鋼管混凝土拱安裝

1、大跨徑鋼管拱橋懸臂拼裝與線形控制張 鴻 方 華 (江西交通工程咨詢監(jiān)理中心 南昌 330008)摘 要：文中介紹了高安筠州大橋主橋拱肋采用纜索吊裝、千斤頂斜拉扣索懸臂架設(shè)的施工技術(shù)。拱肋線形控制是工程技術(shù)人員十分關(guān)心的問(wèn)題，文中對(duì)此進(jìn)行了闡述，可為類似橋梁施工提供借鑒。關(guān)鍵詞：橋梁工程；鋼管拱橋；纜索吊裝；斜拉扣索；架設(shè)工藝；線形控制 0 前言高安筠州大橋是320國(guó)道與贛粵高速公路連接線上的一座鋼管混凝土拱橋，位于高安市外環(huán)。大橋主橋?yàn)橹谐惺戒摴茼畔禇U拱，左右兩邊孔為變截面鋼筋砼半拱。橋跨布置為42m（邊孔）+156m（主孔）+42m（邊孔），全長(zhǎng)240米（如圖1所示）。主孔的推力依靠高強(qiáng)鋼絲

2、組成的系桿施加給邊孔拱肋的水平力來(lái)平衡。主孔兩條拱肋采用鋼管砼拱空間桁架結(jié)構(gòu)，兩條拱肋間中心距17.2m。主孔計(jì)算跨徑156m，計(jì)算矢高34.667m，計(jì)算矢跨比1/4.5，拱肋軸線采用懸鏈線，其拱軸系數(shù)m=1.3。拱肋為等截面，高3.0m，寬1.8m，上下弦桿各為兩根750×12mm16Mn鋼管，上、下弦兩根并列鋼管間橫向用12mm寬16Mn綴板連接，腹桿為299×10mm16Mn空鋼管。上、下弦桿鋼管內(nèi)和鋼管綴板間泵送灌注50砼。兩條拱肋間在拱頂處設(shè)一道米字撐，左右L/4處各設(shè)一道K字撐，橋面以下各設(shè)砼“米”字撐，以保證主拱肋的橫向穩(wěn)定。全橋鋼管均為焊接直縫管。1 鋼管

3、拱肋安裝方案主橋鋼管拱肋采用纜索吊裝千斤頂斜拉扣索懸臂拼裝的施工方案。全橋共分6節(jié)段鋼管拱肋，在工廠按照設(shè)計(jì)分段加工，并按1：1大樣進(jìn)行預(yù)拼，合格后運(yùn)往工地。在兩岸副孔40m箱梁上組拼焊接好后，利用纜索塔吊分段進(jìn)行吊裝。在拱座處設(shè)置斜拉扣索塔架,利用懸臂施工原理，依托塔架，斜拉扣索及后錨索形成自平衡體系，逐節(jié)段拼裝鋼管拱，每接長(zhǎng)一節(jié)鋼管拱便扣掛一組對(duì)應(yīng)扣錨索，其后利用扣索塔架上的千斤頂對(duì)稱張拉相關(guān)扣、錨索，使安裝鋼管拱的線形符合設(shè)計(jì)要求，如此循環(huán)至合攏。1.1總體布置根據(jù)大橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)并結(jié)合預(yù)制梁場(chǎng)及鋼管拱肋預(yù)拼場(chǎng)布置，纜索吊機(jī)跨徑為155m+400m+155m。A 塔位于北岸40m箱梁后10m

4、處，B塔位于南岸引橋13#墩14#墩之間，鋼管拱肋預(yù)拼場(chǎng)地設(shè)在40m箱梁上，吊桿橫梁預(yù)制臺(tái)座設(shè)在南岸40m箱梁后10#墩11#墩之間，預(yù)制好后起吊下河存放于主孔正下方河灘上，因此整個(gè)纜索吊機(jī)的作業(yè)范圍覆蓋整個(gè)主橋和鋼管拱肋預(yù)拼場(chǎng)地。纜索吊機(jī)總體布置如圖2所示。圖2 纜索吊機(jī)總體布置示意1.2纜索吊機(jī)系統(tǒng)該纜索吊機(jī)主要由工作索系統(tǒng)、塔架及索鞍、后錨碇系統(tǒng)、起吊小車、機(jī)電等部分組成。主要技術(shù)參數(shù)為：工作跨徑400m，額定起重量2×40噸，工作狀態(tài)最大矢跨比1/16。工作索系統(tǒng)纜索吊機(jī)主索由2×452mm鋼芯鋼絲繩組成，單根主索長(zhǎng)780m，8根主索分成兩組，每4根一組，兩組主索中

