中承式钢桁拱桥主拱施工重难点研究

荀 世 祥

(贵州建设职业技术学院，贵州 贵阳 550008)

中承式钢桁拱桥主拱施工重难点研究

荀 世 祥

(贵州建设职业技术学院，贵州 贵阳 550008)

以某中承式钢桁拱桥主拱施工为例，对悬臂拼装与三大段拼装两种施工方案进行了对比，指出主拱三大段吊装较悬拼施工具有安装精度高、结构整体性好、工期短等优点，并阐述了其施工工艺流程，为其推广应用提供技术支撑。

中承式，钢桁拱桥，施工方案，三大段拼装

某大桥桥型为中承式钢桁拱，跨越某江河主航道，主跨400 m，桥拱中心与河面中心一致，水道上设置两个主桥墩。主桥为160+400+160三跨连续刚架拱桥，吊杆间距为10 m。

该江河主航道为内港航道的主要组成部分，河面较顺直，河面宽约600 m，水深条件良好，航道等级为通航5000DWT杂货船，航道按底宽100 m，水深5.0 m尺度进行维护。

1 施工方案制定原则

为确保顺利、安全及优质地完成大桥的施工任务，主跨钢桁拱安装的施工方案是关键，在制定其方案时，主要考虑如下因素：

1)通过经济技术比较，优化设计及施工方案，在确保施工质量和安全的前提下，最大限度节省投资。2)方案的制定应考虑尽量减少对航道的影响，因施工方案造成对航道的影响，需事先征求航道管理部门的同意，通过鉴定协议，并制定相应的实施细则，保证施工与通航两不误。3)钢桁架拱安装过程中结构体系明确，采取的工艺措施要可靠，确保安全。4)采取可靠措施，使主拱合龙后符合设计的线形和应力状态。

2 施工方案的技术比较

2.1 悬臂拼装

采用悬臂拼装法施工，主要存在以下技术方面的问题较难解决：1)缆索吊机及扣索锚锭设置困难，若在过渡墩上设置，需对过渡墩进行加强；且锚锭的横向布置值得商榷。2)主拱吊装必须在三角刚架、边拱及引桥完成后才能开始，无法与下构及边拱平行施工，各部工序工期很紧张，总工期很难保证。3)缆索吊机的起重能力有限，只能小节段安装，造成空中拼装节点过多，影响整个拱肋的质量。4)在悬拼过程中，各节段通过斜拉索扣在扣塔上，一则需要扣塔有足够的高度、强度和刚度，再则由于采用单杆件栓接，其安装位置由螺栓孔决定，拱肋的调整只能通过收放扣索进行，而由于拱肋刚度很大，扣索收放必须要求所有已安装的中、边跨扣索同步协调进行，使拱肋的调整非常困难，在拱肋悬拼过程中发生拱轴线偏位较大时几乎无法进行调整。5)悬拼过程中，尤其是最大悬臂阶段，对其横向稳定性和抗风能力要求很高，此外由于悬拼过程时间很长，跨越台风季节，增加了施工的风险性。

2.2 三大段拼装

1)随着我国经济、技术实力的增强，各种大型起重设备及先进技术被运用到桥梁建设中，采用三大段安装方案，适应当前技术发展形势，具有创新性和先进性。2)采用三大段安装，各种工况结构体系明确，采用的浮运、垂直提升等主要工艺措施成熟、可靠，保证了本方案安全顺利的实施。3)主拱三大段均在支架上拼装，各拼装单元可在支架上反复精确就位后焊接成大节段，其大段拼装的精度可得到充分保证。4)三大段提升就位后可进行反复精确调整再合龙，使整个拱圈的线形很容易与设计拱轴线形吻合，从而保证成桥阶段的荷载内力与设计计算值吻合。5)主拱三大段的拼装与下构施工互不干扰，可同时进行作业，使全桥施工工期有充分保证。6)本方案实施对航道的干扰小，并已事先征得航道部门的认可，通过与航道部门签订“24 h封航协议”，完全能够完成主拱中段的安装。且封航仅针对主航道，在主拱中段提升过程中，两侧边段已安装就位，其净高、宽度均能满足一般船舶的通航要求。经两方案的比较，主拱三大段吊装较悬拼施工具有拱肋安装精度高、结构整体性好、工期短，质量保证、技术成熟先进，风险小，安全可靠等诸多优点，故选用三大段吊装方案。

