南水北调拱桥拱肋少支架吊车安装施工方法

□ 曾庆华（河南省水利第二工程局）

1 工程简介

解放大道公路桥长86m，主、辅道合计宽46m。全桥共两片拱肋，主拱肋采用钢管混凝土空间桁架结构，拱肋中心间距为25.50m。拱肋高3.60m，宽2.00m,截面为矩形。两片拱肋由18节分装组合。拱肋矢跨比为1:4.25，拱肋中心高度为20.10m，拱轴线采用二次抛物线线型。两片拱肋间共设3道横撑，均为一字撑，以增强拱肋的抗压稳定性。主弦钢管内灌注微膨胀或无收缩C50混凝土，上下平联及腹杆为钢管结构。

单片拱肋的四根主弦钢管规格为D800mm，其壁厚为18 mm。两上弦及两下弦钢管间的平联杆采用D450×12mm钢管联接，腹杆采用D350×10mm的短钢管联接，共同组成空间钢桁架。全桥钢结构安装总重393 t。

2 施工中要解决的主要问题

2.1 钢管混凝土拱桥拱肋的安装架设

依据施工图纸，钢管拱架设，设计每片由非等长9节组成。两端节预先埋设在设计混凝土拱脚内，其余7节，分节段吊装空中组合的设计方案。

2.2 施工方法

查阅相关资料，结合工程现场实际情况，决定钢管混凝土拱桥拱肋的架设，采用少支架施工法。

2.3 少支架施工法

利用临时支架支承钢拱肋并作为拼接平台，吊车将钢拱肋吊到临时支架钢托盘上，支架顶设置两台微调千斤顶,对节段标高进行微调,对称逐段安装,最后合龙段安装。

3 钢管混凝土拱桥、拱肋的架设施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图

3.2 施工操作要点

3.2.1 施工准备

3.2.1.1 支架加工

支架根据拱肋分段架设高度进行尺寸设计，然后根据上部重量（包括拱肋自重和混凝土重量）进行支架受力计算。支架计算一般计算强度、刚度和稳定性。根据计算结果进行材料配置，立柱采用Φ820×10mm的螺旋钢管，钢管材质为A3钢。为确保钢管支架的稳定，钢管之间采用［25a槽钢、［16a槽钢、［8槽钢和50mm×5mm角钢制作成桁架进行连接。支架在工厂加工成型，现场进行拼装。

3.2.1.2 支架搭建

先进行支架基础设计：钢管基础预埋件采用δ=12mm钢板，基础尺寸应根据现场地基承载力设计，基础预埋件中间设置Φ450mm的振捣孔。其中立柱基础大小为1200 mm×1200mm×400mm，采用C30混凝土。混凝土基础局部承载力按公式（1）计算

式中:Fl—局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值；Al—局部受压面积；ω—荷载分布的影响系数：当局部受压面上的荷载为均匀分布时，取ω＝1；当局部荷载为非均匀分布时(如梁、过梁等的端部支承面)，取ω＝0.75；β—混凝土局部受压时的强度提高系数，按公式（2）计算。

复核地基承载力，若不能满足要求，则进行基础处理。

混凝土基础施工完成后，立支架钢管，钢管在工厂按现场高度定长加工，钢管立柱之间的连接槽钢在现场地面拼接完成，形成人字形，钢管和桁架均采用50 t汽车吊整体吊装，钢管立柱每两处安装到位后，立即安装连接桁架。

3.2.2 钢管拱节段进场验收

为了保证钢拱组装时成型线条流畅光滑，工地架设尺寸到位，拱肋在工厂制作时采用专用胎架，以防止拱肋的扭曲。节段加工完成后，并按照设计图中的施工拱轴线在工厂进行了试拼。钢管拱节段运至现场后，对钢管拱节段进行检查验收。

3.2.3 钢管拱节段吊装

节段安装由拱脚向拱顶方向安装，先将节段下端马板焊在端部，径向顶部、两侧各一个。根据计算采用70 t，100 t汽车起重机台吊拱肋节段，下端对准拱脚预埋段，使端部马板卡住拱脚预埋段，上端轴线中心点对准支架上事先标注的轴线点，将拱肋放在钢托盘上，再用千斤顶精调轴线和高程，确定满足要求后，将钢托盘焊在支架上，下端连接板焊在拱脚段上，完成该节段安装。依次对称循环上升完成上节段及横撑安装。节段安装如图2。

图2 拱肋节段安装示意图

3.2.4 钢管拱顶合龙

钢管拱合龙节段，在加工时预留了10 cm的余量，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。合龙节段按左、右幅分别安装，安装应选择在气温在10～15℃之间进行，并应尽快完成。

3.2.5 工地焊接

钢拱肋采用Q345qD材质钢板卷制而成，工地焊接采用钢衬垫手工电弧焊，焊接采用E5015焊条。

4 施工临时支架材料（两片拱肋同时架设）

4.1 材料

支架安装所用主要材料见表1。

4.2 工程施工机具设备

所用主要机具设备见表2。

表2 所用主要机具设备见表

5 执行标准

本工程执行下列规范和标准：《公路桥涵施工技术规范》（JTGF50-2011）、《钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）、《钢结构工程质量检验评定标准》（GB50221-2001）等标准及其他有关规定。

6 结语

钢管混凝土拱桥拱肋的架设的施工方法主要有：支架施工法、转体施工法、缆索吊装法以及混合施工法。缆索吊装法和转体施工法主要用于跨越山谷、大江大河等不适宜搭设支架或根本无法搭设支架的场合；其特点是需要专业的施工队伍，施工难度大，技术要求严，费用较高。支架法分满堂支架和少支架法，在拱肋离地面不高或桥下水位不深，通过缩窄河道可以留有足够开阔平整的场地的情况下，可采用少支架法安装。少支架安装钢管混凝土拱肋的优点在于无需大型的吊装设备，拱轴线形容易控制，施工快捷，安全性高，且施工费用较低。

[1]王玉银，惠中华.钢管混凝土拱桥施工全过程与关键技术[M].北京：机械工业出版社,2010.

[2]陈宝春.钢管混凝土拱桥[M].2版.北京：人民交通出版社,2005.

[3]周兴水，大跨度钢管混凝土桥拱肋少支架安装法[J].徐州建筑职业技术学院学报,2005,05（2）,03.