王引富

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司 上海 200070)

1 引言

大跨度連續(xù)梁拱近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用，是我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)、材料裝備和施工技術(shù)進(jìn)步的體現(xiàn)，同時(shí)滿足了人們對(duì)交通出行安全舒適性的現(xiàn)實(shí)需求。作為跨越鐵路、公路、水路和峽谷等特定條件的一種新型橋跨結(jié)構(gòu)，不僅使得連續(xù)梁的跨度得到了提升，而且有效解決了連續(xù)梁中跨下?lián)系膯?wèn)題。由于連續(xù)梁拱同時(shí)滿足了大跨度和高平順的要求，因此在高速鐵路橋梁建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

連續(xù)梁拱通常采用先梁后拱法施工，分為連續(xù)梁施工和拱肋吊桿施工。連續(xù)梁施工要預(yù)處理梁拱結(jié)構(gòu)的接口，拱部施工要做好拱梁的銜接工作。相關(guān)施工技術(shù)基本適用于連續(xù)剛構(gòu)拱和系桿拱結(jié)構(gòu)。

連續(xù)梁拱拱肋結(jié)構(gòu)常采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼箱或鋼桁架結(jié)構(gòu)等形式，以第一種應(yīng)用最為廣泛。施工方案依據(jù)跨越結(jié)構(gòu)條件、水文地質(zhì)情況、環(huán)境保護(hù)要求綜合比選確定，通常有搭設(shè)矮支架和墩頂塔架轉(zhuǎn)體裝置臥拼豎轉(zhuǎn)法[1]、搭設(shè)矮支架和主跨內(nèi)提升架提升就位法[2-5]、搭設(shè)高支架大型起重設(shè)備原位拼裝法[6-10]及異位拼裝縱移就位法[11-12]等。

2 工程概況

新建鄭州至萬(wàn)州鐵路河南段控制性工程趙河鎮(zhèn)跨南水北調(diào)干渠(74+160+74)m連續(xù)梁拱橋，設(shè)計(jì)里程為 DK244+226.9～DK244+537.16，于429#～432#墩跨越南水北調(diào)干渠。

連續(xù)梁采用單箱雙室變高度直腹板箱型截面，跨中及邊支點(diǎn)處梁高4.0 m，中支點(diǎn)處梁高8.5 m，梁高按圓曲線變化；箱梁頂寬14.2 m，中支點(diǎn)附近局部頂寬16.3 m；除0#梁段、邊跨直線段在支架上施工外，均采用掛籃懸臂澆筑。梁拱結(jié)合部0#梁段上相應(yīng)位置設(shè)置的拱腳、連續(xù)梁對(duì)應(yīng)吊桿位置的吊點(diǎn)橫梁，均與連續(xù)梁一體設(shè)計(jì)同步施工，確保連續(xù)梁和鋼管混凝土拱肋及吊桿的精準(zhǔn)對(duì)接。

拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨度L＝160.0 m，設(shè)計(jì)矢高f＝32.0 m，拱軸線采用二次拋物線設(shè)計(jì)。拱肋截面為等高啞鈴形，截面高度3.0 m，拱肋弦管直徑φ1.0 m，由δ＝16 mm厚的鋼板卷制而成，弦管之間用δ＝16 mm厚鋼綴板連接，拱肋弦管及綴板內(nèi)填充微膨脹混凝土；兩榀拱肋間橫向中心距11.8 m，設(shè)9道由4根φ450×12 mm主鋼管和32根φ250×10 mm連接鋼管組成空間桁架橫撐。順橋向按間距9 m設(shè)15組雙吊桿，吊桿采用PES(FD)7-61型低應(yīng)力防腐拉索，fpk＝1 670 MPa，Ep＝2.0 ×105MPa；吊桿上端穿過(guò)拱肋錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點(diǎn)橫梁下緣固定底座。采用GTQZ系列球形支座，各支點(diǎn)沿橫向設(shè)3個(gè)支座，邊支點(diǎn)支座豎向承載力7 000 kN、中支點(diǎn)支座70 000 kN。