5、心距為17.2m。牽引索采用26mm鋼絲繩（走2）；起重索采用20mm鋼絲繩（走8）。每組主索均設(shè)2臺(tái)起吊小車，2臺(tái)起重小車均設(shè)有獨(dú)立的起吊系統(tǒng)。2臺(tái)起重小車間設(shè)有聯(lián)系千斤，采用對(duì)拉方式牽引。纜索塔架塔架采用拼裝式萬(wàn)能桿件門式結(jié)構(gòu)，A、B塔架橫橋向?qū)挾染鶠?3m，每個(gè)塔架兩個(gè)立柱斷面均為2m×2m，為使塔架軸心受壓受力明確，A、B塔架于基礎(chǔ)之間設(shè)為鉸接。塔架基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，塔高84.5m,中間設(shè)兩道橫撐。后錨碇系統(tǒng)后錨碇系統(tǒng)由重力式鋼筋混凝土錨碇、索的錨固及調(diào)節(jié)裝置兩部分組成。為避免纜索吊機(jī)作業(yè)干擾橋臺(tái)路基施工，同時(shí)減少對(duì)引橋施工的影響，后錨碇避開(kāi)路基全寬采用八字型布置。

6、起重索、牽引索通過(guò)預(yù)埋拉板及滑輪直接錨固或轉(zhuǎn)向，錨索、纜風(fēng)鋼絲繩、主索均設(shè)錨固和調(diào)節(jié)裝置。錨固及調(diào)節(jié)裝置包括鋼拉板、錨固限位座、起頂分配梁三部分。鋼拉板一端與索連接，另一端通過(guò)重力式后錨碇牛腿上預(yù)留孔后與錨固限位座連接，調(diào)索時(shí)在限位座正方安裝起頂分配梁，利用兩臺(tái)30t液壓千斤頂起頂，通過(guò)與千斤頂連接的油泵讀數(shù)測(cè)出索力大小。1.3斜拉扣索系統(tǒng)扣索塔架與纜索吊機(jī)塔架分開(kāi)布置，兩扣索塔架均支承于拱座頂，采用鉸支結(jié)構(gòu)?？鬯飨到y(tǒng)主要由扣索塔架、扣索、錨索、扣點(diǎn)、錨碇、扣錨索調(diào)節(jié)裝置等組成。如圖4所示?？鬯魉芸鬯魉懿捎闷囱b式萬(wàn)能桿件門式結(jié)構(gòu)，塔架寬度為19m，塔高45.5m?？v橋向4m桁寬，塔架每個(gè)立

7、柱斷面為2m×4m.由于拱座封鉸混凝土須鋼管拱合攏后澆注，因此在拱座頂設(shè)I56分配梁，塔架荷載通過(guò)分配梁傳至拱座，為使塔架受力明確，塔架與分配梁之間鉸接?？?、錨索鋼管拱肋段數(shù)多、質(zhì)量大，傳統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩斜拉扣掛懸臂系統(tǒng)設(shè)備較多、拉力大，調(diào)整困難，施工難度大。本橋采用千斤頂斜拉扣掛懸拼架設(shè)法?？?、錨索采用7j5mm鋼絞線，以千斤頂張拉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鋼管拱肋標(biāo)高調(diào)整時(shí)的扣、錨索張拉和抬放。共設(shè)3組扣、錨索，每組扣、錨索均采用2×315.24mm鋼絞線?？鬯饔诳埸c(diǎn)反力梁及塔頂轉(zhuǎn)換梁上通過(guò)P型擠壓錨頭錨固，錨索一端錨固與塔頂轉(zhuǎn)換梁，采用P型擠壓錨頭，另一端直接錨固于邊拱曲梁梁端，采用固

