客运专线大跨度连续梁—拱组合结构钢管拱肋安装施工技术

焦广彦

摘要：本文以西宝铁路客运专线咸阳西立交特大桥主桥连续梁-拱组合结构钢管拱安装施工为例，重点介绍梁后拱肋支架搭设、分节段制安等施工关键技术，兼述方案比选、实施中的施工技术，为同类型结构施工提供经验和技术借鉴。

关键词：客运专线 梁拱组合结构 钢管拱

1 工程概况

西宝铁路客运专线咸阳西立交特大桥主桥采用64.15+136+64.15m预应力混凝土连续梁与中孔钢管混凝土加劲拱组合结构上跨西宝高速公路，梁长264.3m，中跨桥面对称布设两道钢管混凝土系杆拱，拱轴线为二次抛物线Y=0.8X-0.00588253X2。拱肋中心间距12.9m，计算跨径为L=136m，计算矢高为f=27.2m，矢跨比1/5，单箱双室变高箱形截面，采用“先梁后拱”方法施工。

每道拱肋截面全高3.0m，采用哑铃型截面形式，内充C55无收缩混凝土。上下弦管为外径φ100cm，壁厚δ=16mm的钢管，上下钢管中心距2.0m，采用厚16mm的腹板连接，腹板腔间腹板距600mm。腹板内除拱脚7m范围及吊杆处和横撑处2m范围内灌注混凝土外，其余部分均不灌注混凝土；拱肋之间共设1道米字横撑、8组K撑。米字撑及K撑的横撑全高1.5m，采用直径φ100cm，壁厚δ=16mm的圆端形空钢管。斜撑为外径φ90cm，壁厚δ=12mm的圆形钢管。两道拱肋共设14对吊杆，吊杆间距8m，采用PES.HY（FD）7-109低应力全防腐索体。

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主拱肋分为26节，其中拱脚4节，中间拼装节22节。K撑、米撑划分为8节横撑和20节斜撑。

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2 梁下及梁部施工工况准备

桥梁主跨以37°斜交上跨西宝高速公路，主墩采用钻孔灌注桩基础，桩径1.8m，桩长78m，梅花群桩18根，并按设计进行了桩后压浆的补强施工以增大承载力。墩身为哑铃形截面，截面混凝土方量58.1立方。

全梁设计情况为：梁拱结合部0#段长17m，边中孔合龙段长2m，边孔直线段6.15m、各标准梁段最大4.5m。直线段在支架上现浇施工，0#段的施工虑及拱脚预埋及挂篮安设因素，在施工中部分变更施工方案，采用将0#段、1#段和2#段同步支架现浇方案，其余节段采用挂篮悬臂浇筑。按常规施工方法于2011年8月19日边跨合龙，于2011年10月12日主跨体系合龙，退卸挂篮，清理桥面，准备进入支架施工。梁部施工期间采用了挂篮自防护体系和既有高速公路行车保畅措施，工程得以顺利实施。

3 拱肋临时支架方案的比选确定

本例连续梁—拱组合结构在目前客运专线建设同类型结构中属较大跨度，钢管拱肋的安装首先应确定拱肋支架方案。综合考虑到拱肋支架搭设及预压、拱节吊装定位、精测精调、撑杆连接、焊接合龙及后期管内混凝土压注等各环节施工工艺要求，对支架施工方案比选情况作以说明：

方案比选

初期确定的三种支架方案：

第1方案：吊车上桥贝雷架立柱吊装方案

采用贝雷架在拱肋节段各连接处搭设门形支架，门形支架纵横向用[16槽钢与[10槽钢组焊成桁架进行连接，吊车上桥组拼。

第2方案：贝雷架立柱拼装桥下吊装方案

拱肋支架为贝雷架，在桥下组装12个门形支架，每个门形支架采用两台260吨大型吊车整体吊装到桥面，为保证支架的稳定性，各支架纵横向采用[16槽钢与[10槽钢组焊成桁架进行连接。

