重載鐵路下承式簡(jiǎn)支拱橋施工關(guān)鍵技術(shù)

劉海君

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

本項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗境內(nèi)，跨越老313省道。橋梁設(shè)計(jì)跨徑組合為24 m+64 m+24 m，主梁全長(zhǎng)66.5 m，采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面。拱肋橫斷面采用啞鈴型鋼管混凝土等截面，拱管內(nèi)灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土。橋面縱坡采用全橋剛性旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，吊桿垂直梁部布置。吊桿采用平行布置，全橋共設(shè)9對(duì)吊桿。該橋梁結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)鮮明，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，施工存在一定難度。

2 關(guān)鍵施工工藝

2.1 盤扣支架優(yōu)勢(shì)

搭設(shè)滿堂支架時(shí)，其中碗扣式支架比較常見(jiàn)，重型盤扣式支架屬于新型支架，使用較少。本工程實(shí)際選用重型盤扣支架，結(jié)構(gòu)整體更安全，施工便捷、高效，工地形象美觀。主要有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）更安全：橫桿、立桿、斜桿均使用Q345B低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，單桿承載力高，加上斜拉桿設(shè)計(jì)，提升了整體穩(wěn)定性。（2）施工便捷、高效：緊需少量手動(dòng)工具即可完成架體搭設(shè)，從材料總量來(lái)看，本橋若使用碗扣支架，共需404 t桿件，采用重型盤扣支架，實(shí)際使用105 t，相比之下，大幅減少工作量，完成搭設(shè)僅需5 d，顯著縮短施工周期。（3）工地形象美觀：支架桿件采用熱鍍鋅工藝，架體外觀呈銀灰金屬色，色澤美觀統(tǒng)一。

2.2 支架預(yù)壓

2.2.1 預(yù)壓過(guò)程

本工程采用1.5 t可吊裝纖維袋裝砂壓重的方式進(jìn)行支架預(yù)壓，現(xiàn)場(chǎng)布置4臺(tái)吊車，預(yù)壓袋裝填后堆于簡(jiǎn)支拱四角，橋面設(shè)吊車指揮4名。加載時(shí)按照擬預(yù)壓重量的60%、80%、120%分三級(jí)加載，加載按照對(duì)稱、分層、分級(jí)的原則進(jìn)行，縱向加載時(shí)宜從混凝土結(jié)構(gòu)跨中開(kāi)始向支點(diǎn)處進(jìn)行對(duì)稱布載；橫向加載時(shí)宜從混凝土結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)對(duì)稱布載。

2.2.2 沉降觀測(cè)

支架預(yù)壓時(shí)進(jìn)行豎直和水平位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括基礎(chǔ)沉降變形、支架豎向位移、支架頂面水平位移、支架縱橫梁的撓度。

支架加載前，記錄各點(diǎn)初始值。每級(jí)加載完成1 h后進(jìn)行支架的變形監(jiān)測(cè)，以后每間隔12 h檢測(cè)記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量。當(dāng)連續(xù)12 h監(jiān)測(cè)位移平均值之差不大于2 mm時(shí)，方可卸除預(yù)壓荷載。支架卸載6 h后，檢測(cè)記錄各點(diǎn)位移量。根據(jù)觀測(cè)記錄，確定彈性變形值。

2.3 現(xiàn)澆箱梁工藝及分層選擇

主梁高度1.9 m，分為2層進(jìn)行澆筑，第一次澆筑1.53 m，第二次澆筑至頂。在此處分層進(jìn)行二次澆筑主要考慮：

（1）箱梁高度較低，內(nèi)凈空只有1.2 m，若一次澆筑成型，不僅施工作業(yè)空間不夠，且下倒角處及預(yù)應(yīng)力孔道處混凝土振搗質(zhì)量無(wú)法保證，存在較大的質(zhì)量隱患。

（2）主梁為雙向預(yù)應(yīng)力體系，底腹板預(yù)應(yīng)力孔道密集，只有腹板與頂板之間存在較大空隙，1.53 m的位置剛好為腹板外倒角頂，與內(nèi)倒角頂只差3 cm，可以同時(shí)進(jìn)行內(nèi)外側(cè)倒角模板支立，減少頂板二次澆筑工作量。

