浅谈天池特大桥拱肋预制、拼装施工技术

摘要：本文结合天池特大桥的工程实例，对该桥拱肋预制、拼装施工技术要点进行了详细分析，可为类似工程提供参考。

关键词：天池特大桥 拱肋预制、拼装 方案 施工技术

1、工程概况

天池特大桥跨越闽东山区深谷，两岸岸坡陡峻，是目前国内采用缆索吊装、扣挂施工的最大跨径混凝土箱型拱桥，施工技术难度大、工艺复杂。天池特大桥主桥为上承式钢筋砼空腹箱型拱，净跨径204.96 m，净矢高51.23 m，计算跨径207.2 m，计算矢高51.73 m。桥型布置为5m×20m预应力空心板+228.8 m钢筋砼箱形拱（净跨204.96 m）+3m×20m预应力空心板。主拱圈截面采用宽8.0 m，高3.0 m的单箱三室普通钢筋砼箱型断面，顶、底、腹板厚度均为25 cm，主拱结构采用预制吊装法施工。主拱圈截面分三次形成，两个边室采用分段预制拼装成拱，中室采用拱上现浇施工。预制标准段边室宽2.8 m，顶板厚度为10 cm，腹板和底板厚度均为25cm，上下游共计34片。拱肋各节段长度不一，最大节段为2#节段，总长15.88 m（沿拱轴线），砼方量为45.45 m3单件最大重量子力学113.6T。桥梁总体布置图见图1。

2、拱肋预制方案

长线台座法（简称长线法）及短线台座法（简称短线法）施工技术被广泛应用于钢筋砼箱梁节断的预制中。对于长、短线法的选择与改进众说纷纭，莫衷一时，笔者认为应结合工程实际情况进行。以下结合天池特大桥具体情况介绍部分长线法预制钢筋砼箱型拱的施工技术。

2.1部分长线法工艺

由于天池特大桥跨越闽东山区深谷，两岸岸坡陡峻，施工场地狭小，若主拱圈箱梁节段采用长线法一次性预制半跨主拱圈，矢高太大，施工场地受限，安全风险大；若采用短线法单个节段预制，节段匹配精度和工期均难以保证。根据设计要求，结合现场实际情况，综合考虑之下，采用部分长线法预制拱圈节段。即：半跨主拱圈9个节段分四组长线预制台座，即1、2、3号节段一组，3、4、5节段二组，5、6、7号节段三组，7、8、9号节段四组。

为解决由分段预制可能造成的节段拼接误差，采用了各组台座节段轮换匹配预制工艺，即：第一组3#节段预制完成后，吊装至第二组匹配预制4号5号节段；待二组节段完成后5号节段调至第三组匹配预制6号7号节段；待第三组节段完成后吊7号节段第四组匹配预制8号9号节段。

2.2预制台座布置

预制场长度约160m，宽度约18m，布置于霍童溪左岸。主拱圈预制采用部分长线法，考虑同架设进度及安装工艺相对应，并满足全桥4个半跨主拱肋预制的通用性，如上述，共设置4组固定的部分长线预制台座，每组台座应完成4 个半跨拱肋相应节段预制。其中1、2、3号节段，7、8、9号节段长线台座全长布置；3、4、5号节段只布置4号、5号预制台座，3号节段台座只在梁板吊点处设置两长方形条形基础，以承受梁板自重并设置千斤顶作为调整台座，保证节段定位要求；5、6、7号节段长线台座仅只布置6号预制台座，5号、7号节段台座同样用条形基础支撑，设为调整台座。

为了保证拱圈线形，采用立式预制，预制台座做成与设计相吻合的弧形，在施工时，用全站仪每0.5m一个点精确定位。为了节段的匹配端相互接合牢固，齿块吻合，3号、5号或7号预制完成后，吊装至另一个台座就位作为浇筑下一节段的基础。台座施工时采用精密水准仪测量高程，使其线形与设计相吻合。

2.3预制工艺

拱肋模板、钢筋及砼工程按常规施工方法进行，预制浇筑顺序如下：1-3-2-5-4-7-9-8-6。拱肋砼达到设计强度后，对拱肋进行编号处理，然后用龙门吊两点起吊至存梁区存放，存放原则为先拼装拱肋段存放在上部或外面。

3、拱肋吊装方案

2.1缆索吊施工

2.1.1缆索吊机布置

天池大桥缆索吊机系统主要由绳索系统、塔架支撑系统、锚固系统和机械部分和滑移系统等组成。为减小工程量，支撑系统分别利用5#、6#过渡墩，因此缆索吊机跨径布置为： 120m+228m+85m，两岸塔顶高程相同，均为255.85m，额定吊重130t。绳索系统包括承重主索、起重索、牵引索、缆风索。缆索吊装施工