第3方案：轮扣式支架

首先用工字钢及方木在中跨两侧翼缘板搭设钢挑梁平台，并对平台进行防护。用轮扣杆件和φ48钢管搭设满堂架，在支架支座位置用方木及槽钢搭设操作平台拼装拱肋。经过多次方案会议评审，对轮扣支架方案进行了优化，拱肋拼装支座平台位置立杆按照30cm（横）*60cm（纵） 间距布置，各平台之间采用φ48钢管纵、横向连接为整体，检算满足要求。经过方案的优化，支架数量减少为原方案的3/5，减少了支架安装拆除工作量，加快了施工进度，节约了施工成本。

以上方案中，第1方案吊车上桥组装支架，桥下高速公路车流量大，吊装安全隐患较大，操作困难。第2方案吊车桥下整体吊装需长时间占用高速公路，且大型吊车租赁费用较大。第3方案轮扣支架方案搭设简单易行，不需要大型吊装设备和占用高速公路。比选后确定按第3方案实施。

4 拱肋临时支架施工

拱肋拼装支架采用轮扣杆件和φ48钢管搭设满堂架，轮扣及钢管较钢管桩、贝雷片等材料更为轻便，可在连续梁边跨将轮扣杆件及钢管吊运至桥面，沿桥面采用叉车水平运输至搭设位置，采用人工配合滑轮垂直吊运至搭设高度；通过钢绞线对支架预压进行反支点预压，拱肋支架搭设及预压材料上桥困难的问题得以解决。

4.1 支架布置

对于拱肋支架，通常情况下采用轮扣杆件和φ48钢管进行搭设，搭设面积控制在121.2m（纵向）×16.8m（横向），高度1.9～ 28.9m，支架横桥向共设17排，拱肋节段接头处立杆加密为31排，采用轮扣杆件搭设。支座处立杆间距为30cm（横）*60cm（纵），焊接平台处立杆间距为90cm（横）*90cm（纵）。各接头处平台采用φ48钢管纵、横向连接为整体。支架水平杆步距1.2m，具体布置见图4。

4.2 剪刀撑设置

全桥支架设置三向剪刀撑系统，在纵桥向最外排、第5排、第13排设置剪刀撑，横桥向在每个支座位置两侧设置剪刀撑，在垂直桥面方向上每隔6个横杆高度设置水平剪刀撑。剪刀撑与梁面夹角控制在45°～60°，采用φ48mm钢管搭接连接，搭接长度不小于1m，搭接扣件数量3个。

4.3 缆风绳安装

支架搭设宽、高较大，且外设4mm密目钢丝网防护，受风荷载影响较大，通过在梁面上拉设缆风，降低风载对支架稳定性的影响。顺桥向在4个拱座位置分别设置2道缆风绳，在第一个支座位置支架上端横穿一根φ48mm钢管，在钢管两端挂设φ15mm钢丝绳，利用倒链拉设至预埋段拱肋支架上。横桥向在支座位置支架两侧分别设置“X”型缆风绳，一端在支架顶端采用φ15mm钢丝绳固定，另一端采用倒链斜向拉设至另一侧梁面预埋钢筋上。

4.4 分配梁设置

在各管节对接处拼装焊接平台。平台设两层方木，方木间通过钯钉进行连接固定，底层为14×14方木，横桥向布置，间距同立杆间距，上层为满铺9×9方木，纵桥向布置，平台长3.6～8.4m，宽2.7m。将两层[20槽钢搭设在方木上作为分配梁，转化支座承受的集中荷载，进而在一定程度上均匀地作用在支架上，分配梁之间焊接为整体，具体布置见图5。

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4.5 支架预压方案选定及实施

由于本处连续梁作业空间受高速公路行车限制，采用传统预压块、砂袋、水箱等配重的预压方法，材料上桥困难，操作难度较大；钢绞线反支点预压方法在近几年已开始用于高墩0#块支架预压、挂蓝预压，技术经济效果显著，故预压方案选用钢绞线反支点预压法。

对于每个支承平台，分别设置2个预压点，沿纵桥向分布在钢支座中心的两侧，间距控制在60cm，每个受力点的张拉力按1.2倍的二分之一管重考虑。

对于预压用钢绞线下端，在桥体竖向预应力筋精轧螺纹钢上，通过利用精轧螺纹钢与钢绞线连接器进行锚固；上端在钢支座分配梁上设置长40cm、宽40cm、厚2cm钢板，钢板中心开设φ20mm圆孔，利用5孔扁锚及夹片将钢绞线锚固于钢板上。

