大跨徑鋼管系桿拱橋施工技術的應用

許 淵 （安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

太和三橋加寬工程項目設計橋基礎為鉆孔樁和承臺、上部結構為跨徑達152m的鋼管混凝土系桿拱鋼橋，主跨墩號為8號和9號，主橋橋寬23.2m，拱軸線為懸鏈線，懸鏈系數(shù)為1.5，矢跨比1/4。主鋼梁有端橫梁、系梁、中橫梁、小縱梁、挑梁和混凝土橋面板組成，主拱肋為由綴板連接雙φ1200鋼管的啞鈴型結構。

該橋因跨徑較大，主要采用了支架法施工。根據(jù)河床寬度及設計跨度152m、主航道通航及整個橋梁的吊裝焊接工作量實際要求，項目最終確定采用鋼梁及鋼拱肋分段、河中搭設支架法架設、鋼拱肋采用支架架設后用泵送頂升壓筑法進行主橋施工。

2 施工流程及關鍵施工技術應用

2.1 施工流程

準備工作→支架基礎施工→支架預壓→架設支架分配梁→架設橫梁→吊裝系梁并焊接→吊裝中橫梁并焊接→吊裝小縱梁→鋪設臨時橋面板→安裝鋼管拱支架及連接系→對稱安裝拱腳→對稱安裝鋼拱肋及風撐→安裝合攏段及風撐→灌注拱肋混凝土→拆除鋼拱肋支架→安裝吊桿→拆除臨時橋面板→安裝預制橋面板→吊桿第一次張拉→澆筑橋面后澆縫→拆除端橫梁及河中支架→橋面鋪裝施工→吊桿第二次張拉→橋面系施工及試驗驗收→全橋涂裝。

2.2 主橋鋼管拱肋及鋼梁的分段

根據(jù)該橋鋼梁各部件加工、運輸、吊裝、焊接實際情況經(jīng)專業(yè)廠家分段，主跨8#墩端橫梁分3段、9號墩端橫梁分3段，其最大吊裝段重量達80.5t，尺寸為13800×4530×2810。拱肋與端橫梁連接的部分形成拱腳，全橋共4處，全橋東西兩側系梁分別各分5段、東西兩側拱肋各分11段，最大吊裝段重量達68t，尺寸為33000×2535×2100。設計橫撐5個，每個38t，尺寸為16900×2610×2410。以上部件及輔助構件均在工廠加工試拼裝后，運輸至施工現(xiàn)場吊裝焊接成型。具體圖示及數(shù)量表見圖1和圖2。

2.3 主橋鋼梁支架施工

根據(jù)主跨寬度和MIDAS-Civil空間整體模型計算，河中支架采用10（邊跨）+（15×2+36×2+15×2）（中跨）+10（邊跨）的152m橋跨結構，其下部采用φ600×8mm鋼管樁柱，上部采用貝雷鋼架梁，梁上布置微調(diào)鋼板墩，利用鋼板墩支撐拼焊鋼箱梁。

2.3.1 支架下部施工

支架下部構造采用φ600×8mm鋼管樁柱，用駁船運至放樣指定位置，端橫梁處32根支撐用浮吊架設，河中102根采用浮吊吊振動打樁機進行打設，樁間采用型鋼桁架連接，樁頂架設2I40a工字鋼作分配梁，以支撐貝雷鋼架。具體樁位（十字線）圖如圖3所示。

2.3.2 支架上部施工

支架上部結構采用321型貝雷梁，長寬尺寸為3.0m×1.5m，通航孔72m范圍內(nèi)位置采用雙層貝雷梁，其它部位采用單層貝雷梁，貝雷梁拼裝成兩組15 m一段，通過浮吊架到鋼管樁上的40工字鋼分配梁上，接口盡量擺在梁上，同時確保貝雷梁在同一直線上。一跨拼裝完后，上下游貝雷梁用8水平撐的形式在下弦桿加固，每跨加固5根水平撐。鋼梁的預拱值通過設置在貝雷梁上的微調(diào)鋼板墩高度進行調(diào)節(jié)，在施工現(xiàn)場拼好的分段貝雷鋼架梁采用駁船運至指定位置，再用浮吊吊裝拼焊好。具體圖示如圖4和圖5。

圖1 鋼管拱分段立面圖

圖2 鋼梁分段平面圖

圖3 支架鋼管樁位平面示意圖

圖4 鋼梁支架布置立面示意圖

圖5 鋼梁支架布置平面示意圖

2.3.3 支架預壓及同步觀測

支架體系完成時按階段進行壓載試驗。主要分為四個節(jié)段，第一階段鋼管樁預壓。采用100t千斤頂對單根鋼管樁進行預壓，檢測其設計承載力900k是否與現(xiàn)場地質(zhì)相符。第二階段鋼管樁樁群預壓。采用現(xiàn)場拼裝的鋼縱梁（33m、80t）對鋼管樁樁群進行預壓，預壓荷載為設計承載的1.1倍，以檢驗鋼管樁群是否能夠共同受力。第三階段貝雷鋼架梁預壓。利用現(xiàn)場拼好的鋼縱梁（33m、80t）預壓對通航孔處貝雷鋼架梁進行預壓，預壓荷載為設計承載的1.1倍，以檢驗通航孔跨的貝雷鋼架梁承載能力。貝雷鋼架梁預壓圖示如圖6所示。