平面布置如图2所示：

图2：缆索吊装施工平面布置图

2.1.2缆索吊安装

1）主索塔架：主索采用2-4φ60mm钢丝绳（6×37），主索钢丝绳分两组布置，每组4根，索间距25cm，吊装拱肋时，两组主索中心距3.6 m，两组主索共同受力，吊装空心板时，两组主索中心距12m，两组主索分别单独受力；缆索吊后锚设置在0#、9#台后，为平衡缆索吊背索传给后锚梁的水平力及竖向力，在后锚梁位置设置预应力岩锚来抗倾覆和抗滑移。塔架架设设计采用两节段进行，底节段采用与过渡墩固结形式连接，施工时塔架通过预埋件与过渡墩固接。顶节段与底节段连接是采用铰接形式连接。

2）主索、起重索及牵引索等架设：塔架拼装好后，即在塔架顶初始安装位置处安装索鞍，索鞍安装好后，先架设Φ17.5工作索，然后用工作索牵引牵引索过岸安装，再用牵引索牵引主索过岸安装。①工作索架设前先将各部分钢丝绳梳理并抹上黄油，同时在东西两岸后锚处布置好卷扬机，安装调试好卷扬机后即可安装工作索。②利用5t卷扬机及东岸塔顶转向滑轮将工作索牵引过东岸塔顶，并在塔顶临时打销；利用临时布置在6#墩的2t快速卷扬机牵引工作索过河；利用临时布置在缆索吊西岸后锚的2t快速卷扬机牵引工作索越过西岸塔架至后锚；③启动两岸工作索卷扬机，东岸吐绳，西岸收绳，牵引牵引索向西岸前进。③通过西岸锚锭处转向装置再将牵引索牵引至东岸牵引索卷扬机处锚住；④启动东岸牵引索卷扬机，正反向吐收绳，牵引主索向西岸前进。⑤用上述方法步骤将起重索及另一根牵引索架设完成。

2.1.3缆索吊调试及试吊

缆索吊机结构部分安装完成后，即完善机电设备，再进行缆索吊调试及试吊工作。试吊分跑车空载反复运转，静载试吊和吊重运行三个步骤。试吊可按设计吊重的60%、100%、120%，分次进行。首先：先进行空载运转，即跑车沿主索来回运转，运转时，要观测主索的收紧均匀程度及各部位机械设备的运转情况，一切正常后，再进行静载试验。静载时先吊设计吊重的60%在空中停留10分钟，然后逐级加载至设计吊重的100%、120%，此时要注意起重索的拉力及各卷扬机的工作情况，并使主索逐步过渡至承受设计荷载的状态，最后进行动载试验。同样动载时按上述三个吊重加载沿主索运行一个来回，以检查牵引设备的运行情况及地垅，塔顶索鞍的受力情况，整个试吊过程中，用千分表观测后锚位移情况（不宜大于3mm），以确定后锚的受力能力。用全站仪观测塔顶位移及主索重载垂度等是否符合规范要求。一切正常后，方可进行拱肋安装。

2.2岩锚施工

拱肋单幅每节段共2束扣索，每2束扣索共用4根预应力岩锚，即每单幅节段共用4根预应力岩锚。施工基本步骤如下：制作锚索成孔、进行试放将锚索放入孔内，设置注浆塞先用0.4MPa压力将注浆塞注满，待压力达到20MPa后进行孔内高压注浆注浆体达到25MPa强度后施工锚墩和垫块锚墩强度达到22MPa后安装锚头，分两次进行锚索张拉锁定与锚头封闭。

2.3拱肋拼装

待缆索吊安装调试完成后及拱肋0号块达到设计强度后，即可进行拱肋预制节段的拼装。拱肋拼装三个节段后，重新调整前面拱肋扣锚索索力，使之线形与设计吻合。

2.3.1 0号块施工

1）主拱圈0号块拟采用钢管支架现场浇筑。在拱座施工完成后，测量放线，精确定好主拱圈0号块位置及支架位置。

2）支架拟采用型钢组拼而成，上铺分担梁。支架拼装架设时，一定要支撑牢固，搭接稳定，保证支架沉落量控制在预计范围内。因支架基础为拱座，故支架施工时，不需进行地基加固处理。

2.3.2缆索吊横移

缆索吊调试完成后，立即横移至上游主拱圈中心轴线处，准备进行主拱圈吊装作业 。

2.3.3拱肋的移运及掉头

在存拱节段区用龙门吊起吊落放至两台运输台车上，启动运输台车卷扬机把拱肋拖至桥梁轴线下方。在拱肋一端安装起吊吊点和扁担梁，缆索吊起吊后慢慢沿桥轴线纵向移动至另一台运梁台车也运行到缆索吊正下方为止。拱肋掉头可由安装在后运梁台车上的转向轴和选择前后天车来实现，即选前天车时，天车往前移动，选择后天车时，天车往后移动，即可实现掉头。

2.3.4拱肋起吊

为了控制拱肋在起吊安装过程中的高程及拱轴线与设计相吻合，拱肋采用四点起吊法起吊，即在拱肋的两端预留孔道安装吊具。吊具拟采用Φ25精轧螺纹钢筋配锚固螺帽、组拼型钢组成。

