焦廣彥

摘要：本文以西寶鐵路客運專線咸陽西立交特大橋主橋連續(xù)梁-拱組合結構鋼管拱安裝施工為例，重點介紹梁后拱肋支架搭設、分節(jié)段制安等施工關鍵技術，兼述方案比選、實施中的施工技術，為同類型結構施工提供經(jīng)驗和技術借鑒。

關鍵詞：客運專線 梁拱組合結構 鋼管拱

1 工程概況

西寶鐵路客運專線咸陽西立交特大橋主橋采用64.15+136+64.15m預應力混凝土連續(xù)梁與中孔鋼管混凝土加勁拱組合結構上跨西寶高速公路，梁長264.3m，中跨橋面對稱布設兩道鋼管混凝土系桿拱，拱軸線為二次拋物線Y=0.8X-0.00588253X2。拱肋中心間距12.9m，計算跨徑為L=136m，計算矢高為f=27.2m，矢跨比1/5，單箱雙室變高箱形截面，采用“先梁后拱”方法施工。

每道拱肋截面全高3.0m，采用啞鈴型截面形式，內(nèi)充C55無收縮混凝土。上下弦管為外徑φ100cm，壁厚δ=16mm的鋼管，上下鋼管中心距2.0m，采用厚16mm的腹板連接，腹板腔間腹板距600mm。腹板內(nèi)除拱腳7m范圍及吊桿處和橫撐處2m范圍內(nèi)灌注混凝土外，其余部分均不灌注混凝土；拱肋之間共設1道米字橫撐、8組K撐。米字撐及K撐的橫撐全高1.5m，采用直徑φ100cm，壁厚δ=16mm的圓端形空鋼管。斜撐為外徑φ90cm，壁厚δ=12mm的圓形鋼管。兩道拱肋共設14對吊桿，吊桿間距8m，采用PES.HY（FD）7-109低應力全防腐索體。

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主拱肋分為26節(jié)，其中拱腳4節(jié)，中間拼裝節(jié)22節(jié)。K撐、米撐劃分為8節(jié)橫撐和20節(jié)斜撐。

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2 梁下及梁部施工工況準備

橋梁主跨以37°斜交上跨西寶高速公路，主墩采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.8m，樁長78m，梅花群樁18根，并按設計進行了樁后壓漿的補強施工以增大承載力。墩身為啞鈴形截面，截面混凝土方量58.1立方。

全梁設計情況為：梁拱結合部0#段長17m，邊中孔合龍段長2m，邊孔直線段6.15m、各標準梁段最大4.5m。直線段在支架上現(xiàn)澆施工，0#段的施工慮及拱腳預埋及掛籃安設因素，在施工中部分變更施工方案，采用將0#段、1#段和2#段同步支架現(xiàn)澆方案，其余節(jié)段采用掛籃懸臂澆筑。按常規(guī)施工方法于2011年8月19日邊跨合龍，于2011年10月12日主跨體系合龍，退卸掛籃，清理橋面，準備進入支架施工。梁部施工期間采用了掛籃自防護體系和既有高速公路行車保暢措施，工程得以順利實施。

3 拱肋臨時支架方案的比選確定

本例連續(xù)梁—拱組合結構在目前客運專線建設同類型結構中屬較大跨度，鋼管拱肋的安裝首先應確定拱肋支架方案。綜合考慮到拱肋支架搭設及預壓、拱節(jié)吊裝定位、精測精調(diào)、撐桿連接、焊接合龍及后期管內(nèi)混凝土壓注等各環(huán)節(jié)施工工藝要求，對支架施工方案比選情況作以說明：

方案比選

初期確定的三種支架方案：

第1方案：吊車上橋貝雷架立柱吊裝方案

采用貝雷架在拱肋節(jié)段各連接處搭設門形支架，門形支架縱橫向用[16槽鋼與[10槽鋼組焊成桁架進行連接，吊車上橋組拼。

第2方案：貝雷架立柱拼裝橋下吊裝方案

拱肋支架為貝雷架，在橋下組裝12個門形支架，每個門形支架采用兩臺260噸大型吊車整體吊裝到橋面，為保證支架的穩(wěn)定性，各支架縱橫向采用[16槽鋼與[10槽鋼組焊成桁架進行連接。

第3方案：輪扣式支架

首先用工字鋼及方木在中跨兩側翼緣板搭設鋼挑梁平臺，并對平臺進行防護。用輪扣桿件和φ48鋼管搭設滿堂架，在支架支座位置用方木及槽鋼搭設操作平臺拼裝拱肋。經(jīng)過多次方案會議評審，對輪扣支架方案進行了優(yōu)化，拱肋拼裝支座平臺位置立桿按照30cm（橫）*60cm（縱） 間距布置，各平臺之間采用φ48鋼管縱、橫向連接為整體，檢算滿足要求。經(jīng)過方案的優(yōu)化，支架數(shù)量減少為原方案的3/5，減少了支架安裝拆除工作量，加快了施工進度，節(jié)約了施工成本。

