清水乡特大桥1-56 m 系杆拱施工控制要点

(中铁十局西北公司，陕西西安 710000)

1 工程概况

清水乡特大桥系杆拱，孔跨结构1-56 m钢管混凝土系杆拱，跨越312国道。主梁采用箱形截面，拱肋为钢管混凝土结构，哑铃形截面，拱肋与主梁的刚度之比为1/17.5，属刚性系梁刚性拱。

矢高11.667 m，矢跨比1/4.8。拱轴线为二次抛物线，起拱线位于梁顶下1.25 m，每片拱肋由两根上、下钢管(φ700×16 mm)和两块厚16 mm钢板焊接成哑铃形断面，拱肋高度1.8 m，拱肋中收距11.2 m。为增强拱肋平面外稳定性，拱肋间设置三道横撑，均为一字撑。横撑为钢管混凝土结构，钢管直径700 mm，壁厚16 mm。

全桥拱肋共设9对吊杆，吊杆采用PES.HY(FD)7-85成品索体，冷铸锚锚固，张拉端设于拱肋顶部。

梁体采用等高度、单箱三室形断面，梁长57.6 m，梁高2.6 m，在端部梁底局部加高至3.1 m。

2 清水乡系杆施工方案

1)箱梁支架地基处理。

全桥箱梁均为满堂支架现浇，原地面用推土机推平，并用压路机碾压，应确保地基承载力达到220 kPa以上。地基换填碾压完毕后浇筑一层20 cm厚C20混凝土作为脚手架基础。

2)碗扣式支架搭设方案。

现浇支架采用φ48×3.5 mm碗扣式钢管支架，支架平均高度为5.4 m。在27号，28号墩的两侧各7.5 m长度范围按照30 cm×60 cm(纵向×横向)布置立杆，腹板处加密到 30 cm×30 cm，其余范围按照60 cm×60 cm布置立杆。水平横杆按照60 cm步距布置。预压的最大荷载为箱梁重量加上施工荷载总重量的1.2 倍。

3)混凝土的浇筑。

箱梁及拱脚混凝土施工一次性施工完成，汽车泵泵送浇筑。a.混凝土浇筑顺序为从箱梁的两端开始向中间端推进。浇筑时按斜坡分层布料，腹板的振捣采用细振捣棒(φ30 mm)，插入式振捣棒应避免触及波纹管，顶板的混凝土振捣采用插入式振捣棒配合平板式振捣器振捣。在钢筋密的地方用小型振捣棒，确保混凝土振捣密实。b.拱座同主梁混凝土同时浇筑，浇筑前预埋好拱座部分拱肋。拱肋预埋段采用角钢支架固定。

4)箱梁预应力筋张拉。

根据设计要求箱梁混凝土强度及弹性模量达到设计的90%，且龄期不少于14 d方可张拉。钢束张拉实行张拉力、伸长量双控，以张拉力为主，以伸长量为校核，允许误差±6%。

5)钢管拱肋拼装。

钢管拱拱肋分拱脚预埋段、中间节段、拱顶段三个部分，其中拱脚预埋段在施工箱梁时预埋定位准确后与箱梁及拱脚一起浇筑，拱顶合龙段制作时考虑加工与合龙时的温差影响而在加工时预留了10 cm的富余量，在吊装合龙节段时，先在前一天的相同温度条件下，测量出合龙口的精确长度，然后对拱顶合龙节进行精确切割，并按图纸要求将切割端打磨出坡口，以上工作完成后，在第二天相同温度条件下进行合龙节段的安装。中间节段和拱顶段采用φ1020×8 mm钢管墩搭设承重支架进行安装定位，钢管墩之间采用钢桁架联结加强支架的整体稳定性。拱肋钢管采用50 t轮胎吊装，拱肋吊装采用“两边对称安装→拱顶合龙段安装”的顺序。拱肋安装的标高及角度考虑制造误差、温度及拱肋设计预拱度的影响，拱肋空钢管在支架上就位后，采用全站仪和水准仪复测拱轴线，通过支架顶安放的30 t手动千斤顶进行调整，直至平纵面误差符合精度要求后在设计要求合龙温度内合龙焊接，拱肋合龙接头处在焊接前进行刚性固定，以免焊接时接头发生相对位移。拱肋钢管焊接合龙后吊装、焊接横撑管。

6)拱肋、横撑混凝土压注。

首先对称灌注拱肋上管混凝土，待上管混凝土达到设计强度的80%时，然后对称灌注拱肋下管混凝土，待下管混凝土强度达到设计强度的80%时，对称灌注拱肋腹腔混凝土，最后泵送港湾横撑管混凝土。

