无支架钢管混凝土系杆拱桥设计与施工

黄雪林

(宿迁市交通产业集团有限公司，江苏 宿迁 223800)

1 概 况

硕放桥位于无锡新区，跨苏南运河，老桥为斜拉桁架梁，桥跨为(20+45+70+45+20)m，因苏南运河“四改三”，不满足Ⅲ级航道要求，故拆老桥，原位建新桥。设计荷载：公路-Ⅰ级,人群荷载3.5 kN/m2。桥宽18 m。

2 桥型选择

主跨需满足苏南运河80 m×7 m的通航要求。根据桥位地形，经方案比选，主桥采用102.3 m钢管混凝土系杆拱。全桥跨径为：(5×20+22+20) m+102.3 m+7×20 m，桥长388.3 m，其中主跨及横断面如图1所示。

图1 主跨及横断面示意图

主桥跨越苏南运河，河中船只极多，不能设墩，为减少断航、碍航时间，采用无支架施工：即先在河边拼装拱肋、吊杆钢管和系杆角钢，焊成整片骨架后用浮吊将两片骨架吊装就位并用风缆固定，焊接风撑，形成轻质高强的结构。

3 结构设计

3.1 重点需解决问题

主跨99.1 m，采用无支架施工，抵抗水平力是设计的重难点。故设计了由拱肋钢管、吊杆钢管及系杆角钢组成的钢骨架，利用角钢来抵抗水平力。

3.2 拱肋

拱肋采用哑铃型钢管混凝土，矢高19.82 m，矢跨比1/5，拱肋高2.6 m，钢管外径1.1 m，壁厚14 mm，内充C40微膨胀混凝土。

3.3 系杆

系杆为高200 cm×宽120 cm箱形截面，腹板及顶底板厚25 cm，系杆内埋设由4根180 mm×140 mm×25 mm角钢焊成的劲性骨架，拱脚连接如图2所示。

图2 拱脚处连接示意图

3.4 吊杆

每片拱设间距为5.45 m的刚性吊杆17根，外侧钢管为φ299 mm，壁厚10 mm，内穿钢绞线成品索。

4 主桥施工

4.1 主要工程量

见表1。

表1 主要工程数量表

4.2 机械设备投入

见表2。

表2 机械设备投入数量表

4.3 工程难点

(1)拱肋安装方案的选择是重难点。运河航运繁忙，支架施工耗时又碍航，还存在船撞风险，选择少碍航、方便快捷的施工方式是重难点。根据现场情况，劲性骨架在北岸边空地上拼装，采用浮吊将其分片整体吊装就位。

(2)吊装就位精度和标高控制要求高。主桥跨径达100 m，矢高近20 m，劲性骨架单片重约200 t，如何将其安全快速地从拼装场吊装到位且满足线型、标高控制的需要，对吊装能力是极大的考验。

(3)劲性骨架架设为水上作业，航道封航时间有限，作业要求高。在有限时间内，浮吊在几十米空中吊装近200 t，水上的调度、回旋存在一定的风险，对作业安全提出了更高的要求，故需做好应急预案。