以上方案中，第1方案吊車上橋組裝支架，橋下高速公路車流量大，吊裝安全隱患較大，操作困難。第2方案吊車橋下整體吊裝需長時間占用高速公路，且大型吊車租賃費用較大。第3方案輪扣支架方案搭設簡單易行，不需要大型吊裝設備和占用高速公路。比選后確定按第3方案實施。

4 拱肋臨時支架施工

拱肋拼裝支架采用輪扣桿件和φ48鋼管搭設滿堂架，輪扣及鋼管較鋼管樁、貝雷片等材料更為輕便，可在連續(xù)梁邊跨將輪扣桿件及鋼管吊運至橋面，沿橋面采用叉車水平運輸至搭設位置，采用人工配合滑輪垂直吊運至搭設高度；通過鋼絞線對支架預壓進行反支點預壓，拱肋支架搭設及預壓材料上橋困難的問題得以解決。

4.1 支架布置

對于拱肋支架，通常情況下采用輪扣桿件和φ48鋼管進行搭設，搭設面積控制在121.2m（縱向）×16.8m（橫向），高度1.9～ 28.9m，支架橫橋向共設17排，拱肋節(jié)段接頭處立桿加密為31排，采用輪扣桿件搭設。支座處立桿間距為30cm（橫）*60cm（縱），焊接平臺處立桿間距為90cm（橫）*90cm（縱）。各接頭處平臺采用φ48鋼管縱、橫向連接為整體。支架水平桿步距1.2m，具體布置見圖4。

4.2 剪刀撐設置

全橋支架設置三向剪刀撐系統(tǒng)，在縱橋向最外排、第5排、第13排設置剪刀撐，橫橋向在每個支座位置兩側設置剪刀撐，在垂直橋面方向上每隔6個橫桿高度設置水平剪刀撐。剪刀撐與梁面夾角控制在45°～60°，采用φ48mm鋼管搭接連接，搭接長度不小于1m，搭接扣件數(shù)量3個。

4.3 纜風繩安裝

支架搭設寬、高較大，且外設4mm密目鋼絲網(wǎng)防護，受風荷載影響較大，通過在梁面上拉設纜風，降低風載對支架穩(wěn)定性的影響。順橋向在4個拱座位置分別設置2道纜風繩，在第一個支座位置支架上端橫穿一根φ48mm鋼管，在鋼管兩端掛設φ15mm鋼絲繩，利用倒鏈拉設至預埋段拱肋支架上。橫橋向在支座位置支架兩側分別設置“X”型纜風繩，一端在支架頂端采用φ15mm鋼絲繩固定，另一端采用倒鏈斜向拉設至另一側梁面預埋鋼筋上。

4.4 分配梁設置

在各管節(jié)對接處拼裝焊接平臺。平臺設兩層方木，方木間通過鈀釘進行連接固定，底層為14×14方木，橫橋向布置，間距同立桿間距，上層為滿鋪9×9方木，縱橋向布置，平臺長3.6～8.4m，寬2.7m。將兩層[20槽鋼搭設在方木上作為分配梁，轉(zhuǎn)化支座承受的集中荷載，進而在一定程度上均勻地作用在支架上，分配梁之間焊接為整體，具體布置見圖5。

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4.5 支架預壓方案選定及實施

由于本處連續(xù)梁作業(yè)空間受高速公路行車限制，采用傳統(tǒng)預壓塊、砂袋、水箱等配重的預壓方法，材料上橋困難，操作難度較大；鋼絞線反支點預壓方法在近幾年已開始用于高墩0#塊支架預壓、掛藍預壓，技術經(jīng)濟效果顯著，故預壓方案選用鋼絞線反支點預壓法。

對于每個支承平臺，分別設置2個預壓點，沿縱橋向分布在鋼支座中心的兩側，間距控制在60cm，每個受力點的張拉力按1.2倍的二分之一管重考慮。

對于預壓用鋼絞線下端，在橋體豎向預應力筋精軋螺紋鋼上，通過利用精軋螺紋鋼與鋼絞線連接器進行錨固；上端在鋼支座分配梁上設置長40cm、寬40cm、厚2cm鋼板，鋼板中心開設φ20mm圓孔，利用5孔扁錨及夾片將鋼絞線錨固于鋼板上。