3 拱肋施工方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選及頂拉就位施工工藝流程

3.1 施工方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

本工程具有工期要求緊、施工難度高、成本管理嚴(yán)的特點(diǎn)，同時(shí)由于跨越南水北調(diào)干渠特殊的地理環(huán)境和水源保護(hù)的要求，需要對(duì)拱肋施工方案進(jìn)行綜合比選，已確定最優(yōu)的可實(shí)施性施工方案。

(1)臥拼豎轉(zhuǎn)方案(設(shè)計(jì)圖紙方案)

該方案采用先梁后拱法，是原設(shè)計(jì)推薦的施工方案。施工工藝:連續(xù)梁施工完成，在橋面搭設(shè)拼拱矮支架和豎轉(zhuǎn)提升系統(tǒng)(索塔及提升設(shè)備)。先進(jìn)行左右兩個(gè)半拱的拼裝(75 t吊車在梁面上吊裝)；其次進(jìn)行兩個(gè)半拱豎向轉(zhuǎn)體至設(shè)計(jì)位置后，再利用梁面上吊車吊裝合龍段、焊接拱肋成形；最后進(jìn)行拱肋混凝土灌注及安裝吊桿并張拉。

方案優(yōu)缺點(diǎn):一是連續(xù)梁施工完成后，安裝矮支架、拼裝拱肋、轉(zhuǎn)體合龍等工序，施工周期長(zhǎng)；二是豎向轉(zhuǎn)體需要在0#塊上設(shè)置索塔，索塔高達(dá)48 m，搭設(shè)難度大、高空吊裝作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大；三是該方案利用物資及設(shè)備較多，造價(jià)較高；四是在拱肋跨度大、支架過(guò)高時(shí)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

(2)高支架拼裝方案

該方案同樣采用先梁后拱法。施工工藝:連續(xù)梁施工完成，在橋面采用鋼管(格構(gòu)柱)及型鋼(鋼桁架)在成橋的梁面上搭設(shè)臨時(shí)支架。先用兩臺(tái)75 t汽車吊將鋼管拱拱肋分左右兩個(gè)半拱逐段吊裝到支架上進(jìn)行焊接拼裝；其次吊裝合龍段、焊接拱肋成形；最后進(jìn)行拱肋混凝土灌注及安裝吊桿并張拉。鋼管拱拱肋等鋼結(jié)構(gòu)及配件由汽車吊吊放至連續(xù)梁橋面，設(shè)置一臺(tái)運(yùn)輸臺(tái)車，負(fù)責(zé)鋼管拱各節(jié)段的運(yùn)輸。

方案優(yōu)缺點(diǎn):一是由于支架搭設(shè)及拱肋節(jié)段吊裝位于南水北調(diào)干渠上空，作業(yè)環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較大；二是拱部吊裝的臨時(shí)支架需要一次性搭設(shè)到位，跨中合龍段處支架距離梁面高達(dá)32 m，高空吊裝作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大；三是采用的物資及設(shè)備較少，造價(jià)較低，但支架及拱肋安裝的施工周期較長(zhǎng)；四是在跨度較小時(shí)，施工簡(jiǎn)便，質(zhì)量易于控制。

(3)異位拼裝頂拉就位方案

該方案采用異橋位拼裝鋼管拱，然后利用梁面設(shè)置的軌道，在拱肋前進(jìn)方向前端設(shè)置千斤頂拉動(dòng)鋼管拱整體縱移就位(見(jiàn)圖1)。

根據(jù)橋位現(xiàn)場(chǎng)情況，鋼管拱分節(jié)段進(jìn)場(chǎng)到位后，在433#～438#墩簡(jiǎn)支梁范圍內(nèi)(74 m+160 m+74 m連續(xù)梁大里程側(cè))，設(shè)置鋼管拱安裝支架，采用兩臺(tái)130 t輪胎式吊車在地面上吊裝，在支架上安裝拱肋；鋼管拱拼裝焊接完成后，采用鋼絞線將拱腳預(yù)緊，拆除支架安裝縱移設(shè)備，使鋼管到達(dá)設(shè)計(jì)位置；最后澆筑拱腳，等強(qiáng)后進(jìn)行拱肋混凝土灌注、安裝并張拉吊桿。