3 施工步骤

主拱分为三大段安装。

1)支架上卧拼主拱边段；主拱边段提升就位。主拱中段在水上拼装场拼装后，转载铁驳船，张拉中段临时系杆。2)主拱中段浮运到桥位处，利用提升支架吊装就位，临时支撑在提升支架上，连接合龙段，拱肋合龙(边段拼装支架及栈桥已拆除，保证在浮运提升过程中，一般船舶可在边段下保持通航)。3)吊装主跨吊杆及系杆—系杆合龙。4)解除主拱中段竖向临时支撑。5)解除主拱中段临时系杆，进行体系转换，主拱形成简支系杆拱。6)与边跨对称施工桥面纵、横梁。7)与边跨对称安装主拱预制桥面板。8)与边跨对称施工桥面后浇层。9)拆除所有施工临时支架，桥面二期荷载施工；成桥并进入运营阶段。

3.1 主拱边段组拼、提升就位

1)拼装支架；2)节段运输；3)边段组拼。边段在桥位处已施工好支架上卧拼，边段分为三节主拼单元，由拱脚向跨中安装。各主拼单元均通过驳船运输至起吊平台，双悬臂龙门吊起吊，并将组拼单元就位于支架上。边段上下游拱肋组拼完成后，安装横撑，拆除龙门吊，同时将提升支架接至预定高程，为边段整体提升做好准备;4)边段提升。

3.2 主拱中段组拼

主拱中段组拼场由一台双悬臂龙门吊、龙门吊行走轨道及拱肋拼装支架组成；双悬臂龙门吊机采用万能杆件拼装，行走轨道设置在拱肋内侧，铺设在(钢管桩+贝雷梁—栈桥)上。钢管桩打设完成后，按拱肋拼装标高割除钢管桩至预定标高，桩顶纵横向用型钢相互连接。

主拼单元通过浮吊卸于起吊平台上；通过双悬臂龙门吊起吊，纵、横移至安装点，并就位于支架上。在各单元就位并精确调整后，再利用龙门吊拼装腹杆及上弦杆，然后按照焊接工艺要求，进行焊接，形成主拱拱肋，两道拱肋成拱后，安装水平横撑，以增强主拱中段水上浮运及起吊时的整体稳定性。

3.3 主拱中段的临时系杆张拉、脱离支架—转载驳船

1)主拱中段临时系杆。张拉临时系杆的目的是将组拼好的拱肋由梁体系变成拱体系，同时使得该段拱的内力和拱轴线满足合龙计算的要求。临时系杆的锚固点设在中段四个节点的下弦，在下弦钢箱侧臂上设置钢锚固结构将张拉力传给拱肋。临时系杆每束可单独张拉，单独锚固，锚固的方式采用锚箱加垫片的形式，便于收紧和放松。临时系杆在拱结构上船后并拖离拱架再张拉,使此时拱的内力和线形满足合龙计算的要求。具体操作按张拉力及拱肋上挠值双向控制，并以拱肋上挠度为准。

2)脱离支架—转载驳船。a.准备工作：主拱中段组拼完成后，拆除龙门吊及两端支架，使拱肋处于双悬臂状态，同时将驳船的位置空出。b.驳船压载：保证驳船进入栈桥浮托主拱中段时有足够空间安全作业距离，故驳船需要进行必要的加水压载工作。驳船压载至计算吃水要求后检查驳船的纵向和横向水平度，保证驳船的纵向吃水差不超过±8 mm，横向吃水差不超过±5 mm。c.驳船就位：准备工作做好后，待低平潮开始涨潮时装船。监测两驳船的间距及其他技术数据，保证两驳船及主拱结构的安全，并满足浮拖的要求。

3.4 主拱中段浮运

组拼场距桥轴线距离不宜过长,确保主拱中段水上运输的顺利进行。

锚锭布置：锚锭按运输线路的要求事先布置好，锚缆端头系在工作船上，锚缆沉入江底，不影响正常通航。

选择一风平浪静的天气进行浮拖。

1)驳船纵移主桥位。为了防止两驳船在转弯及拉移过程中发生位置偏移，同时保证两驳船移位过程中的受力均匀传递，在驳船的艏、艉部进行钢缆连接及交叉拉索连接工作。

首先在驳船的艏、艉部连接钢缆，以保证两驳船在逐步绞移时两驳船的相对位置及稳定性。

检查驳船、发电机组、液压绞拉机及其他机械的状况，保证机械有良好的作业状态。

开动液压车、缓慢绞、松各移位锚缆及钢索，把两驳船平稳、同步、匀速地绞移出临时停泊位。

在两驳船艏部移出泊位时，稳定两驳船。先进行两驳船艏部的钢索连接工作，然后进行两驳船的交叉拉索工作。

检查驳船的相对位置，确定一切正常后按照纵向绞移工艺把两驳船绞移至驳船转向预定位置。

2)两驳船的转向。按纵向绞移驳船工艺要求平稳匀速地绞拉两驳船至转向预定水域后稳定两驳船。两驳船旋转到预定位置后稳定两驳船。在两驳船转向过程中驳船上和岸上的监测系统进行同步测量，把驳船的移位转向情况和相对位置报给船总指挥，总指挥根据测量情况来控制各液压绞拉机的作业。