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通過27t液壓穿心式千斤頂進行張拉。通過采用左右側支架對稱分級預壓方法進行預壓，支座1～4分3級進行加載，第1、2級分別張拉至50KN、100KN，第3級張拉至P，支座5分2級進行加載，第1級分別張拉50KN，第2級張拉至P，持荷48小時后分級對稱卸載。

在每個平臺上分別設3個觀測點，分別對預壓前、預壓中、預壓后進行觀測。對于支承平臺非彈性變形通過預壓可以消除，對支座高度調(diào)整量進行確定。

4.6 鋼支座安裝

完成預壓后，將長74cm（橫橋向）、寬56cm（縱橋向）、厚2cm鋼板焊接在頂層分配梁頂面，鋼板上設4個長條孔，通過螺栓與拱肋拼裝鋼支座進行連接，可以進行相對滑移，拱肋拼裝就位后，可以對精確進行定位和調(diào)整。采用1塊水平鋼板、2塊弧形鋼板、1塊端頭板及2塊連接板焊接成鋼支座。（如圖8所示）

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4.7 支架拆除

支架拆除程序遵守由上而下，先搭后拆。一般拆除順序：安全網(wǎng)及纜風→欄桿→作業(yè)平臺→剪刀撐→橫向水平桿→縱向水平桿→立桿→挑梁平臺→支架材料吊至橋下→清理梁面。拆下的桿件由上向下傳遞或用繩吊放，嚴禁住下投扔。拆除的構配件分類堆放，以便于運輸、維護和保管。

5 幾處特殊關鍵技術方案和技術創(chuàng)新點

本橋施工中存在拱腳預埋段無法支撐固定、梁體提供的拱肋拼裝平臺寬度不夠、拱肋支架搭設材料無法直接上橋等問題，鋼管拱肋的測量精調(diào)、線型控制措施。

5.1 拱座預埋段施工

拱座預埋段位于0#塊上，進而在一定程度上確保拱座預埋精度，對于0#塊混凝土，我們分兩次進行澆筑。第一次澆筑至梁體頂面以下1.5m位置，并埋放拱腳預埋段定位支架的固定預埋件，在固定預埋件上安裝拱肋定位支架，解決了0#塊無法支撐固定的問題。0#塊第一次混凝土澆筑后精確放樣拱腳預埋段定位支架位置，在拱腳上、下弦管下管口位置分別安放支架A、支架B，在距拱腳上口56cm處安放支架C，通過與預埋拱肋支架定位鋼板進行焊接固定。支架主要由I20工字鋼、[10槽鋼和鋼板組成，見圖9。

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采用全站儀測量上、下弦管位置及高程，調(diào)整拱肋至設計位置，使各項偏差滿足允許誤差要求。調(diào)整完成后，將支架滑移裝置、拱腳與定位支架焊接固定，澆筑拱座混凝土。

5.2 鋼挑梁平臺搭設

通常情況下，將拱肋外邊緣與梁體翼緣板邊緣之間的距離控制在10cm，將拱肋拼裝支架直接搭設在梁面上，對于梁體來說，如果無法提供相應的拱肋拼裝平臺，在這種情況下，需要采取相應的措施，對拱肋支架搭設平臺進行加寬處理。

對于鋼挑梁，通常情況下選用I20工字鋼通過懸挑的方式進行搭設，挑梁的長度、外挑長度、梁面上固定長度分別為4.5m、1.6m、2.9m。對于支架加密區(qū)來說，順橋向搭設間距控制在0.6m，對于非加密區(qū)，順橋向搭設間距控制在1.2m。用φ20門型鋼筋將鋼挑梁伸入梁面一端，進而在一定程度上，通過焊接的方式，與梁體防撞墻預埋鋼筋進行相應的固定，進而為鋼挑梁的穩(wěn)定性做好前提準備，在距離梁翼緣板邊緣1.07m挑梁頂面上設置一道縱向扁擔梁，沿主梁進行全橋貫通，將2根[20槽鋼通過背焊方式組成扁擔梁，每4m用豎向精軋螺紋鋼將挑梁與梁面壓緊密貼，經(jīng)檢算其穩(wěn)定性及剛度滿足要求。

安裝完鋼挑梁后，在其上縱向鋪設5排14×14方木，間距16cm，通過鐵絲將方木與挑梁進行固定，利用鈀釘將兩接頭方木釘緊，其上滿鋪竹膠板，在一定程度上防止支架及拱部施工時墜物危及行車安全，同時為橋面以外支架提供支撐平臺。

6 拱肋拼裝施工

6.1 拱肋加工、運輸、存放

鋼管拱拱肋節(jié)段在工廠制造，試拼合格并且對焊縫檢測合格后組織進場。鋼管拱節(jié)段的裝卸、運輸在涂膜干燥后進行，運輸過程中防止構件變形。節(jié)段運輸?shù)浆F(xiàn)場后根據(jù)拱肋安裝順序存放于橋下場地。

