下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結構支架施工技術分析

邱春

（江蘇嘉隆工程建設有限公司，江蘇 宿遷 223800）

1 工程概況

該大橋為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋梁全長374m，主橋全寬14.8m，橫斷面為1.4m（拱肋區）+12.0m（機動車道）+1.4m（拱肋區）；引橋全寬12m，橫斷面寬為0.5m（防撞護欄）+11.0m（機動車道）+0.5m（防撞護欄）。

2 支架預制安裝采用工廠生產的方式

第一，拱跨中腹板采用鋼板現場切割與焊接后整體吊運的方式進行吊裝，其特點是主拱施工周期短、對主拱的內力影響小、質量容易控制，但對整個拱橋影響較大。第二，由于該工程采用上部結構整體吊運到施工現場，因此，該橋下部結構支架主要采取分段吊裝方式進行安裝。具體的分節方案為：一段主拱安裝在下橫梁上，另一段為3 跨主拱安裝在中腹板上。第三，由于拱肋、中肋均采用鋼結構、混凝土結構與鋼筋焊接組成，在拱形面內設置鋼管和鋼筋支架是為了保證拱肋受力的要求。該工程采用分段吊裝法進行下部支架安裝，即先將拱肋、中肋整體吊起后吊至拱腳位置，并在中肋頂板位置安裝下部結構支架。為了保證中肋頂板和拱腳頂板施工質量及控制施工質量，首先在拱腳位置將整個支架預拼裝并吊裝到位。

其一，由測量放線人員確定吊點的準確位置，并按施工圖紙的中心線放置支架，同時將支架吊至施工現場。其二，將吊裝使用的鋼絲繩、滑輪等材料堆放在施工現場一側并鋪設好防護措施后，由操作人員根據安裝圖放好吊點并用吊鉤連接到相應位置，再將每根主拱肋中承板用螺栓與鋼絲繩、滑輪等材料連接固定。其三，對有較大撓度或出現扭曲變形的支架需及時調整加固，以保證其剛度和強度，減少變形。其四，在支架安裝過程中若發現有影響主拱肋變形的構件時，需及時拆除，避免損傷主拱肋結構。

3 結構支架設計

第一，桁架式主拱的主要施工方法為先在桁架式主拱端部設置一道豎向桁架，并將其分為幾個基本塊，然后再進行鋼管混凝土塊的澆筑及焊接，既能保證桁架在拱圈內錨固可靠，又能在拱圈內形成整體空間結構，確保施工時各桁架間的空間協調。第二，由于橋面兩側和橋塔均采用了鋼管混凝土系桿拱橋的設計方案，對鋼箱梁結構進行了整體計算，考慮到對上部結構支撐作用、荷載等因素影響，其剛度要求較高。第三，由于受橋梁本身的特點和影響，在上部結構設計時對橋梁上部結構的計算模型進行了簡化處理。為保證設計計算方法正確可靠，在具體計算時可不考慮結構自重、環境荷載集中系數等因素。第四，該橋上部結構支撐形式為雙桿式支架形式，主桁架、拱肋鋼管和拱肋鋼箱梁均采用桁架式布置方式[1]。

3.1 拱肋鋼管的預埋

第一，預埋件的設置：拱肋鋼管預埋件由下至上分別設置成“T”型、“H”型等形狀，每個“T”型預埋件采用鋼管混凝土進行澆筑。第二，拱肋鋼管的安裝：采用MQ420B 鋼或M50 鋼筋制作主拱截面，并在每個截面處粘貼一層10mm 厚的鋼板。第三，拱肋鋼管吊裝：主拱在拱座拼裝后，首先進行拱肋的吊裝、合龍、就位。第四，吊桿、吊索的預安裝：將預埋好的錨桿與吊索進行連接，將吊繩從預埋件的錨孔中穿入，并根據需要設置調節鋼絲扣和調節螺桿。第五，拱腳預壓：在預埋件施工時對各焊接點進行墊塊處理，在安裝過程中將墊塊調整至水平狀態。第六，安裝吊桿及主梁：主跨鋼管吊裝就位后，先將主拱肋吊至橋面水平位置，再按照設計進行預壓工作。第七，主梁就位：在預埋好的各錨桿上鉆孔，將鋼管插入錨桿孔內并固定好。第八，焊接：將MQ420B 鋼板制成的主拱與14mm 的鋼管用作主梁的截面厚度進行焊接，鋼管截面形狀為圓形。

3.2 主拱桁架的設置

第一，桁架式主拱的布置方案根據橋梁的受力特點，選擇桁架式主拱結構作為施工時的臨時支撐方案。第二，主桁架結構及布置方式將豎向主拱支臂的幾個基本塊分為兩個或三個，每個基本板塊有一個腹桿，將各基本板塊放置到相應的位置。第三，主拱下塔柱及箱梁支撐施工主拱下塔柱采用了鋼管樁，內壁光滑、平整，樁頂及樁底各設置一道橫梁。第四，鋼結構支架制作安裝及施工工藝標準：鋼結構支撐采用了雙桿式支架法施工工藝流程，主拱支吊架設計為四節段鋼結構支撐吊架；主拱拱肋分節段整體預制后采用了鋼筋混凝土灌注工藝[2]。