8、定錨具，錨索避開(kāi)系桿布置。扣、錨索鋼絞線預(yù)先下料，并在簡(jiǎn)易臺(tái)座上預(yù)張拉每根鋼絞線，以確保各根鋼絞線均勻受力。編束預(yù)張拉后應(yīng)采取防護(hù)措施即在鋼絞線上纏繞紗布及防水膠布，以防扣、錨索使用過(guò)程中受到損傷，同時(shí)利于使用后用于后繼工程。錨碇錨碇一般做成混凝土結(jié)構(gòu)，利用本身自重及前方土抗力確保錨碇抗拔、抗傾覆及抗滑滿足規(guī)范要求，此法投入較大。結(jié)合本橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，直接利用邊拱曲梁作為錨索錨碇，將錨索錨固于邊拱曲梁梁端，通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算邊拱曲梁梁端未出現(xiàn)拉力，仍有300t壓力，同時(shí)邊拱拱肋截面應(yīng)力亦滿足規(guī)范要求?？邸㈠^索調(diào)整裝置扣、錨索調(diào)整裝置包括轉(zhuǎn)換梁、32精扎螺紋鋼、錨梁及YC60千斤頂組成?？邸㈠^索在塔頂

9、處張拉端均轉(zhuǎn)換了張拉方式，兩根扣索鋼絞線轉(zhuǎn)換成了兩根32精扎螺紋鋼，利用YC60千斤頂張拉調(diào)整。采用千斤頂及32精扎螺紋鋼張拉斜拉扣、錨索，具有張拉能力大、行程控制精度高，索力調(diào)整控制靈活和錨固可靠的特點(diǎn)。進(jìn)行扣、錨索張拉時(shí)上下游扣、錨索應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，分級(jí)張拉，以控制塔架頂端位移為主，索力校核為輔的安裝方式，保證結(jié)構(gòu)安全和鋼管拱線形。2 拱肋架設(shè)施工工藝主橋鋼管拱共分6節(jié)段進(jìn)行吊裝，中間1m合攏段，吊裝時(shí)采用雙肋同時(shí)架設(shè)，同時(shí)合攏?，F(xiàn)以第1節(jié)段鋼管拱吊裝為例簡(jiǎn)要介紹拱肋現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工藝。2.1拱段預(yù)拼鋼管拱在工廠加工好后，采用陸地運(yùn)輸至工地，將第1節(jié)鋼管拱的兩分段在副孔40M箱梁上預(yù)拼，按照設(shè)計(jì)

10、要求調(diào)好線形，焊好外包板。2.2拱段對(duì)位栓好纜風(fēng)繩，將第1節(jié)段鋼管拱的扣索提前安裝在鋼管拱肋上，利用纜索吊機(jī)上、下游起重小車對(duì)稱同時(shí)起吊，行走到設(shè)計(jì)位置，四鉤同時(shí)松鉤到一定高度，前吊點(diǎn)不動(dòng)，后吊點(diǎn)松鉤，使上下游鉸軸與鉸槽靠近，用倒鏈調(diào)整位置，使鉸軸落入鉸槽內(nèi)。對(duì)于第2、3節(jié)段先初調(diào)線形用內(nèi)法蘭盤將相鄰拱段臨時(shí)連接，測(cè)試索力和標(biāo)高，符合理論值后將法蘭用高強(qiáng)螺栓固定.2.3扣索安裝用纜索吊機(jī)調(diào)整前吊點(diǎn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，利用安裝在扣索塔架底的2臺(tái)3T卷?yè)P(yáng)機(jī)提升扣索到塔架相應(yīng)位置的錨梁上。 2.4線形調(diào)整分級(jí)張拉扣索、錨索，調(diào)整拱肋前段標(biāo)高至監(jiān)控理論值，同時(shí)纜索吊機(jī)上下游吊點(diǎn)分級(jí)同步卸載；利用兩側(cè)纜風(fēng)繩調(diào)整

11、拱段中心線到設(shè)計(jì)橋軸線。為保證纜索吊機(jī)上下游主索受力相同，操作時(shí)須保證任何時(shí)候上下游扣索張拉力相等，同時(shí)扣索塔架偏位控制在5mm內(nèi)。2.5合攏段施工及體系轉(zhuǎn)換合攏段施工是在各節(jié)拱肋標(biāo)高微調(diào)至理論值時(shí)，采用雙肋同時(shí)頂緊（拱頂設(shè)有頂緊裝置），同時(shí)施焊。合攏時(shí)間選在凌晨進(jìn)行。合攏段施焊完后，立即將拱腳處鉸接焊接成固接,完成體系轉(zhuǎn)換。由于扣索塔架設(shè)置在拱座頂部有礙下道工序施工，所以在鋼管拱合攏后須立即拆除?？鬯鞑鸪^(guò)程實(shí)際上也是一次體系轉(zhuǎn)換，逐步松扣索的過(guò)程是索力向鋼管骨架的逐步轉(zhuǎn)移的過(guò)程，這一過(guò)程的最終，即全部松扣就相當(dāng)于在扣點(diǎn)作用一個(gè)與索力相反、大小相等的外力。因此要引起高度重視，在松扣時(shí)按照對(duì)稱