7)吊杆安装和调索张拉。

a.吊杆安装。全桥吊杆采用人工配合吊车安装，在拱肋混凝土强度达到80%以上后进行吊杆安装，吊杆的安装由钢管拱肋上锚孔自上而下穿出，通过拱肋预留钢管，穿到下锚箱锚固。b.吊杆张拉。拱肋吊杆安装完毕后，待拱肋混凝土强度达到设计强度的90%即可张拉吊杆，每片拱肋对称吊杆应同时均衡对称张拉。张拉顺序见图1。

图1 张拉顺序图

吊杆张拉结束后，焊接封闭吊杆锚箱，锚箱内采用发泡型聚氨酯填充，外扣防水罩。

3 系杆拱施工控制要点与措施

3.1 重视地基处理及支架预压

地基处理及支架预压效果是避免现浇箱梁因地基及支架不均匀沉降变形而造成开裂的关键。通过利用MIDAS软件建模分析，分别对跨中、1/4跨及梁端区域假设发生不均匀沉降变形进行梁底应力分析，结果如下:

1)跨中区域支架沉降不均匀分析。变形图见图2。箱梁跨中区域支架发生沉降时，跨中下挠5 mm，梁底拉应力为2.3 MPa。

图2 变形图（一）

2)1/4跨区域支架沉降不均匀分析。变形图见图3。当1/4跨区域支架发生沉降时，跨中下挠2 mm，梁底拉应力为0.7 MPa。

3)梁端支架沉降分析。变形图见图4。当梁端区域支架发生沉降时，跨中下挠3 mm，梁底拉应力为1.0 MPa。

图4 变形图（三）

可见支架发生2 mm～5 mm不均匀沉降变形时，梁底拉应力达到0.7 MPa～2.3 MPa，这种变形发生在梁体混凝土终凝后尚未生成强度时危险性最大，梁体将因支架不均匀沉降变形产生的拉应力而产生裂缝。因此地基处理效果、支架搭设方案及预压效果对避免不均匀沉降至关重要。

3.2 布设应力应变控制点，监控施工过程中梁体及拱肋的受力、变形状态

清水特大桥系杆拱的施工过程较为复杂，将经历多次体系转换，系梁多次预应力张拉等复杂工序。施工工序复杂，施工周期较长，设计图纸的要求是施工的最终目标，这包括设计要求的内力状态和线形状态。而实际施工过程中，受到天气条件、施工质量等许多不确定因素的影响，要保证桥梁的施工和使用安全，需要对施工状态进行实时识别(监测)、调整(纠偏)、预测，使施工处于有效的控制之中。这对设计目标安全、顺利实现是至关重要的。

根据施工过程的受力特点，拟重点对关键工序进行严格监控，主要包括梁拱的预拱度、系梁的预应力张拉、吊杆张拉等进行控制，最终使结构的线形、受力状态、变形与设计保持一致。

1)位移测点布置。a.长期变形测点布置。监控期间长期位移测点设在每段预制拱肋的端部，见图5。b.吊杆张拉时位移测点布置。吊杆张拉期间，为能够准确掌握吊杆伸长量值，在吊杆上端拱肋处和下端主梁上各布置一个附加变位测点，如图6所示。

图5 长期位移测点布置断面图

图6 系梁位移测点横向布置示意图

2)拱肋、系梁应力测点布置。拱肋的应力测点取2个断面，如图7所示，依次为(Y1，Y1')，每一断面布置测点。其中截面仅在拱肋上布置测点，每个拱肋断面上、下各布置1个测点。要求测点布置能够准确了解上述控制截面在各工序完成后的应力状态。系梁的应力测点取5个截面，每一断面上的测点布置见图8。

图7 应力测点布置图

图8 拱肋断面测点布置图

4 结语

系杆拱箱梁由于梁长达57.6 m，在整个结构尚未形成受力体系时，支架的不均匀变形沉降将对现浇箱梁产生破坏，尤其在混凝土强度生成的前期。系杆拱的受力较为复杂，设置应力应变观测点对系杆拱的受力分析与设计是否相符有重要意义。

［1］TZ 204-2008，铁路桥梁施工技术指南［S］.

［2］TB 10212-98，铁路钢桥制造规范［S］.

［3］李建学.长沙市黄柏浏阳河大桥主桥系杆施工［J］.山西建筑，2011，37(2):167-168.