3)两驳船纵向移位至主拱安装现场。按工艺步骤重新连接纵向移位锚缆，保持两驳船组的纵中轴线垂直于大桥的中轴线，缓慢平稳地绞拉两驳船前进。到达桥址附近时减慢绞拉速度直至两驳船停止，稳定两驳船。逐步移船位至安装位置，由测量系统监测两驳船至精确吊装位置，绞紧锚缆，稳定船位。至此可以进行主拱中段的吊装工作。

3.5 主拱中段提升就位

提升支架：在拱肋四个吊点处分别设置提升支架，每个提升支架采用钢—混凝土组合灌注桩柱：将钢护筒打入河床下，穿过淤泥层、砂砾石层、进入亚粘土层；采用回旋钻钻孔，进入中风化层，然后灌注水下混凝土，混凝土灌注至河床面，形成嵌岩桩；然后继续接长钢护筒至预定标高，并在四根钢护筒之间设置多道横向联系，这样就形成了钢—混凝土组合桩柱。在桩柱顶上作菱形提升架，其前支点落在前排桩柱中心、后支点锚在后排桩柱中心，每个提升架由两道菱形提升架组成。

在起升过程中采用激光测距仪对提升的4个吊点进行监控。

3.6 主拱合龙—体系转换

主拱中段提升就位并支撑于支架上，经精确调整，保证其轴线位置和标高满足设计和规范要求，安装主拱边—中段之间的合龙段，并焊接。然后进行主拱吊杆和系杆安装，安装完成并统一调整高程后，焊接系杆接头。

完成上述步骤后，即可进行主拱体系转换：先解除中段竖向支承，然后临时系杆张力逐步释放，并逐步转移到永久系杆上，此时，拱的内力和轴线将发生变化，变化到终值时的拱力和线形就与一次成拱时的内力和线形一致，边段自动脱拱架，这就顺利地完成了合龙和体系转换。

整个过程要进行及时的监测监控。

3.7 后续工序

1)主拱吊杆、系杆施工；2)边拱施工；3)纵、横梁及桥面板施工；4)行道及桥面系施工；5)防撞护栏施工；6)伸缩缝安装。

3.8 监测监控措施

在施工过程中，将对主拱组拼、主拱中段张拉、脱拱、上船支点转换、浮拖、提升支点转换、提升过程及主拱合龙等主拱组拼及吊装的全过程进行严格的监测监控。

在主拱组拼过程中，将先测量、调整支架的位置及高程，使之符合设计线形。在节段吊装拼装时，用全站仪随时测定各点的标高及平面位置，发现偏差及时纠正，以保证拼装时的线形精确。

在浮拖过程中，将用布置于船上的激光准直仪及光电测距仪直观连续地测量出船的错位、开合，用布置于岸上的光电测距仪、全站仪测量驳船的四角高差及中段的准确位置，同时测量出主拱段关键杆件的内力，将其控制在安全预控范围内。并及时指导各锚机松绞锚缆，以保证主拱中段浮拖过程的安全。

在主拱中段提升过程中，将用液压同步千斤顶同步提升。同时，在起重索钢绞线上亦布置应变片，用应变仪随时观测其受力情况，并用光电测距仪对提升主拱的四个吊点进行监控，保证主拱中段提升过程安全、平稳。

主拱合龙时，将全面测量整拱的线形，测量调整合格后，才能进行合龙段拼装、焊接，焊接完并对焊缝进行射线检查合格后，才能将中段支承千斤顶及临时系杆逐步放松。一并进行应力监控。并同时监控千斤顶及临时系杆释放力的同步性及两拱座上简支支座的移位情况等。确保主拱合龙万无一失。

[1] JTG TF50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[2] 钟善桐.钢结构[M].武汉：武汉工业大学出版社，2005.

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[4] 王福敏，徐 伟，李 军.特大跨径钢桁架拱桥设计技术[M].重庆：重庆大学出版社，2010.

Research on main and difficult points of main arch construction at half-through steel truss arch bridge

Xun Shixiang

(GuizhouConstructionVocationalandTechnicalCollege,Guiyang550008,China)

Taking the main arch construction of some half-through steel truss and arch bridge as the example, the paper compares the two construction schemes, including the cantilever assembly and three-block assembly, points out the latter has higher installation accuracy and better structural wholeness with shorter construction period, compared with the cantilever assembly construction, and illustrates its construction craft procedure, so as to provide some technical support for its application.

half-through, steel truss arch bridge, construction scheme, three-block assembly

2015-04-21

荀世祥(1975- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)19-0147-03

U448.22

A