4 上部結構施工支架搭設

在梁體的縱向支架完成后或扣索成功后，就可以對橋梁上部結構支架進行搭設工作。搭設過程中需注意，應在支架安裝前做好前期準備工作，并及時對相關人員進行安全教育交底和技術交底；橋面系施工期間需要進行橋面系扣索安裝等一系列作業活動；對于一些需要焊接的支架，必須先對焊接部位進行加固處理。搭好上層結構后，在上下層均有施工人員和設備進行施工作業；搭好上層結構后須及時封閉下層的通道；上部支架搭設工作完成后還需及時撤除臨時設施，避免上部結構發生破壞而造成安全事故。上部結構架體搭設過程中應注意：在架體搭設過程中對下部支撐體系需進行控制和檢驗；上部架體應按照搭設規范和圖紙設置到位；為保證上下層之間的相對穩定性，應對各個支座連接位置進行固定、鎖定。當上部構配件安裝完畢后，就可以對下部支撐體系進行拆除，并進行下道工序的施工。

4.1 下部支架搭設

為保證主拱肋施工時的線形和拱肋線形，主拱肋頂高及邊跨主拱肋頂高須控制在15m 范圍內。對主拱肋及主梁進行吊裝。在上部結構施工過程中，通過鋼箱梁與梁體間的連接，使得下部結構的支架與上部結構之間有相對穩定的聯系。通過對鋼箱梁、梁體間安裝扣件后，再對下部結構支架進行搭設。為保證上部結構支架搭設和上部結構施工同步完成，各道支架的高度在設計圖紙要求的范圍內可以自由調整，以滿足支架搭設和上部施工之間具有相對穩定的聯系為原則，其高度可以在1～2m 范圍內調整。利用卷揚機將下部架體與主拱體系一起運輸至拱腳位置。由于下部架體受力比較復雜，因此，應對下部架體受力進行計算并做好相關控制措施。

4.2 系桿安裝與張拉

系桿拱橋施工中，對于主拱肋縱向支架，需先進行縱向張拉工作，然后再進行其他各拱肋的張拉。系桿的安裝要求：在支架搭設完畢后，需先對橋梁上、下層各道支架間的距離進行檢測和驗收，以保證系桿索力的可靠性。必要時可采用卷揚機或千斤頂作為輔助設備對系桿進行張拉。系桿張拉方法：按照施工方案的要求對系桿支架進行臨時固定后，利用千斤頂進行系桿張拉。為保證拉繩不發生滑移現象，千斤頂上需要鋪設一層厚為40mm 的鋼絲網并設置2 道橫向拉繩。由于系桿索力主要受拉力而產生，因此，索力大小直接影響系桿拱橋的施工質量。在系桿拱橋主拱肋上、下層各設置2 道縱向支架。每道縱向支架之間需用鋼拱架固定連接、鎖牢，以防止發生滑移現象。由于系桿拱橋系桿索力主要由張拉力來產生，因此，系桿拱橋施工過程中在主拱肋上設置橫向拉、張拉點也很有必要。為了保證縱向支架與橋梁縱向結構之間的相對穩定，需要在橋面上進行臨時扣索的設置、扣索孔的安裝以及橋面結構體系的設置[3]。

5 下部施工作業及施工順序

第一，鋼支架預埋：由于該橋梁采用鋼管拱結構，鋼管拱與預應力鋼筋混凝土結構的連接方式不同，在施工時應進行預埋處理。

第二，鋼支架的安裝：鋼支架預埋完成后，應立即開始安裝鋼構件。

第三，拆除鋼管和預應力鋼筋：拆除工作主要包括兩個方面：一是拆除橋梁下部的臨時支撐架；二是將橋梁下部結構及支架吊離地面。

第四，安裝鋼主梁：對橋梁上部結構進行組裝、定位等工序后，先對主梁進行安裝，應注意吊點位置和吊裝順序。

第五，澆筑混凝土：在焊接好鋼管和鋼筋后，立即對鋼主梁進行澆筑混凝土。

第六，養護：在支架拆除過程中，不能立即投入使用，需進行養護工作，待混凝土達到設計強度后方可投入使用。

5.1 施工過程中存在的問題

第一，由于該大橋主橋為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，在拱肋、拱座等主要結構物安裝完成后，必須進行全橋貫通及系桿吊架整體架設，又因橋梁上部結構和下部支撐結構同時施工，造成了施工工序較多、交叉作業較多的現象。第二，在拆除過程中對原有臨時支撐架和鋼支架造成了破壞。第三，對于鋼管拱部分，在施工過程中因其自重較大導致承載力下降、結構變形等問題，從而增加了拆除難度。第四，對橋梁的整體外觀有影響。第五，對鋼支架的吊裝作業時，給吊裝過程帶來較大困難。第六，在施工過程中，因橋梁自身的荷載比較大，使其變形和承載力都比較差。第七，對于橋梁上部構件，需使用臨時支撐架進行整體吊裝作業或局部拆卸安裝處理，從而增加了施工難度。

