客运专线大跨度钢箱系杆拱桥原位拼装施工技术

席红星

(中铁十七局集团公司，太原 030006)

1 工程概况

福厦铁路木兰溪特大桥位于福建省莆田市境内，全长6 830.6 m，其中在DK95+476处采用1孔128 m下承式钢箱系杆拱上跨福泉高速公路，与高速公路呈25°小夹角斜交。主拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5.33，矢高24 m，系梁、拱肋横向中心距16 m，内侧净宽14.2 m，外廓净宽17.8 m。

桥跨为全钢结构，由钢箱系梁、钢箱拱肋、工字型截面刚性吊杆、工字型主次横梁、U型及Ⅰ型桥面纵梁和桥面板组成，其中拱肋设9根横撑连接，吊杆设13对，间距为(10+12×9+10)m。

2 总体施工方案设计

本桥主跨结构设计为两片钢箱拱肋，每片拱肋下各设一片钢箱系梁，采用“先梁后拱法”拼装。主要部件单件40 t左右，采用150 t履带吊进行起吊和拼装。

总体拼装顺序:施工准备→系梁支墩搭设→系梁从两端向跨中拼装→桥面板纵、横梁安装→拱肋支墩搭设→吊杆、拱肋及横撑逐次拼装焊接→现场钢结构面漆涂装→拆除支架等。

系梁拼装:从固定(活动)支座处向跨中拼装。系梁共分8段，各分段在地面焊接成型后，分左右幅依次对称吊装到临时支墩顶，墩顶设有调整高度及水平位置的调位千斤顶，由千斤顶调整好位置后用垫块和钢板塞死，随后进行各吊装段钢箱的现场焊接。

桥面板吊装:当系梁分段拼装完成后，可以进行桥面拼装。为保证质量和施工进度，在地面将U型和Ⅰ型桥面纵、横梁和桥面板焊接为整体块件，由吊车吊至桥面。由于履带吊无法精确就位，需采用千斤顶、手拉葫芦进行准确调位和下落。

拱肋拼装:首先在系梁上拼装拱肋临时支墩，再安装刚性吊杆，将临时支墩与相邻吊杆临时连接，形成刚性支撑，共同受力，作为拱肋的支承墩。拱肋分为13段，采用履带吊分段吊至拱座或临时支墩上，拱肋拼装保持对称进行，支墩上设置定位及限位装置，拱肋线型主要通过垫板进行调整，调整到位后即可焊接，然后拼焊接横撑。

3 支撑体系设计与搭设

3.1 支撑体系设计

3.1.1 钢箱系梁支撑设计

根据钢箱系杆拱分段吊装及跨高速公路的地貌特点，在钢梁分段节点处设系梁支墩。全跨共设14个，左右各7个，其横向间距均为16 m，纵向间距从小里程桥墩支座中心起为3×17+9+4×17 m。支墩采用2×3根φ320 mm螺旋钢管组焊，墩顶设2只 I32组焊工字钢上垫梁，垫梁顶设4个三向调节千斤顶，可对梁段进行微调就位。

3.1.2 钢箱拱肋支撑设计

拱肋支撑采用贝雷梁和军用墩组拼，军用墩下部焊接于系梁顶型钢连接件上，并用M20螺栓固定于系梁上，上部搭设四片贝雷梁连接，形成门架支撑体系，并作为工作平台。支撑体系布置图见图1。

3.2 支撑体系结构检算

根据各支墩最不利荷载，检算主支墩横梁、纵梁及立柱的强度、稳定性，以及主支墩基底的承载力。

3.2.1 主支墩荷载计算

图1 支撑体系立面布置示意

系梁支墩设在系梁分段点的下节点，支墩在拼接中的不同阶段，其受力状况有很大区别。根据系杆拱拼装顺序，不同工况荷载分布情况，采用桥梁结构分析软件Midas Civil建模后，对各施工阶段进行模拟分析，得出各支墩最不利荷载，通过计算可以得出，系杆主支墩单墩支反力最大为2 200 kN。

3.2.2 主支墩结构受力检算

1)主支墩结构形式

据系梁结构尺寸对支墩要求，单个支墩采用2×3根φ320螺旋钢管作为立柱，立柱间焊接100等肢角钢作为斜撑，立柱顶设2只 I32组焊工字钢横梁，横梁上设2只I32组焊工字钢纵梁，纵梁顶对称于梁段缝布置4个三向液压千斤顶。主支墩结构形式见图2。

图2 主支墩结构示意(单位:mm)

2)主支墩纵梁检算

根据单墩最大支反力为2 200 kN，对纵梁的抗弯、抗剪及应力进行检算，全部满足受力要求。

3)主支墩立柱检算

取最高支墩H=11 m，考虑到一个支墩不同立柱受力不均性，经计算:Rmax=1 006 kN＜Ncr=1 449 kN，λmax=68.69＜［λ］=150，满足设计受力要求。

4)支墩基础检算

根据单墩最大支反力为2 200 kN，则支墩基底承载力要求为

经现场对所有土质基底进行轻型触探仪检测，承载力均达到0.12 MPa以上，满足施工要求。

3.3 支撑体系的搭设

3.3.1 系梁支墩基础施工

本桥临时支墩共14个，有6个设在高速公路路面上，6个设在路基边坡上，2个设在桥墩旁原地面，根据支墩所处的地质情况采用不同的基础设计:高速公路路面上采用混凝土找平层，结构尺寸为4×5×0.2(m);设在高速公路的边坡上的基础采用台阶型片石混凝土，结构尺寸4×5×2.5(m);设在桥墩旁原地面的采用钢筋混凝土扩大基础，结构尺寸4×5×2(m)，其下部换填厚度为1 m的三七灰土。基础顶面预埋地脚螺栓和型钢，用于与支墩的连接。

