三跨连续钢管砼拱桥的施工要点

【摘要】本文介绍分析了某特大桥的总体施工方法和控制要点，重点分析了三跨连续砼系杆拱桥的施工特点，供类似桥梁施工时参考。

【关键词】钢管砼拱桥；连续；施工

1.　概述

（1）某特大桥全长647m，双向六车道，桥面行车宽度为2×15.5m。其中主桥为三跨连续钢管砼系杆拱桥，采用刚性系梁刚性拱柔性吊杆体系。主桥全长149　m，三跨分别为42.2+63.12+42.2，中拱矢高15.78m，矢跨比为1/4，边拱矢高8.44m，矢跨比为1/5，拱圈轴线均以二次抛物线变化。主桥建造总宽度为37.5m。主桥上部结构双幅完全分离，独立成桥。中墩桥梁下部为柱式无盖梁结构，与引桥过度墩为有盖梁结构。

（2）系梁横梁均为预应钢筋砼结构，预应力根据施工各阶段结构受力特点进行分批张拉。吊索采用外包PE的OVMDS7-61柔性成品索，分三次张拉。桥面板为预制钢筋砼空心板，板厚35cm。

2.　系梁的施工

系梁为I型断面预应力钢筋砼结构，，梁高1.8m，梁宽1.0m，肋宽0.5m，在拱脚及内横梁处加厚成矩形断面；系梁配10束12j15.24的预应力束，全断面对称布置，系梁全长149m，半幅两路系梁与墩顶位置8道横梁连成整体框架后分两批两端左右对称张拉。

2.1总体施工方法　。　由于系梁顶面宽度较小，横向刚度较小，每米长重达3.5吨，采用预制安装施工方法成本高、安全性差，故全部采用支架现浇施工方法。边孔岸基采用钢管支架，在行车道位置预留通车门洞。水上支架为加强型贝雷支架，河中设钢管桩临时墩，保证通航净宽和净高。

2.2施工要点。

2.2.1系梁的底模支架由于系梁的成桥力学模型为墩顶位置刚性支撑，吊杆位置非线性弹性支撑的多支撑超静定结构，在吊杆张拉前系梁自身的抗弯刚度不足以仅以四个墩顶支座作为支撑，而必须部分支撑于临时支架上。系梁从全长浇筑完成到吊杆第一次张拉至少需要4个月时间，在此期间要保证两墩之间系梁跨中的最大挠度不大于1/4000*L，其支架的刚度要比其它结构的支架刚度要大，特别是支架的基础刚度要比其它支架的基础刚度要高，基础的沉降稳定性要远远超过一般基础，岸基基础的承载能力不得小于40KPa，计算取用承载能力不得大于20KPa，河中临时桩基的取用承载能力不得大于计算承载能力的1/4，且计算的桩顶承载能力不得大于桩基总承载能力的15%，桩基持力层的压缩系数要小。同时浇筑时的底模预拱度应充分考虑支架的长期沉降效应。由于影响基础承载能力的不确定因素较多，为避免系梁的过度下沉，减少基础及支架的成本，建议设计单位增加部分整体抗弯预应力束，以减少系梁在吊杆张拉前对支架的依赖程度。由于结构依赖支架时间较长，支架的沉降控制要比一般支架要严，所有支架均需等载预压，对支架上施工荷载估计要充分，要求预压最终稳定期连续3天的沉降不大于2mm。

2.2.2支座的预偏。由于系梁较长，张拉后的压应力较大，张拉过程中系梁的压缩变形较明显，为保证支座中心位于拱轴线上，在拱座位置系梁浇筑时，支座的上滑动部分要有一定的预偏离。根据理论计算，系梁第一批预应力张拉阶段（系梁总预应力的60%）的最大压缩量为45mm。考虑到系梁底模的摩阻约束作用，该阶段应该压缩量约为35mm，实测系梁第一批预应力张拉阶段压缩量为30mm，与计算基本吻合。支座的预偏量按滑动支座距固定支座的距离将总压缩量线性分配。由于系梁第二批预应力是在拱肋安装完成并压注完拱肋砼后进行，系梁仍然没有落架，系梁所加预应力基本与拱脚的水平推力相平衡，系梁基本没有压缩。实际测量该阶段系梁无明显压缩量。