5.2 改進措施

第一，在拱肋結構中增加一層橫向鋼管，增強其抗裂能力。第二，增加橫向鋼管搭接長度，以滿足橋梁受力要求。第三，優化臨時支撐架安裝方案，盡量減少安裝數量。第四，根據實際情況采用兩根鋼管并聯搭接，以滿足實際需求。第五，完善拱肋上臨時支撐架施工方案。

6 鋼筋的綁扎與安裝

首先，模板支架、模板安裝：在墩身支架、吊桿及斜拉索固定后，再對整個拱橋進行上部結構支架的綁扎和安裝。上部結構支架的主筋一般采用直徑200mmφ4～φ12 鋼筋，每盤主筋間距為4m，共設8盤。其次，鋼筋籠的制作與安裝：鋼筋籠長度按設計要求確定，可按設計圖紙制作或現場加工。鋼筋籠采用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，鋼筋籠內徑φ16mm，鋼筋籠頂面尺寸為10mm×2mm，主筋間距不得大于3m。最后，綁扎順序及方法：對縱向和橫向的箍筋進行統一綁扎。縱向及橫向的箍筋用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，并焊接固定。箍筋單根不超過2 箍。綁扎順序是先上后下、先中后兩側、先里后外、先外后內、先遠后近、先主后次、順序對稱進行并保持一定間距均勻分布。縱向及橫向的箍筋在主拱圈混凝土澆筑前，與橋面板同時綁扎完成。

其一，焊接順序：按鋼筋籠縱向及橫向搭接位置確定主拱拱肋縱向及橫向的箍筋的順序。

其二，焊接方法：縱向和橫向的箍筋采用“人”字焊法焊接，兩個主拱圈之間采用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，焊縫用焊條電弧焊和氧乙炔火焰電熔兩種焊接方法進行搭接。

其三，綁扎方法：先將所有骨架鋼筋在地面上放置一層8～10cm 厚的木板，然后在木板上安放4～6 組50mm 長和6～8 圈寬的鋼筋籠各兩個，每兩個支架之間放置一個鋼筋籠。

其四，錨固措施：采用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，然后將骨架按設計圖紙在支架上放置四邊，并用鐵絲固定到主拱圈上和綁扎支架上。

其五，安裝模板：首先將主拱圈的縱向及橫向的箍筋綁扎牢固后，用M10 冷拔熱拔軋制熱軋鋼絲作骨架，焊縫焊牢并用鐵絲固定到主拱圈上。

其六，安裝斜拉索及吊桿：在主拱混凝土澆筑前將斜拉索及吊桿綁扎牢固后，將吊鉤焊接在主拱圈上，并用M10 冷拔熱軋鋼絲作骨架，焊縫焊牢并用鐵絲固定到主拱圈上，與綁扎牢固后使用M10 冷拔或熱軋鋼絲進行搭接、焊接，不得損傷結構的強度。

7 混凝土澆筑

7.1 施工準備

第一，混凝土運輸：采用專用車輛運輸，并設專人指揮，以確保澆筑的混凝土強度滿足要求。第二，混凝土澆筑前應做好相關準備工作，檢查模板的強度、剛度是否滿足設計要求。第三，模板拆除：對于拱肋支架、腹板、底板等采用鋼模板，采用先拆模后澆筑結構混凝土的方法進行施工。鋼管支架拆除時需控制好拆除時間和速度。在拆模過程中應控制好溫度和防止出現露筋現象。第四，混凝土澆筑：對于拱肋支架采用先拱肋結構內鋼筋綁扎完畢后，在混凝土澆筑前進行拆除；先澆筑鋼管及腹板混凝土，待鋼管混凝土初凝后再拆除支架。

7.2 鋼筋保護層

對于拱肋及橫梁模板、翼緣板施工過程中，模板采用木方綁扎穩固，并用竹釘等方式固定在支架上；翼緣板施工時，模板采用木方綁扎穩固；鋼管混凝土澆筑前，先對鋼管及腹板用鋼筋固定，再拆模。

7.3 混凝土的坍落度試驗

在施工過程中須經常觀測混凝土的坍落度、坍落時間變化情況及表面情況，并及時處理問題。

8 結語

綜上所述，下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結構支架施工技術綜合研發鋼管混凝土拱橋現澆臨時支架體系設計與施工、鋼拱肋安裝施工技術、拱橋施工過程線形控制及穩定分析、下承式鋼管混凝土拱橋施工監控技術等，充分利用新型結構、材料的性能，加快施工進度，提升下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工質量，有效推進鋼管混凝土拱橋施工技術進步，社會效益明顯，具有較好的推廣應用價值和廣闊的市場應用前景。