3.3.2 系梁支墩施工

系梁支墩由6根φ320螺旋钢管作为主立柱，顺桥方向布2根，间距为1.75 m，横桥方向布3根，间距为2×1.5 m。支墩高度有两种，分别为8 m和6 m，6 m支墩设在公路路面上，8 m支墩设在路基边坡和桥墩旁。φ320螺旋钢管根据设计尺寸由工厂加工成型，钢管立柱上下端设法兰盘。现场由吊车起吊安装就位，下部同基础顶预埋型钢焊接，支墩腰部设连接斜撑，然后逐段支立至设计高度，最后在支墩底部加焊加劲板。

支墩顶采用吊车先安装横向垫梁，再安装纵向垫梁，垫梁上部设置三向调节千斤顶，以便精确调整系梁的位置。

3.3.3 拱肋支墩搭设

在系梁和桥面板安装完成后，拼装拱肋临时支墩和吊杆。临时支墩为六四军用墩，吊杆为工字形型钢，采用人工配合吊车进行拼装。拼装时采用型钢将吊杆与临时支墩连接在一起，共同受力，形成刚性支撑，至支墩顶设计高度时，拼装贝雷梁(以贝雷梁作横梁)，军用墩与贝雷梁形成门架式支架，横梁上部设置纵横向垫梁，垫梁上安装千斤顶，以调整拱肋的高程。

4 钢箱系杆拱拼装施工工艺

4.1 施工准备

首先对现场场地进行平整，对道路进行压实，确保构件运输和吊装车辆能安全通行。

钢构件由加工厂运至工地后，根据吊运能力按编号先进行分块拼装焊接，焊接成型的单元构件最大质量不能超过40 t。

150 t履带吊工作时直接在福泉高整公路路面上，为保护路面不被压坏和污染，拼装时在路面上垫废旧竹胶板或塑料布。

4.2 系梁拼装

在临时支墩上拼装钢箱系梁，系梁从固定(活动)支座端开始向跨中拼装。系梁各分段根据吊重先在地面焊接，焊接采用CO2自动焊。坡口尺寸由焊接工艺确定，并采用自动切割机一次切割到位，焊接前要清理焊缝区域30 mm范围，不得有水、锈、氧化皮、油污、油漆或其它杂物，并打磨光顺。

成型后采用150 t履带吊分段吊装，分左右幅依次对称吊装至临时支墩顶部。临时支墩上设有调整高度及水平位置的调位千斤顶，千斤顶调整好后用垫块和钢板塞死，待全桥系梁全部吊装到位，并调整至规定的误差范围内后，进行各吊装段钢箱的现场焊接，现场焊接采用CO2半自动焊。

4.3 桥面板拼装

当系梁分段拼装长度超过一块整体桥面板后，可以进行桥面板的拼装。桥面板需在现场分块焊接，履带吊吊装就位。由于桥面板与横纵梁为整体块件，履带吊无法进行精确就位，所以当桥面板粗就位后用千斤顶、手拉葫芦进行准确调位和下落。

4.4 拱肋拼装

拱肋共分13段，其中 D1至D6各两段，中段 D7一段。拼装时利用吊杆和临时支墩作为拱肋的支承柱，从拱脚至跨中对称进行。

拱肋安装前，支墩上设置定位及限位装置，主要是对拱肋线型进行调整。在横撑位置的拱肋箱体焊接完成后，马上跟进吊装拱肋横撑，由于横撑断面尺寸较小，构件较轻，故采用一台80 t汽车吊在桥面上进行吊装。吊杆安装较拱肋超前2段左右，吊杆就位后将下端高栓先施拧至初拧值，待全桥合龙后，拧至设计值。

主拱肋顶、底板的工地对接接头采用双面坡口，先焊内侧，再焊外侧;主拱腹板的工地接头采用药芯焊丝CO2气体保护焊，双面对称施焊，即先焊接顶、底板的对接焊缝，再焊接腹板焊缝;横梁接头的焊接采用陶质衬垫药芯焊丝 CO2气体保护焊，单面焊双面成形工艺，即先焊接顶、底板的对称焊缝，再焊接腹板的对接焊缝。

拱肋拼装支墩高度较大时，采用千斤顶横移风险较大，施工中宜采用履带吊控制方向，支撑墩上的千斤顶只用作竖向高程调整。

4.5 支撑体系拆除

钢箱拱吊装完成后即可拆除支撑体系，拆除顺序为先拱肋支墩，再系梁支墩。拆除时采用吊车配合人工进行，同时要加强安全防护。

5 结语

通过福厦客专木兰溪特大桥128 m下承式钢箱系杆拱的施工，总结了一套利用大吨位移动式起重机进行钢箱系杆拱原位拼装技术。移动式起重机适应性强，使拼装工作机动灵活。根据施工地形环境设计搭设支撑体系，利用支墩与刚性吊杆临时连接，形成受力体系，使拱肋临时受力更加合理。本文对类似工程有一定的推广借鉴作用。

［1］徐晓和，陈小强，大跨度钢管混凝土系杆拱桥施工控制［J］.铁道建筑，2009(20):22-23.

［2］钱冬生.铁路钢桥——设计与制造［M］.成都:西南交通大学出版社，1994.

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［4］中华人民共和国铁道部.TB10002.2—2005 铁路桥梁钢结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］中华人民共和国铁道部.TB10415—2003 铁道桥涵工程施工质量验收标准［S］.北京:中国铁道出版社，2004.