橫梁的標(biāo)高控制。

半幅橋貝雷梁長度分18m和9m長兩種，18m長貝雷梁14組，用于中間14根中橫梁的承重梁，9m長貝雷梁4組，用于靠近端橫梁的2根中橫梁的承重梁。18m貝雷梁的拼裝架設(shè)方法。首先在岸上拼裝完成12m，隨同余下的4片桁架及連接件一起利用汽車吊江拼裝好的貝雷梁放置到中橫梁上，用鋼絲繩固定在中橫梁上。等到中橫梁到達(dá)設(shè)計位置后，再完成兩端各3m桁架的拼裝和連接，形成整體受力框架，然后利用浮吊落座在縱梁上的混凝土基座上。見圖5。

貝雷梁支座采用C25混凝土，每根貝雷梁下設(shè)4個，支座長度和寬度均為50cm，內(nèi)拱下貝雷梁支座高度為15cm，邊拱下貝雷梁支座高度為45cm。支座頂面應(yīng)平整，同一頭的頂面標(biāo)高應(yīng)控制在2mm之內(nèi)。

靠近端橫梁的南北各2片中橫梁均采用2臺浮吊進(jìn)行安裝，其他中橫梁的均采用1臺浮吊安裝，即110t浮吊1臺停靠在邊拱外側(cè)，趴桿從吊桿間的5m寬范圍伸入到中橫梁正上方，起吊安裝。

2.5 縱橫梁連接

中橫梁全部安裝就位后，可進(jìn)行兩端與縱系梁濕接頭鋼筋、波紋管連接，然后安裝模版澆筑濕接縫混凝土，待混凝土強度滿足設(shè)計要求后在進(jìn)行中橫梁預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿施工，最后拆除上方的貝雷桁架。

2.6 中橫梁安裝桿件受力檢算

2.6.1 貝雷梁受力驗算

中橫梁自重按68.6t，吊點距貝雷梁端2.1m計算，每個吊點荷載P=68.6t/4=17.15t，力學(xué)模式如圖6。

貝雷梁承擔(dān)最大彎矩和剪力：

彎矩Mmax=171.5*2.1=360.15kN·m<1687.5kN·m。剪力Qmax=171.5kN<245.2kN。

2.6.2 扁擔(dān)梁受力驗算

扁擔(dān)梁均采用2[20a槽鋼組合梁，上下進(jìn)行局部橫向焊接加強，保證穩(wěn)定性和提高受力能力，角焊縫高度為8mm。

[20a槽鋼截面特性：Wx=178.0cm3，Ix=1780.4cm4，Sx=104.7cm3，d=7mm

下扁擔(dān)梁受力計算，下扁擔(dān)采用2根2[20a槽鋼組焊件設(shè)計，受力力學(xué)模式如圖7。

中橫梁自重68.6t，腹板寬度0.7m。

中橫梁自重產(chǎn)生的集中荷載P=171.5kN

剪力Q=171.5kN

彎矩Mmax=Q*a=171.5*0.3=514.5kN·m

彎應(yīng)力σw=M/Wx=144.5MPa<[σw]=145MPa。

剪應(yīng)力τ=（QSx）/（2Ix*d）=72.0MPa<[τ]=125MPa。

局部壓應(yīng)力σy=Q/（tw*L1）=86.8MPa<[σy]=320MPa。

撓度ω=17.15*104*0.3*（3*1.22-4*0.32）/（24*E*Ix）=1.2mm<1.2/400=3.0mm。

上扁擔(dān)梁受力計算力學(xué)模式如圖8。

Q=R=171500N

彎矩Mmax=25725N·m

[20a槽鋼截面特性：Wx=178.0cm3，Ix=1780.4cm4，Sx=104.7cm3，d=7mm

彎應(yīng)力σw=M/Wx=71.5MPa<1.05[σw]=225MPa。

剪應(yīng)力τ=（QSx）/（2Ix*d）=72.0MPa<[τ]=125MPa。

局部壓應(yīng)力σy=Q/（tw*L1）=86.8MPa<[σy]=320MPa。

撓度ω=Q*0.152*0.9*（3+2*0.15/0.9）/（6*E*Ix）

=0.26mm<0.9/400=2.3mm。

綜合以上驗算，上扁擔(dān)梁受力安全可靠。

2.6.3 中橫梁固定調(diào)整連接鋼筋強度驗算

？準(zhǔn)32mm冷拉Ⅳ級鋼筋允許拉力計算：

[N]=A*[σ]=8.043cm2*700MPa=563010kN=56.3t。

中橫梁自重按68.6t考慮，每根中橫梁通過4根？準(zhǔn)32mm冷拉Ⅳ級鋼筋上下連接上下扁擔(dān)梁固定，每根鋼筋承受拉力17.15t<56.3t，滿足要求。

2.7 安全保證措施

①成立以項目經(jīng)理掛帥的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組，具體指導(dǎo)、檢查各作業(yè)隊的安全生產(chǎn)活動。

②吊裝之前應(yīng)封航，由航道部門負(fù)責(zé)配合，在上下游各派一艘巡邏船，進(jìn)行警戒巡邏。

③吊裝中橫梁時，必須輕吊輕放，置于駁船上時與船重心重合，同時支撐穩(wěn)固，嚴(yán)禁偏載和梁體傾翻毀壞或傷人。

④所有水上作業(yè)人員，身著救生衣。

⑤起重設(shè)備操作人員必須聽從起重指揮的調(diào)動，做到協(xié)調(diào)一致。

⑥吊裝就位后應(yīng)及時進(jìn)行鋼管及安全網(wǎng)防護(hù)。

⑦工點技術(shù)干部跟班作業(yè)，及時確定停吊時的各種參數(shù)。

⑧各種作業(yè)人員必須經(jīng)考試合格后持證上崗。

⑨吊裝設(shè)立指揮小組，由專人統(tǒng)一指揮，其它人不得干預(yù)。專職安全員負(fù)責(zé)督促各項安全措施。

⑩貝雷梁隨中橫梁一起吊裝，應(yīng)捆綁牢固，防止松扣、脫扣現(xiàn)象，起吊前應(yīng)仔細(xì)檢查。

3 結(jié)束語

無支架先拱后梁施工技術(shù)解決了航道上系桿拱橋施工支架搭設(shè)和占用航道影響通航的諸多技術(shù)難題，充分體現(xiàn)了浮吊水上吊裝作業(yè)的優(yōu)越性，中橫梁采用預(yù)制吊裝施工工藝簡單，便于操作，很好地解決了水上進(jìn)行中橫梁現(xiàn)澆支架搭設(shè)拆除及預(yù)壓等諸多技術(shù)難題，整個施工過程橋梁受力清晰，臨時懸掛中橫梁的貝雷梁桁架占用時間短，減少了其他大型安裝設(shè)備的投入，加快施工進(jìn)度，減小施工成本。

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