6.2 拱肋吊裝施工分析及確定方案

支架上安裝鋼管拱肋最大節(jié)段重量20.18t，起吊高度最大45m，吊車作業(yè)半徑最大18m，查吊車技術參數(shù)表，拱肋吊裝選用260t汽車吊，按對稱方式進行吊裝作業(yè)，工前高速公路半幅封閉。

6.2.1 吊裝順序

吊裝從下到上對稱進行，拱肋及橫撐安裝順序如下：BC節(jié)段→BC節(jié)段→ML→ML節(jié)段→LK節(jié)段→LK節(jié)段→8號K撐→CD節(jié)段→CD節(jié)段→1號K撐→DE節(jié)段→DE節(jié)段→2號K撐→KJ節(jié)段→KJ節(jié)段→7號K撐→JI節(jié)段→JI節(jié)段→6號K撐→EF節(jié)段→EF節(jié)段→3號K撐→FG節(jié)段→FG節(jié)段→4號K撐→IH節(jié)段→IH節(jié)段→5號K撐→GH節(jié)段→米字撐。

6.2.2 吊裝作業(yè)

通過捆綁法進行吊裝，在吊裝前，對吊點位置進行計算，并對吊點進行試吊和調(diào)整，選用雙股φ30mm及25t卡環(huán)鋼絲繩捆綁拱肋，260t汽車吊自行完成拱肋翻身、起吊作業(yè)，拱肋最低點脫離地面后，觀測拱肋角度，滿足設計要求后吊裝至拱肋支架上進行定位?？紤]安全和拱肋的穩(wěn)定性要求，拱肋吊裝前，在拱肋接頭處拉纜風繩，拱肋起吊成豎直狀后，利用纜風繩將拱肋拉穩(wěn)。

6.2.3 拱肋定位

通常情況下，在上節(jié)已定位拱肋下弦管的下端，對定位馬板進行焊接，在支架上方吊裝拱肋后，對于拱肋來說，其前端和后端分別落至鋼支座上和定位馬板上。

6.2.4 拱肋精調(diào)

每段鋼管拱肋布設3個觀測點，通常情況下，這三個觀測點分別位于上弦管上管口為1點，下弦管上管口為2點，下弦管下管口為3點。如圖11所示：

6.2.5 拱節(jié)焊接與拱肋合龍

當后一節(jié)段吊裝時，對前一節(jié)段的接口處進行永久性焊接。接頭施焊由拱腳向拱頂上、下游對稱進行。拱肋及腹板在接頭處采用對接焊縫，坡口型式為Y型，焊接工藝為CO2氣體保護焊。外套管與上、下弦管采用貼角焊，焊接工藝為手工電弧焊。

合攏節(jié)段在加工時，每端預留10cm富余量。在吊裝前一天，對兩端缺口標高、坐標、長度進行精確觀測，每隔2小時觀測一次，以把握不同溫度時缺口的變化情況，并連續(xù)觀測合龍段本身的長度變化情況。

根據(jù)觀測結果，確定合龍時間、溫度要求及合龍口的精確長度，對合龍節(jié)多余部分進行切除。在第二天相同環(huán)境條件下，進行合龍節(jié)段的安裝，安裝時測量氣溫在10℃～15℃之間。

6.2.6 撐桿安裝

K撐的橫、斜撐吊安裝隨主拱安裝對稱進行，安裝時兩側主拱段接口均已進行了永久焊接。

6.2.7 施工防護措施及實施情況

①支架臨邊防護：對挑梁頂面進行全封閉，于縱向方木上滿鋪竹膠板并設擋腳板以防墜物；于最外側支架張掛雙層密目鐵絲網(wǎng)。

②拱肋焊接防護：主拱焊接時，焊渣易從安全防護網(wǎng)中穿過，掉落至橋下。高空焊接時為了消除風對焊接質(zhì)量的影響及保溫，我們對焊接部位采用彩鋼板進行圍護。焊接拱肋時，在焊接平臺頂面鋪設一層防火布防止焊渣引燃方木。

③道路保暢：吊裝時公路半幅封閉，路政單位協(xié)助實施。

7 結語

本例連續(xù)梁—拱結構已于2012年9月順利施工完成，過程中安全、質(zhì)量受控，各項檢測合格，本橋鋼管拱內(nèi)混凝土壓注、吊桿安裝及張拉等施工及相關后期檢測本文未及。希望所述鋼管拱安裝能為同結構施工提供經(jīng)驗和技術借鑒。

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