2.3.5扣、锚索体系施工

1）扣、锚索体系由扣索、锚索和扣塔三部分组成，扣、锚索采用1860级Φ15.24钢绞线，扣塔由主桥5#和6#交界墩及其上部钢塔组成，钢塔为采用万能杆件组拼而成的桁架结构，横桥向宽度为14m，纵桥向宽2m，高16m，钢塔塔底与交界墩盖梁固结，顶部横梁由型钢焊接而成。

2）1号～4号扣、锚索锚固在交界墩墩身和盖梁上，5号～8号扣、锚索锚固在扣塔顶，扣、锚索在墩身、盖梁和扣塔顶临时搭设的张拉平台上进行张拉。张拉端设置在交界墩墩身和盖梁侧面，在墩身和盖梁施工的同时，按扣、锚索设计角度埋设波纹管、锚垫板和螺旋筋，设置张拉槽，拱肋合拢，扣、锚索拆除后，用同标号混凝土将张拉槽抹平。5号～8号扣、锚索张拉端设置在扣塔顶，采用型钢焊接而成的锚梁进行锚固，参见图3所示。

图3：扣、锚索体系施工部分图示

3）张拉采用4台YCW100B千斤顶同步分级张拉，张拉时控制扣、锚索张拉力和塔顶偏位，以避免出现过大的不平衡水平力。

4）拱肋扣点设在预制拱段前端拱肋腹板位置，采用H型锚固体系锚固。预制时在腹板内按设计角度埋设钢绞线，钢绞线埋入端设梨形自锚头，外露端伸出拱肋顶板0.5m～3m，拱肋安装时将扣索与预埋钢绞线用连接器连接。

5）挂索阶段，应逐层对称施工，确保挂索过程中由于索体自重及风力组合产生的不平衡水平力在设计文件的允许范围之内。

6）锚（扣）索张拉阶段，扣塔张拉不平衡水平力按30t控制设计，同时考虑风力作用；为确保塔顶不产生过大不平衡水平力，张拉过程中严格采用张拉力与塔顶变形双控制，确保张拉过程锚（扣）索水平分力相等，同时进行塔顶位移观测。

2.3.6 1号、1'号拱圈拼装

1号节段的位置准确与否对后续节段的安装线形起决定性影响。因此，1号拱段吊装到位后，测量精确定位，使其轴线与0#块轴线完全吻合，高程也符合设计要求。

拱段就位后，顺延0号块支架及设置缆风索对1号块进行焊临时劲性钢骨架固定。然后安装张拉1号扣索，调整线形符合监控要求。1号扣索张拉完成后，缆索吊松索，同时绑扎湿接缝钢筋，安装模板浇筑湿接缝砼。待湿接缝砼达到设计要求强度后，即可进行其他节段拼装。用同样方法安装1'号节段。

2.3.7其余节段拼装

1）用同样方法，安装2号节段，2号节段与1号节段正式拼接前调整好节段的空间位置后，先进行试拼装，满足要求后将节段移开一定间距，在1～2h内对接缝面涂环氧树脂，进行接缝的胶拼工作，然后张拉调整1号、2号扣索，使拱圈线形符合要求。2号节段安装完成后，焊接底板连接钢板，形成临时连接。焊接连接钢板时，采用挂蓝，以策安全。

2）2号节段安装完成后，即安装3号、4号、5号节段，且形成临时连接后，调整2号、3号、4号、5号扣索，使之线形符合要求，然后浇注1号～2号、2号～3号、3号～4号间连接处横隔板接头砼，并对称安装2′号、3′号、4′号、5′号节段，完成1′号～2′号、2′号～3′号、3′号～4′号间连接处横隔板接头砼浇筑。同理安装6′号、7′号、8′号、9′号节段拱肋，并完成之间的连接处横隔板接头砼浇筑。灌注跨中合龙段接缝混凝土，待接头混凝土到达设计强度以后，逐级放松扣索，完成体系转换，实现单肋合拢。再横移索鞍及主缆，实现另一侧单肋合拢。

3）按设计要求进行主拱圈砼二次浇注，采用吊模的方法浇注，即在已成形拱肋顶部铺设型钢下挂吊杆以系紧底模板，模板安装过程中要确保与原拱肋砼密贴。主拱圈二次砼浇筑采用对称、均匀加载的原则进行，由拱脚至拱顶，先底板后顶板，其中顶板比底板落后一个节段。

4、结束语

宁德天池特大桥为目前国内最大跨度的箱形混凝土拱桥之一，施工过程中成功解决了节段预制、拼装等技术难题。采用部分长线法较长线法占用场地小，也较短线法施工工艺简单，节省工期。同时成功采用缆索吊机吊装箱形混凝土拱肋节段进行环氧树脂匹配胶工艺，对今后同类型桥梁具有一定的借鉴作用。

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