第四階段鋼橋面預壓。鋼梁拼裝形成整體后，對實際承載位置采用堆放預制橋面板、鋼構件等形式，檢驗此時整個支架和鋼梁整體體系的安全和穩(wěn)定。在每階段預壓時同步進行預壓觀測。預壓期間根據(jù)理論計算布置測量點，分別測量加載之前、加載60%、加載完成、卸載后四個階段標高來反映變形的大小與設計極限進行比較分析。

2.4 主橋鋼結構安裝施工

2.4.1 鋼梁安裝

本項目主橋鋼梁分為6段端橫梁、10段系梁、20道中橫梁、105個小縱梁及14段挑梁。安裝順序：端橫梁安裝→系梁安裝→橫梁安裝→小縱梁安裝→挑梁安裝。端橫梁和系梁用駁船運輸和110t浮吊吊裝支架體系上拼裝焊接，中橫梁、小縱梁和挑梁均在安裝好的系梁上架設MH10-17龍門吊機進行架設。最后架設臨時橋面板，開始鋼管拱支架體系安裝。

圖6 貝雷鋼架梁支架預壓圖

圖7 鋼拱肋安裝支架模型圖

2.4.2 鋼拱肋安裝支架施工

在臨時橋面板上搭設鋼管拱支架，全橋共設置10組立柱，采用φ1000×10mm鋼管柱，其底部與系梁頂板焊接，頂部設置分配梁、托盤及防護欄桿，采用型鋼桁架結構連接，柱身設爬梯。如圖7所示。

2.4.3 鋼拱肋安裝支架施工

鋼管拱分為4個拱腳處，22道拱肋，5道橫撐，分別在廠家制造完成并試拼裝合格，運至現(xiàn)場后，采用2臺100t汽車吊在臨時橋面上按次序進行對稱吊設拼裝焊接。焊接前應檢查拱肋混凝土灌注孔、排氣孔、冒漿孔、泄水孔及管道設置位置。安裝順序：拱腳處→逐段拱肋→橫撐→逐段拱肋→合攏→橫撐。安裝時要先將鋼拱腳與端橫梁及系梁進行固結，同時采用精軋螺紋將鋼縱梁和其下部支撐貝雷架梁聯(lián)結成整體。拱頂合攏段左、右幅應分別安裝，安裝時須進行測溫，一般溫度在10～15℃安裝。安裝圖如圖8所示。

圖8 鋼拱肋安裝圖

2.5 鋼管拱肋混凝土施工和吊桿安裝

2.5.1 鋼管拱肋混凝土灌注

鋼管拱肋含拱腳總弧長175.1m，拱肋部分弧長157.9m，含上弦管、下弦管、中間腹板、除去拱肋吊桿占用部分體積，拱肋壓漿混凝土總計897m3，混凝土為C50無收縮微膨脹混凝土。在鋼管拱、球鋼支座及型鋼擋塊安裝好后，設置好防回流閥，開始灌注鋼管拱混凝土，混凝土灌注采用輸送泵泵送頂升灌注法施工。因結構型式、截面受力、管內(nèi)阻力等多種因素灌注時為防止爆管或鼓管現(xiàn)象分兩次壓注到頂，中間在臨時鋼管支撐處設置隔倉，灌注時間控制在10h，分八次完成，先灌注下弦管、再灌注上弦管、最后灌注綴板腹腔。灌注前應四個拱腳處各設置一臺地泵，左右側南北向對稱連續(xù)不斷地自下而上壓注，先灌筑拱腳處，然后對稱壓注拱肋和腹板，拱肋之間的橫撐不填混凝土。施工流程：東西側下拱肋分兩次→東西側上拱肋分兩次→東西側中腹腔分兩次，東西兩側兩根管及單側管的南北端拱肋混凝土壓注長度相差控制在2m以內(nèi)。灌注至管頂冒出混凝土時為止且不需振搗。

2.5.2 吊桿安裝

全橋設計東西兩側Ф82mm吊桿對稱布設，間距為7m，各20根，拉索材料按圖紙設計規(guī)格在專業(yè)工廠內(nèi)制作好運至現(xiàn)場后，用吊車吊裝上橋，利用設在橋面上的吊車提升吊桿張拉端進入拱肋預埋套管與吊桿錨固端傳入系梁上預埋套管內(nèi)并用錨固端錨具固定，然后利用吊車牽引拉索張拉端與張拉端錨具固定，同時在吊桿內(nèi)設置監(jiān)測吊桿應力的磁通量傳感器，張拉端設置于拱肋端，吊桿采用銷接式吊耳錨固在主縱梁上，根據(jù)工程進展對稱收緊，分次張拉，按設計要求完成后進行防腐處理。

3 結語

太和三橋加寬工程主橋跨度達152m的大跨徑鋼管拱肋系桿拱橋施工中運用支架法及泵送頂升壓注法施工技術在施工實踐中取得成效顯著，既節(jié)約了成本，又節(jié)約了工期，同時降低了超大跨徑橋梁的施工難度，具有一定的實踐應用價值，希望能為同類從業(yè)或相關人員提供參考借鑒。