（3）可以保證兩次澆筑接觸面之間的鑿毛質(zhì)量，基本不受預(yù)應(yīng)力管道和預(yù)埋件的影響。

2.4 下錨箱安裝控制

由于橋梁兩端支座高差240 mm，即下錨箱未完全平行于大地面，縱橋向小里程往大里程傾倒L=11.089 mm，傾斜角度α=0.213°。因此坐標(biāo)測(cè)量需要放兩個(gè)點(diǎn)，一個(gè)要保證上面準(zhǔn)確度，一個(gè)控制錨箱傾角。考慮錨箱最低點(diǎn)在梁底，控制點(diǎn)處全站儀無(wú)法看到，且棱鏡桿有直徑，無(wú)法放到指定位置。看似簡(jiǎn)單的安裝，實(shí)際難以操作。

安裝的根本即是確定下錨箱的測(cè)量點(diǎn)并固定，實(shí)際測(cè)量誤差控制在10 mm以內(nèi)。通過(guò)CAD得出的坐標(biāo)為大地坐標(biāo)，可以轉(zhuǎn)換為自定義坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，操作及輸入坐標(biāo)簡(jiǎn)易許多。

安裝方法改進(jìn)為定支架坐放錨箱，測(cè)量錨箱支架上的四個(gè)點(diǎn)，即是先固定支架，再安裝錨箱并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)測(cè)量支架任意兩個(gè)直線點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)偏移距離來(lái)確定各個(gè)支腿面點(diǎn)坐標(biāo)，高程通過(guò)CAD圖量出實(shí)際相對(duì)模板標(biāo)高，與實(shí)測(cè)對(duì)比后，使用1 mm墊片調(diào)整高程，直至支架4個(gè)點(diǎn)標(biāo)高均在合理誤差范圍內(nèi)。然后放置錨箱，測(cè)量最上面的點(diǎn)，適當(dāng)移動(dòng)，復(fù)測(cè)，固定。

2.5 拱腳施工工藝

拱腳鋼筋密集，并需要預(yù)埋拱管，且已進(jìn)入冬季施工，施工難度大，安裝精度要求高。

本工程采用先綁扎拱腳鋼筋，再安裝拱腳預(yù)埋的順序進(jìn)行拱腳施工，部分鋼筋截?cái)嗪笾匦潞附樱┕ば实汀＞唧w施工過(guò)程為：首先在頂板將拱腳平面位置測(cè)量放線，完畢后先進(jìn)行拱腳2 m以下范圍內(nèi)的鋼筋綁扎，同時(shí)搭設(shè)2 m以上部分施工平臺(tái)，采用槽鋼制作安裝勁性骨架，測(cè)定勁性骨架位置準(zhǔn)確后安裝固定拱肋預(yù)埋部分，拱肋與鋼筋沖突位置割斷鋼筋后通過(guò)。再次測(cè)定拱肋的平面位置、高程、傾斜角度是否準(zhǔn)確（考慮橋梁縱坡），采用水準(zhǔn)儀及全站儀進(jìn)行測(cè)量。安裝完畢后，焊接割斷處鋼筋。拱腳范圍內(nèi)頂板采用普通C50混凝土，拱腳及拱腳處頂板采用自密實(shí)混凝土，混凝土泵送入模。

簡(jiǎn)支拱拱腳是應(yīng)力最集中的部位，蘭嘎橋在拱腳處底板使用模板為1.5 cm建筑用木模板。選用木模板在后期拱腳施工時(shí)遇到局部承載力不足的問(wèn)題，從而被迫改變施工工序。建議現(xiàn)澆梁施工時(shí)，考慮在承載力較大的地方，比如拱腳處等，使用鋼模板，且加密下方承重支架，這會(huì)給施工帶來(lái)很大便利。

2.6 鋼管拱加工安裝

根據(jù)工程鋼管拱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼管拱的制造分為拱腳、拱肋、斜撐桿件、橫撐桿件加工。整橋拱肋分為10個(gè)加工節(jié)段（不含拱腳），每個(gè)加工節(jié)段由拱圈組拼單元及腹板組成。