方案優(yōu)缺點(diǎn):一是連續(xù)梁懸臂澆筑和簡(jiǎn)支梁側(cè)拱部拼裝同時(shí)施工，有效縮短工期；二是拱肋拼裝支架需從地面搭起，支架高空搭設(shè)及拱肋吊裝作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大；三是拱肋高空吊裝和移動(dòng)作業(yè)，需要大型吊裝設(shè)備和配套移動(dòng)設(shè)備，施工費(fèi)用大；四是對(duì)跨越的南水北調(diào)干渠影響最小，環(huán)境保護(hù)效應(yīng)顯著。

圖1 拱肋異位拼裝頂拉就位前照片

綜合比較三種施工方案，由于當(dāng)時(shí)考慮的最突出的問(wèn)題是施工工期和南水北調(diào)干渠的環(huán)保問(wèn)題，最終選定方案三即異位拼裝頂拉就位方案作為實(shí)施性施工方案。

3.2 頂拉就位施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 頂拉就位施工工藝流程

4 頂拉就位施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 連續(xù)梁拱腳設(shè)計(jì)及施工配合

由于異位拼裝頂拉就位施工的特殊性，必須對(duì)拱腳進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工配合才能使拱肋順利就位。在連續(xù)梁拱腳預(yù)埋段施工前，需要確定拼裝鋼管拱的方位、鋼管拱拱腳滑移裝置的設(shè)計(jì)、鋼管拱預(yù)留連接段的尺寸等。

(1)兩個(gè)拱腳預(yù)埋段和頂拉工藝對(duì)接方式要會(huì)商確定，采用針對(duì)性的設(shè)計(jì)方式和配合方案，確保拱肋順利就位和精確對(duì)接。

(2)設(shè)計(jì)配合及根據(jù)施工工藝的要求，對(duì)拱腳鋼管預(yù)埋段、結(jié)構(gòu)配筋及連接、混凝土澆筑分層等，通過(guò)計(jì)算分析給出合理的設(shè)計(jì)方案。

(3)本工程430#墩(頂拉遠(yuǎn)端)，維持原設(shè)計(jì)；431#墩(頂拉近端)，在拱肋頂推之前，按變更設(shè)計(jì)澆筑部分拱腳混凝土(見(jiàn)圖3)?；炷磷罡咛?13 cm，預(yù)埋拱腳露出混凝土面40 cm，在拱肋頂推到位后，焊接嵌補(bǔ)段拱肋，然后二次澆筑拱腳混凝土。混凝土澆筑完畢，等強(qiáng)度滿足要求后，張拉拱座部分的豎向精軋螺紋鋼。拱腳一二次澆筑分界線處，存在切斷鋼筋和精軋螺紋鋼的問(wèn)題，接茬鋼筋的預(yù)留長(zhǎng)度按規(guī)范施工，精軋螺紋鋼切斷后用連接器連接。

圖3 拱腳配合頂拉工藝設(shè)計(jì)(單位：cm)

4.2 異位拼裝支架安裝和拱肋吊裝設(shè)計(jì)

鋼管拱肋拼裝支架利用引橋433#～438#墩間5孔簡(jiǎn)支梁范圍場(chǎng)地搭設(shè)。采用4組共8根φ1 000×10 mm的鋼管樁作為支架，鋼管柱采用C30混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，預(yù)埋鋼板連接；鋼管樁之間采用縱橫向桁架式聯(lián)接系連接，以增強(qiáng)支架的整體穩(wěn)定性；由于支架從地面起到拱頂高達(dá)40 m，支架搭設(shè)采用處于簡(jiǎn)支梁梁面上的100 t汽車吊吊裝(見(jiàn)圖4)。

圖4 拱肋異位拼裝支架及吊裝現(xiàn)場(chǎng)

全橋鋼管拱結(jié)構(gòu)重480 t，設(shè)計(jì)分為32節(jié)拱肋、11節(jié)橫撐及其它配件。拱肋加工組拼為5段吊裝，長(zhǎng)度分別為兩邊跨41.589 m、兩次邊跨35.852 m、中跨21.958 m。選定2臺(tái)QY130T汽車吊提升拱肋就位。

4.3 拱肋頂拉滑移系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要驗(yàn)算科目

鋼管拱頂拉滑移系統(tǒng)包括拱座、貝雷梁橫梁、底部支撐結(jié)構(gòu)、走行輪箱、液壓行走系統(tǒng)及軌道部分(見(jiàn)圖5)。

圖5 拱肋頂拉滑移系統(tǒng)