12、分級(jí)相隔進(jìn)行的原則。即各扣點(diǎn)每次按1/4的扣索索力松索，松扣索的順序是先3#扣索，然后1#扣索，再2#扣索，依次類推。施工工藝流程如下圖所示：拱段現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼第一節(jié)段拱肋架設(shè)對(duì)稱架設(shè)第二節(jié)段拱肋臨時(shí)焊接K撐對(duì)稱架設(shè)第三節(jié)段拱肋臨時(shí)焊接“米”撐調(diào)整主拱標(biāo)高、線形安裝合攏段拱腳固結(jié)、澆封鉸混凝土松扣索、拆除塔架3 拱肋線形施工監(jiān)控簽于本施工方法的特點(diǎn)，成拱后的拱軸狀態(tài)（包括軸線長(zhǎng)度、標(biāo)高等）不僅取決于構(gòu)件在工廠下料加工的狀況，而且也受現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)工藝及監(jiān)控措施的影響。在拱肋形成前，結(jié)構(gòu)呈多“鉸”狀態(tài)，其縱、橫向穩(wěn)定性很差，因此，鋼管拱架設(shè)過(guò)程中必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行施工控制，保證拱肋的穩(wěn)定性以及各節(jié)段接頭

13、標(biāo)高和線形符合設(shè)計(jì)要求。3.1鋼管拱加工為了保證加工質(zhì)量，該橋的鋼管選擇在工廠加工。加工時(shí)先按照1：1拱軸線放大樣，由于鋼材的熱膨脹系數(shù)較大，該橋又是在冬季低溫季節(jié)加工，考慮了溫度修正。全橋拱肋加工完成后，在廠內(nèi)進(jìn)行了預(yù)拼，合格后才運(yùn)往工地。首先保證了加工精度。根據(jù)施工安裝順序，統(tǒng)一對(duì)全橋鋼管拱各半成品構(gòu)件進(jìn)行順序編號(hào)、標(biāo)記和存放。在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，嚴(yán)防構(gòu)件被碰撞、擠壓而變形或損傷。3.2線形控制措施 在架設(shè)過(guò)程中，為確保主鋼管拱線形符合理論期望值，我們主要采取了以下措施：（1）建立測(cè)量控制網(wǎng)，在每節(jié)拱肋端頭設(shè)置固定的測(cè)量控制點(diǎn)，控制點(diǎn)設(shè)在拱肋中線位置。施工放樣及檢查都采用全站儀進(jìn)行，每架設(shè)一節(jié)段

14、拱肋對(duì)全部控制點(diǎn)都要進(jìn)行觀測(cè)。此外，對(duì)拱座的偏位進(jìn)行了觀測(cè)，后觀測(cè)結(jié)果表明拱座的位移對(duì)拱肋的標(biāo)高有影響。拱肋軸線和標(biāo)高誤差都按1cm進(jìn)行控制。（2）在扣索塔架頂部設(shè)有扣、錨索調(diào)整裝置千斤頂，通過(guò)改變扣索的張力，并采用在拱段之間的內(nèi)法蘭盤接頭處抄墊鋼板的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)拱段接頭標(biāo)高的調(diào)整。（3）設(shè)置臨時(shí)橫撐固定拱肋。每架設(shè)一節(jié)拱肋，就利用鋼管拱的橫聯(lián)鋼管臨時(shí)焊接固定上下游拱肋，特別是在合攏段基肋端一定要設(shè)置臨時(shí)橫撐。（4）選擇合理焊接次序。在焊接拱肋接頭外包板時(shí)，對(duì)稱布置的焊縫，采用成雙的焊工對(duì)稱進(jìn)行焊接，這樣可使各焊縫所引起的變形相抵消；非對(duì)稱焊縫可先焊焊縫少的一側(cè)，后焊焊縫多的一側(cè)，這樣可使先焊