拱肋安裝采用支架安裝法，使用鋼管及型鋼搭建臨時(shí)支架，用汽車吊將鋼管拱拱肋逐段吊裝到支架上進(jìn)行焊接拼裝。鋼管拱拱肋、橫撐及其他配件直接運(yùn)輸?shù)狡嚨跖裕善嚨鯇⒐袄咧鸲蔚跹b到梁面鋼管支架上，吊裝拱肋時(shí)遵循左右對(duì)稱、前后對(duì)稱的原則，最大不平衡安裝不超過(guò)兩個(gè)吊裝節(jié)段。

拱肋安裝按照如下步驟進(jìn)行：①確定架拱支架在梁面上的具體位置并在橋面預(yù)留鋼筋連接→②安裝架拱支架及支架連接系（支架與預(yù)留鋼筋連接）→③架拱支架檢查驗(yàn)收合格后，進(jìn)行拱肋節(jié)段及橫撐的安裝，邊安裝邊調(diào)整線形→④兩側(cè)拱肋對(duì)稱安裝（預(yù)留合攏段）→⑤安裝合攏段→⑥安裝橫撐→⑦整體焊接。

2.7 自密實(shí)混凝土研究

自密實(shí)混凝土配合比研究通過(guò)理論計(jì)算，試驗(yàn)室試驗(yàn)，得到適合于鋼管內(nèi)部壓注施工的混凝土，即自密實(shí)混凝土，同時(shí)具有一定補(bǔ)償收縮性。主要試驗(yàn)指標(biāo)包括坍落擴(kuò)展度，J環(huán)坍落擴(kuò)展度、離析率及膨脹率，在滿足多個(gè)指標(biāo)前提下，確保混凝土壓注施工過(guò)程順利進(jìn)行，同時(shí)保證混凝土后期良好力學(xué)和耐久性能，且與鋼管拱肋緊密接觸，起到受力作用。

技術(shù)路線：（1）基于施工圖紙及規(guī)范對(duì)混凝土配合比各項(xiàng)指標(biāo)提出要求；（2）配合比選材；（3）依據(jù)規(guī)范對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行初步配合比計(jì)算；（4）配合比的試拌及調(diào)整；（5）驗(yàn)證混凝土力學(xué)及耐久性能；（6）形成自密實(shí)混凝土配合比報(bào)告。

2.8 冬施控制

2.8.1 拱腳保溫措施分析

（1）保溫措施。混凝土澆筑之前在左右兩幅拱腳前側(cè)、后側(cè)及頂端交處預(yù)埋測(cè)溫傳感器。模板支護(hù)完成后用腳手架、棉被搭設(shè)暖棚，棚內(nèi)放置8個(gè)火爐和4個(gè)溫度計(jì)。利用火爐給暖棚升溫，每隔兩小時(shí)記錄暖棚內(nèi)的溫度，并安排專職人員全天24小時(shí)巡查棚內(nèi)升溫措施執(zhí)行情況。暖棚內(nèi)火爐應(yīng)根據(jù)外界環(huán)境溫度及時(shí)調(diào)整，并在每天上午7時(shí)、下午3時(shí)對(duì)拱腳混凝土內(nèi)部進(jìn)行測(cè)溫。保溫養(yǎng)護(hù)7 d后，拱腳內(nèi)部溫度均在20 ℃以下，拆除模板，并用棉被包裹拱腳，采用蓄熱法繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖1。

圖1 拱腳實(shí)測(cè)溫度

（3）結(jié)論。采取該種保溫措施可將保溫棚內(nèi)的溫度控制在17 ℃左右，即拱腳養(yǎng)護(hù)溫度受外界環(huán)境溫度影響較小。通過(guò)對(duì)同條件養(yǎng)護(hù)試塊做軸心抗壓實(shí)驗(yàn)得拱腳混凝土強(qiáng)度滿足拆模要求且遠(yuǎn)大于允許受凍臨界強(qiáng)度值。拆除拱腳模板后采用蓄熱法養(yǎng)護(hù)，側(cè)得拱腳混凝土內(nèi)部溫度介于4～14 ℃。拱腳混凝土澆筑完成養(yǎng)護(hù)7 d后強(qiáng)度達(dá)到44 MPa，大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%。拱腳混凝土澆筑完成后的緊后工序是張拉中橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束，拱腳混凝土強(qiáng)度對(duì)其影響不大。從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)開(kāi)，搭設(shè)暖棚采用的棉被和腳手架可重復(fù)利用，較為經(jīng)濟(jì)，建議在北方冬季混凝土施工中采取此種保溫措施。