2.2.3系梁施工的分段。　由于系梁较长，且支撑于4个墩顶刚性支座上，为尽量避免由于支架的下沉在系梁的跨中位置形成较大的附加预应力，系梁必须分段分时浇筑。同时，分段浇筑，有利于减少系梁砼初期收缩时的外界约束作用，减小梁内的收缩应力。墩顶拱座和两墩之间的系梁分别单独浇筑，并在拱座和系梁间留50cm长的湿接头，在单幅系梁及首批横梁（首批横梁计8根与系梁行成框架，以保证系梁张拉时侧向稳定性符合要求）浇筑完成具备张拉系梁的条件时，浇筑湿接头，湿接头强度达到后张拉系梁。由于系梁支架刚度较大，拱座间的每跨系梁可一次连续浇筑完成。浇筑采用分层梯形推进方法，梯形段长度不大于10m，以保证层间连续。

3.　钢管拱肋的施工

钢管拱肋为哑铃型断面，中拱肋高2.0m，拱肋上下弦管直径80cm；边拱肋高1.8m，拱肋上下弦管直径70cm，均采用14mm厚Q345C钢板卷制，钢管每隔4m和接头处均设有加劲板。边孔拱肋分三段在工厂制作，中孔拱肋分五段在工厂制作。拱肋最大安装重量为13.5吨，最大安装高度桥面以上约16m。

3.1总体施工方法。拱肋安装方法一般有无支架安装法和有支架安装法。无支架安装法一般又分为缆索安装法和转体安装法；有支架安装法又分为顶推法和龙门安装法。无支架安装法均需在墩顶位置设置索塔，以便进行扣索的施工，而本桥有三跨四榀拱肋计需16个索塔，并至少需要两套缆索吊具。由于本桥为双幅分立设置，平转无法施工，竖转需设置转动铰，成本均较高。而顶推施工需两端引道较长，影响两端引桥的施工，工期不允许，也无法实施。综合本桥多跨多榀而单跨跨度和矢高均较小的情况，采用跨墩龙门安装是最经济安全的施工方法。

本桥安装拱肋所用龙门由普通321贝雷桁架拼装而成，龙门净宽40.5m　，桥面以上净高18　m，设计安全起重重量20吨。龙门行走轨道基础边孔为普通钢管支架，与系梁现浇支架联成整体，中孔为在河中临时墩上架设加强型贝雷。龙门轨道支架与系梁支架侧向联成整体，竖向相互分离，既增加其侧向稳定性，又尽量避免龙门行走时对系梁支架的干扰。

3.2施工控制要点。

3.2.1拱肋安装精度的控制。

（1）首先是工厂的制作精度要符合要求。工厂制作主要有三方面的要求。一是管口接头部位的圆度一定要符合要求，一方面满足工厂拼接的需要，更主要是满足工地现场拼接的需要；二是每孔每榀拱肋要在工厂试拼，保证拱轴线的平面精度和吊杆锚箱的位置精度；三是焊缝的焊接质量要达到图纸要求的标准，并按规范要求进行超声和X射线检测。

（2）其次是现场拱脚余量的切割要准确。由于拱座位置预埋钢板尽寸较大，且位于40°左右的斜面上，在砼浇筑过程中要保证准确定位，有相当的难度。安装拱肋前对该钢板的准确定位测量非常重要，它即影响拱肋的安装精度，又影响合拢段的焊接质量。用群站仪直接测量，误差较大，为此本工程使用一与拱座钢板理论平面平行且与理论平面有一定距离的定位架，从而测得预埋钢板各点与理论平面的差值，据此切割拱肋余量，既准确又方便。拱肋其它断面的定位方法是在拱肋上下法向位置设置特征点，现场用群站仪加手持小棱镜进行坐标定位。

（3）再次是焊接质量。现场环缝的焊接一定要双面对称同时施焊，同一榀拱肋的所有环缝要先打一层底，然后再分段对称焊接，即同一榀拱肋必须同时有4把焊枪同时施焊。拱脚侧的焊缝最后焊接，以防拉裂拱脚钢板。另外在拱肋装配过程中，焊口的背衬钢板一定要安装到位，并与拱肋钢管密贴，它是影响焊缝质量的重要因素之一。另外在拱肋定位过程中，要及时复核吊杆上下锚箱的相对位置，必要时以系梁预埋的吊杆下锚箱的拟合中心线确定拱轴线平面的位置，以保证吊杆安装后的垂直度。