15、的焊縫變形部分抵消。（5）鋼管拱對(duì)溫度，特別是日照影響非常敏感。為了減少溫度和日照對(duì)線形控制的影響，標(biāo)高的測(cè)量包括合攏時(shí)間都安排在凌晨進(jìn)行。3.3穩(wěn)定控制措施為保證鋼管拱在吊裝過(guò)程中的橫向穩(wěn)定性，在每吊裝一節(jié)段拱肋時(shí)，采用通過(guò)對(duì)稱設(shè)置兩道浪風(fēng)繩來(lái)調(diào)整和控制拱段就位中線位置，減少拱肋自由長(zhǎng)度，增大橫向穩(wěn)定。浪風(fēng)繩采用對(duì)稱布置，長(zhǎng)度基本相同。3.4拱肋安裝結(jié)果拱肋合攏后安裝結(jié)果鋼管拱肋合攏松扣索前實(shí)測(cè)標(biāo)高、索力結(jié)果如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)測(cè)標(biāo)高值與理論值吻合較好，基本在誤差范圍內(nèi)。實(shí)際每階段所有扣索索力的水平力總和與設(shè)計(jì)值的水平分力總和相比偏高。分析原因主要有兩點(diǎn)：a.在扣索索力設(shè)計(jì)時(shí)，

16、假定拱腳與拱槽是理想狀態(tài)下的鉸接，未考慮摩阻力，實(shí)際施工中雖然涂了潤(rùn)滑劑，但發(fā)現(xiàn)阻力很大，另外，鋼管拱肋的剛度比理想的要大。因此，在標(biāo)高往上調(diào)整時(shí)，實(shí)際索力比設(shè)計(jì)偏大。b.在計(jì)算鋼管骨架自重時(shí)，計(jì)入的施工臨時(shí)荷載比實(shí)際偏小. 鋼管拱肋合攏松扣索前的高程比較 表1扣索索號(hào)設(shè)計(jì)扣索力（KN）南岸扣索力（KN）北岸扣索力（KN）對(duì)應(yīng)扣索拱段設(shè)計(jì)高程（m）南岸實(shí)測(cè)高程（m）北岸實(shí)測(cè)高程（m）上游下游上游下游上游下游上游下游1號(hào)1001221311511561號(hào)45.09445.08345.10445.10045.1012號(hào)3103823923543522號(hào)57.03757.02957.02657.03

17、157.0423號(hào)5004654604874823號(hào)61.42561.42461.43061.42061.410總水平分力833884887合攏段61.45761.45161.45961.46261.461拱肋松扣索后標(biāo)高觀測(cè)結(jié)果 鋼管拱肋合攏松扣索后實(shí)測(cè)標(biāo)高如表2所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，松扣索后拱肋標(biāo)高比施工控制期望值略偏低。主要原因如下：a.松斜拉扣索時(shí)，按照施工加載程序，之前未張拉系桿，松扣后，鋼管拱自重產(chǎn)生的水平推力使拱座產(chǎn)生向河岸的水平位移,南北兩岸基本一樣，約3mm（拱座水平移動(dòng)1MM，拱頂標(biāo)高下降約8MM）。b.另外，扣索實(shí)際索力比理論偏大，經(jīng)過(guò)體系轉(zhuǎn)換后，也可能會(huì)影響拱肋標(biāo)高

18、。 鋼管拱肋合攏松扣索后的高程比較 表2扣索索號(hào)設(shè)計(jì)高程（m）南岸實(shí)測(cè)高程（m）北岸實(shí)測(cè)高程（m）上游下游上游下游1號(hào)45.09345.07745.08145.08645.0802號(hào)57.02757.00856.99657.01357.0093號(hào)61.40861.37161.37561.37761.380合攏段61.44461.43561.43161.43461.438拱軸線控制結(jié)果拱肋軸線控制結(jié)果如表3所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出，拱肋軸線偏差和理論值比較接近，誤差大部分在1cm內(nèi)。 鋼管拱肋軸線偏位實(shí)測(cè)結(jié)果 表3節(jié)段設(shè)計(jì)值（m）南岸（m）北岸（m）XY上游下游上游下游1號(hào)23.48.623.3958.59623