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通过27t液压穿心式千斤顶进行张拉。通过采用左右侧支架对称分级预压方法进行预压，支座1～4分3级进行加载，第1、2级分别张拉至50KN、100KN，第3级张拉至P，支座5分2级进行加载，第1级分别张拉50KN，第2级张拉至P，持荷48小时后分级对称卸载。

在每个平台上分别设3个观测点，分别对预压前、预压中、预压后进行观测。对于支承平台非弹性变形通过预压可以消除，对支座高度调整量进行确定。

4.6 钢支座安装

完成预压后，将长74cm（横桥向）、宽56cm（纵桥向）、厚2cm钢板焊接在顶层分配梁顶面，钢板上设4个长条孔，通过螺栓与拱肋拼装钢支座进行连接，可以进行相对滑移，拱肋拼装就位后，可以对精确进行定位和调整。采用1块水平钢板、2块弧形钢板、1块端头板及2块连接板焊接成钢支座。（如图8所示）

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4.7 支架拆除

支架拆除程序遵守由上而下，先搭后拆。一般拆除顺序：安全网及缆风→栏杆→作业平台→剪刀撑→横向水平杆→纵向水平杆→立杆→挑梁平台→支架材料吊至桥下→清理梁面。拆下的杆件由上向下传递或用绳吊放，严禁住下投扔。拆除的构配件分类堆放，以便于运输、维护和保管。

5 几处特殊关键技术方案和技术创新点

本桥施工中存在拱脚预埋段无法支撑固定、梁体提供的拱肋拼装平台宽度不够、拱肋支架搭设材料无法直接上桥等问题，钢管拱肋的测量精调、线型控制措施。

5.1 拱座预埋段施工

拱座预埋段位于0#块上，进而在一定程度上确保拱座预埋精度，对于0#块混凝土，我们分两次进行浇筑。第一次浇筑至梁体顶面以下1.5m位置，并埋放拱脚预埋段定位支架的固定预埋件，在固定预埋件上安装拱肋定位支架，解决了0#块无法支撑固定的问题。0#块第一次混凝土浇筑后精确放样拱脚预埋段定位支架位置，在拱脚上、下弦管下管口位置分别安放支架A、支架B，在距拱脚上口56cm处安放支架C，通过与预埋拱肋支架定位钢板进行焊接固定。支架主要由I20工字钢、[10槽钢和钢板组成，见图9。

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采用全站仪测量上、下弦管位置及高程，调整拱肋至设计位置，使各项偏差满足允许误差要求。调整完成后，将支架滑移装置、拱脚与定位支架焊接固定，浇筑拱座混凝土。

5.2 钢挑梁平台搭设

通常情况下，将拱肋外边缘与梁体翼缘板边缘之间的距离控制在10cm，将拱肋拼装支架直接搭设在梁面上，对于梁体来说，如果无法提供相应的拱肋拼装平台，在这种情况下，需要采取相应的措施，对拱肋支架搭设平台进行加宽处理。

对于钢挑梁，通常情况下选用I20工字钢通过悬挑的方式进行搭设，挑梁的长度、外挑长度、梁面上固定长度分别为4.5m、1.6m、2.9m。对于支架加密区来说，顺桥向搭设间距控制在0.6m，对于非加密区，顺桥向搭设间距控制在1.2m。用φ20门型钢筋将钢挑梁伸入梁面一端，进而在一定程度上，通过焊接的方式，与梁体防撞墙预埋钢筋进行相应的固定，进而为钢挑梁的稳定性做好前提准备，在距离梁翼缘板边缘1.07m挑梁顶面上设置一道纵向扁担梁，沿主梁进行全桥贯通，将2根[20槽钢通过背焊方式组成扁担梁，每4m用竖向精轧螺纹钢将挑梁与梁面压紧密贴，经检算其稳定性及刚度满足要求。

安装完钢挑梁后，在其上纵向铺设5排14×14方木，间距16cm，通过铁丝将方木与挑梁进行固定，利用钯钉将两接头方木钉紧，其上满铺竹胶板，在一定程度上防止支架及拱部施工时坠物危及行车安全，同时为桥面以外支架提供支撑平台。