3.2.2拱肋砼压注质量的控制。

（1）拱肋钢管内的砼作为拱肋的主要受力载体，其施工质量的好坏，直接影响到成桥的质量，因此拱肋砼压注质量是全桥质量控制的关键。砼配合比设计的质量是确保拱肋砼压注质量的前提。拱肋压注砼一般为多掺砼，正常要掺入粉煤灰、高效减水剂、膨胀剂等，其综合性能应达到高强度、大流动性、低收缩性和微膨胀性。本桥使用的配合比为：水泥：粉煤灰：外加剂：砂：石：水=382：70：62：710：1045：165。砼坍落度为23～25cm。压注的机械组合要适应压注工作的需要，砼拌和站计量要准确、稳定，要能拌制出均匀一致的砼，且其生产能力要满足施工进度的要求。压注用砼输送泵性能要稳定，其最大砼泵送压力不小于9MPa，压注量大时要有备用泵。

（2）压注工艺控制要严格。首先，压注工作要连续，由于拱肋内砼坍落度较大，拱肋钢管内腔较大，如停滞时间过长，容易造成砼的漓析沉淀，增加压注阻力，甚至造成压注过程的中断。其次，压注要两端对称进行，同一片拱肋砼的最大高差不得大于1m。另外，增压出桨口直径不宜小于150mm，高度不少于2m，且转弯处要设半径不小于管直径的圆弧过度段，以减小出桨阻力，防止压坏隔仓板。压注前管内要用清水充分湿润，并彻底排净拱内积水。压注前可不压砂桨拱肋钢管拱壁，因为砼在拱肋钢管内的流动与在砼输送泵管内的运动形式完全不同。在泵管内砼是以柱式流动，并大部分呈现稳定层流的特性（弯管除外），故流动阻力较小；而在拱肋钢管内由于管腔直径较大且有横向加劲板的限制，其砼流的未端呈泉涌式紊流壮态，而其它部位的芯部接近柱式层流壮态，而芯柱外为紊流壮态，靠近管壁的砼由于加劲板的限制基本不流动，砼含桨量较大，无需另外配桨管壁，同时管内砂浆不易排净，残留的砂浆会影响拱内砼的强度。拱肋内砼的流动形式决定了拱肋内砼的流动阻力相对普通泵管要大得多。当砼的流动性稍差时，其流动阻力急剧增大，极宜造成塞管，且塞管后无法处理，所以一般大跨径的拱肋均需在拱肋的1/2高度开备用压注口，以保证万无一失。

4.　其它控制要点

4.1横梁的施工。　本桥横梁单根重42吨，一般内横梁均在吊杆第一次张拉后施工，为充分利用本阶段拱肋的受力能力，所有在此阶段施工的横梁全部采用挂架现浇的方法施工，这样既避免了横梁安装设备的制作和准备时间，也省去了横梁湿接头的施工，经济安全。在横梁施工过程中一定要注意桥面板安装牛脚面高程的控制，因为该高程直接影响到桥面高程和桥面铺装层的厚度。

4.2各施工阶段高程的控制。　本桥三跨连续的结构特性决定了该桥的多次超静定力学性质，随着各阶段恒载的不断变化，系梁、吊杆、拱肋组合非线性变形不断变化，且一跨的变形会反射到相邻跨。根据上述特性，该桥在施工过程中重点控制了系梁现浇高程、桥面板安装高程、桥面砼浇筑高程，三个高程的预拱度逐步减小。理想状态在桥面沥青混凝土铺装结束后，所有预拱度消失，保证成桥后桥面线形顺直。

5.　结束语

工程建设中，业主、设计、监理、施工单位责任明确，互相配合，抓好工程建设的每一个环节，在建设前就能准确瞄准质量、工期和安全三个目标，落实各方自己的责任，同时树立全员质量、品质和安全三个意识，在建设过程中不断采取有效措施而保证了大桥顺利进行和圆满成功。