2.8.2 孔道壓漿保溫措施分析

（1）保溫措施。在拱腳和梁體底板、腹板、頂板波紋管周邊埋設(shè)測(cè)溫導(dǎo)線。在預(yù)應(yīng)力束張拉完成之前，就預(yù)應(yīng)力孔道壓漿前梁體升溫、壓漿過(guò)程中及壓漿完成后梁體保溫措施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用棉被和電熱毯包裹系梁頂板、翼緣板、腹板及拱腳，棉被在上，電熱毯在下，并在系梁每個(gè)箱室放置各一臺(tái)功率為3 kW的電暖氣。用篷布包裹梁體支架，并在底板下放置32個(gè)裝滿煤的油桶，用油桶內(nèi)的煤給梁體底板升溫。在預(yù)應(yīng)力孔道壓開(kāi)始前、壓漿過(guò)程中及壓漿完成后3 d內(nèi)在每天凌晨6～8時(shí)（該時(shí)間段內(nèi)外界環(huán)境氣溫最低）對(duì)梁體進(jìn)行測(cè)溫，確保梁體溫度不低于5℃。

（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2。

圖2 現(xiàn)澆梁實(shí)測(cè)溫度

（3）結(jié)論。腹板、拱腳最低溫度與外界環(huán)境最低氣溫變化趨勢(shì)一致，底板最低溫度受外界環(huán)境影響較小，除頂板外，梁體各處溫度均在5 ℃以上。缺點(diǎn)是大量煤的燃燒及橋面保溫棉被的燃燒導(dǎo)致梁體外觀質(zhì)量較差，拆除模板后須對(duì)梁體外觀進(jìn)行修復(fù)，施工成本增加且不利于環(huán)保。

2.8.3 拱肋混凝土壓注保溫措施分析

（1）保溫措施。拱肋焊接完成后在拱肋與拱腳相接處、拱肋L/4、拱肋L/2處拱頂焊接5個(gè)測(cè)溫傳感器，全橋共焊接10個(gè)。用加強(qiáng)型防爆阻燃電拌熱帶纏繞拱肋的方式給拱肋升溫，纏繞時(shí)電伴熱間距控制在20 cm，然后用棉被包裹拱肋的方法給拱肋保溫。該工序的緊后工序是安裝、張拉吊桿，按設(shè)計(jì)要求張拉吊桿時(shí)拱肋混凝土強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，拱肋混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)不僅僅是防止拱肋混凝土受凍，還要確保混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)速度不影響吊桿張拉按時(shí)開(kāi)始。

（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖3。

圖3 拱肋實(shí)測(cè)溫度

（3）結(jié)論。采取此種保溫措施外界環(huán)境溫度對(duì)拱肋溫度影響較小，拱肋溫度介于10～20 ℃，混凝土養(yǎng)護(hù)溫度控制在最佳范圍之內(nèi)。拱肋混凝土養(yǎng)護(hù)7 d后在拱肋上開(kāi)孔，用混凝土回彈儀測(cè)得強(qiáng)度值為47 MPa（設(shè)計(jì)C50混凝土），保溫養(yǎng)護(hù)效果較好。給拱肋升溫的電熱拌帶及保溫的棉被均可回收或重復(fù)使用，較為經(jīng)濟(jì)，且采用此種保溫養(yǎng)護(hù)措施受后續(xù)施工影響較小。建議在冬季拱肋混凝土施工過(guò)程中可采取此種保溫養(yǎng)護(hù)措施。

3 結(jié)語(yǔ)

系桿拱橋目前在鐵路、公路行業(yè)中越來(lái)越多，尤其是大跨徑橋梁，目前系桿拱橋已經(jīng)可以做到220 m以上跨徑，可以說(shuō)研究和總結(jié)施工工藝對(duì)橋梁工程具有重要意義。根據(jù)本橋施工經(jīng)驗(yàn)，可為后續(xù)類似工程施工提供借鑒。