6 拱肋拼装施工

6.1 拱肋加工、运输、存放

钢管拱拱肋节段在工厂制造，试拼合格并且对焊缝检测合格后组织进场。钢管拱节段的装卸、运输在涂膜干燥后进行，运输过程中防止构件变形。节段运输到现场后根据拱肋安装顺序存放于桥下场地。

6.2 拱肋吊装施工分析及确定方案

支架上安装钢管拱肋最大节段重量20.18t，起吊高度最大45m，吊车作业半径最大18m，查吊车技术参数表，拱肋吊装选用260t汽车吊，按对称方式进行吊装作业，工前高速公路半幅封闭。

6.2.1 吊装顺序

吊装从下到上对称进行，拱肋及横撑安装顺序如下：BC节段→BC节段→ML→ML节段→LK节段→LK节段→8号K撑→CD节段→CD节段→1号K撑→DE节段→DE节段→2号K撑→KJ节段→KJ节段→7号K撑→JI节段→JI节段→6号K撑→EF节段→EF节段→3号K撑→FG节段→FG节段→4号K撑→IH节段→IH节段→5号K撑→GH节段→米字撑。

6.2.2 吊装作业

通过捆绑法进行吊装，在吊装前，对吊点位置进行计算，并对吊点进行试吊和调整，选用双股φ30mm及25t卡环钢丝绳捆绑拱肋，260t汽车吊自行完成拱肋翻身、起吊作业，拱肋最低点脱离地面后，观测拱肋角度，满足设计要求后吊装至拱肋支架上进行定位。考虑安全和拱肋的稳定性要求，拱肋吊装前，在拱肋接头处拉缆风绳，拱肋起吊成竖直状后，利用缆风绳将拱肋拉稳。

6.2.3 拱肋定位

通常情况下，在上节已定位拱肋下弦管的下端，对定位马板进行焊接，在支架上方吊装拱肋后，对于拱肋来说，其前端和后端分别落至钢支座上和定位马板上。

6.2.4 拱肋精调

每段钢管拱肋布设3个观测点，通常情况下，这三个观测点分别位于上弦管上管口为1点，下弦管上管口为2点，下弦管下管口为3点。如图11所示：

6.2.5 拱节焊接与拱肋合龙

当后一节段吊装时，对前一节段的接口处进行永久性焊接。接头施焊由拱脚向拱顶上、下游对称进行。拱肋及腹板在接头处采用对接焊缝，坡口型式为Y型，焊接工艺为CO2气体保护焊。外套管与上、下弦管采用贴角焊，焊接工艺为手工电弧焊。

合拢节段在加工时，每端预留10cm富余量。在吊装前一天，对两端缺口标高、坐标、长度进行精确观测，每隔2小时观测一次，以把握不同温度时缺口的变化情况，并连续观测合龙段本身的长度变化情况。

根据观测结果，确定合龙时间、温度要求及合龙口的精确长度，对合龙节多余部分进行切除。在第二天相同环境条件下，进行合龙节段的安装，安装时测量气温在10℃～15℃之间。

6.2.6 撑杆安装

K撑的横、斜撑吊安装随主拱安装对称进行，安装时两侧主拱段接口均已进行了永久焊接。

6.2.7 施工防护措施及实施情况

①支架临边防护：对挑梁顶面进行全封闭，于纵向方木上满铺竹胶板并设挡脚板以防坠物；于最外侧支架张挂双层密目铁丝网。

②拱肋焊接防护：主拱焊接时，焊渣易从安全防护网中穿过，掉落至桥下。高空焊接时为了消除风对焊接质量的影响及保温，我们对焊接部位采用彩钢板进行围护。焊接拱肋时，在焊接平台顶面铺设一层防火布防止焊渣引燃方木。

③道路保畅：吊装时公路半幅封闭，路政单位协助实施。

7 结语

本例连续梁—拱结构已于2012年9月顺利施工完成，过程中安全、质量受控，各项检测合格，本桥钢管拱内混凝土压注、吊杆安装及张拉等施工及相关后期检测本文未及。希望所述钢管拱安装能为同结构施工提供经验和技术借鉴。

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