(1)走行軌道設(shè)計(jì):兩組軌道每組2根P43鋼軌，間距50 cm，組中心距7.9 m。軌下為1.0 m寬、15 cm厚C30混凝土基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)表面預(yù)埋5 mm厚薄鋼板便于固定鋼軌。

(2)液壓行走系統(tǒng):采用移動(dòng)前端兩拱腳同步頂拉方案，千斤頂設(shè)置在夾軌器和輪箱之間，利用千斤頂頂推拉動(dòng)拱肋向前移動(dòng)。

每臺(tái)千斤頂配置雙油路ZLDB自動(dòng)頂推油泵一臺(tái)，由一個(gè)總控臺(tái)控制兩個(gè)工作千斤頂動(dòng)作。

(3)走行輪箱及走行輪:按設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，每輪箱和軌道間設(shè)置4對(duì)共16對(duì)32個(gè)直徑為60 cm的行走輪。

(4)主要檢算科目:鋼管拱安裝橫向抗傾覆驗(yàn)算、安裝施工過(guò)程支架計(jì)算、鋼管拱縱移過(guò)程貝雷梁結(jié)構(gòu)計(jì)算、貝雷梁下底部支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算、拱座結(jié)構(gòu)受力計(jì)算、走行輪輪壓計(jì)算等。

4.4 拱肋縱移就位過(guò)程梁及支座部位檢算及風(fēng)險(xiǎn)防控措施

該部分內(nèi)容由于容易被忽視且特別重要，應(yīng)引起特別關(guān)注。

(1)拱肋縱移過(guò)程簡(jiǎn)支梁翼緣板和連續(xù)梁頂板力學(xué)計(jì)算，技術(shù)參數(shù)包含走行輪數(shù)量、輪壓及布置，簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的設(shè)計(jì)及軌道基礎(chǔ)等。本項(xiàng)目首先按原有的每輪箱兩對(duì)行走輪進(jìn)行檢算，發(fā)現(xiàn)梁結(jié)構(gòu)承載力不足，經(jīng)修正按每輪箱設(shè)置4對(duì)行走輪，才能滿足簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的承載力要求。

(2)根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，大跨鋼管拱縱移就位過(guò)程中，可能引起經(jīng)過(guò)的交接墩支座脫空，造成縱移過(guò)程重大安全隱患。因此，必須對(duì)此工況進(jìn)行計(jì)算，確定縱移過(guò)程交接墩支座處的受力狀況。根據(jù)受力計(jì)算結(jié)果，采用反拉或壓重的防范措施，使縱移過(guò)程支座不脫空，移動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)可控。

5 結(jié)論及建議

2018年7月3日，經(jīng)廣大管理和技術(shù)人員的共同努力，160 m跨度鋼管拱肋按照計(jì)劃工期成功實(shí)現(xiàn)了異位拼裝頂拉就位(見(jiàn)圖6)。

圖6 拱肋異位拼裝頂拉就位后照片

作者通過(guò)多座大跨連續(xù)梁拱施工實(shí)踐，對(duì)連續(xù)梁拱施工方案的選擇和拱肋縱移施工技術(shù)提出幾點(diǎn)建議，供類似工程參考。

(1)連續(xù)梁拱拱肋施工方案多種多樣，所謂優(yōu)缺點(diǎn)都是相對(duì)的。只有結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全、環(huán)保等綜合比選后，確定的方案才是最合理的。

(2)牽引動(dòng)力系統(tǒng)的選擇非常重要。由于常規(guī)的縱移方案均為長(zhǎng)距離行走，采用本工程步履式頂拉方式雖然平穩(wěn)可控但時(shí)間較長(zhǎng)。施工實(shí)踐中，可以嘗試在縱移線路前方提供反力架、穿心式連續(xù)作業(yè)千斤頂一次牽引到位工藝，以提高工效。

(3)為配合支架拆除和拱肋縱移，對(duì)拱腳進(jìn)行鎖定的貝雷縱梁及鋼絞線組合結(jié)構(gòu)安裝和拆除工作較為繁雜，可研究采用安拆相對(duì)簡(jiǎn)單的其它單一結(jié)構(gòu)形式，如鋼絞線束或高強(qiáng)鋼絲束從而取消貝雷縱梁。