4.4 方案概述

杆件由陆运、水运至现场，在北岸边预拼场拼装劲性骨架，采用150 t浮吊整体吊装。步骤如下：

(1)基础、主墩施工，如图3所示。

图3 基础及主墩施工

(2)汽车吊拼装劲性骨架,如图4所示。

图4 骨架拼装

(3)浮吊分片吊装,如图5所示。

图5 浮吊分片吊装

(4)安装风撑及临时横撑,如图6所示。

图6 安装风撑及临时横撑

待劲性骨架架设完毕(图7)即按设计施工流程完成拱脚及端横梁、拱肋混凝土、系杆、中横梁、桥面板、桥面系并成桥。

图7 劲性骨架架设完毕

4.5 方案详述

4.5.1 支架基础

进行场地平整,确定支架及基础位置，用圆木桩进行基础加固。

4.5.2 临时支架

临时支架分拱脚支架和拱肋支架。拱脚支架以型钢焊接拼装；拱肋支架以钢管格构柱支架为主,必要时采用贝雷桁架支架。

4.5.3 拱肋和系杆骨架的安装

拱肋安装根据分段长度、宽度、重量，采用汽车吊和履带吊相结合。先安装拱脚段骨架，由两端向中间安装并合拢。

系杆骨架安装同样由两端向中间合拢。安装过程中，边起吊安装边进行高程线型的调整和码板的焊接固定。

在拱肋和系杆骨架全部安装焊接并验收合格后，即安装吊杆。先安装吊杆上部，并焊接固定，吊杆下部待吊索穿插后焊接固定。

系杆骨架内的钢筋和钢绞线的安装在吊杆安装后进行，为减轻吊装重量，尽量减少其安装量。

单片骨架安装重量在200 t左右，考虑风荷载等因素，采用2台150 t浮吊吊装。

4.5.4 单片系杆拱安装

安装流程为：技术交底→安装支座→确定拱脚边线、中心线→钢管拱落架前加固和支架下落→焊接剪刀撑→浮吊就位→安装吊索和缆风钢丝绳→解除钢支撑→起吊第一片劲性骨架→浮船移到河中间→旋转90°→向桥位移动→劲性骨架就位→测量精调位置、垂直度，监理验收→固定拱脚段，缆绳拉紧固定→脱卸起重吊索→安装第二片劲性骨架→焊接风撑→焊接临时横梁→解除缆绳索进行下道工序。

其中几个关键环节的操作流程为：

(1)单片拱起吊：浮吊停在北岸拼装场地，用钢丝绳临时固定，两只浮吊用钢丝绳连接。起吊前，拆除脚手架，安装钢丝绳。在吊点位置上下半圆包1 m宽橡胶块，安装拱上部和下部6根17.5 mm缆绳。准备工作完成后，两台浮吊垂直于河岸线，同步缓慢起吊，两吊点高差不超30 cm，采用标尺和测量仪器控制，每30 cm测量一次。起吊至拱片离开支点10 cm后停止，拱脚两端用粗麻绳拉好。对系杆拱全面检查一次，观察变形，测量预拱度，拱度误差不大后，正式吊装移位。

(2) 浮吊移位：拱肋起吊后，起重钢丝绳缓缓提升，使拱脚脱离胎架，后用后锚钢丝绳将浮吊向后退至河中间，将前锚左侧钢丝绳伸到对岸并牵引转身，将浮吊旋转90°，使其朝向桥位方向，解开前后锚，启动移位装置，向桥位方向移动，距桥位50 m左右时，将钢丝绳捆在墩柱上，卷扬机牵引钢丝绳往前, 在桥位处稳住浮吊落梁就位，接近拱脚支点上方约50 cm时，待浮吊稳定后将拱肋缓慢下放落架至支座上，2台浮吊同时缓慢的部分卸载70%，拉紧8根横向缆风，用全站仪测量和垂球控制拱片竖直度，横向缆绳由5t手拉葫芦收紧并调整拱肋轴线及拱片竖直度，检验合格后紧固缆绳索，拱脚段钢结构与支座处预埋钢板用双拼25工字钢连接后，浮吊卸载脱钩。

用同样方法吊装第二片拱片，在第二片拱片接近主墩时，将第一片拱肋上的2根备用缆风绳穿过第二片的适当位置替换原来的两根缆风绳。第二片拱片安装就位后，调整好轴线， 松开一侧浮吊(另一浮吊不动)，吊装最高点风撑和一道临时中横梁，设好横向缆风绳后卸载全部脱钩，由高到低对称安装其余风撑和临时横梁。

(3) 拱肋安装：拱肋就位前，在墩顶预埋的20cm×20cm×1 cm钢板上焊接20#槽钢控制纵向位置，拱肋就位后，即在拱脚处生好斜撑以固定拱肋。随后拉紧设在拱肋两边5#吊杆上端处4根缆绳，缆绳与拱片大约成40°，分布在拱肋两侧30 m外，缆风绳采用φ17.5钢丝绳，用5 t手拉葫芦收紧。随后进行垂直度、轴线的贯通测量。如有偏差，用缆风绳调整。达设计要求后，焊接拱脚处连接钢板。

线型高度在水平向用手拉葫芦调整，高程用千斤顶调整，微调到位后，焊接码板固定。

4.6 钢结构监控安装

拱肋和系杆骨架的安装测量监控，采用全站仪和经纬仪进行控制；用经纬仪、水准仪、卷尺进行复合检测。

吊装前，做好混凝土结构和钢结构连结部位的轴线、高程、位置的交接，并进行前后工序的复测,明确各部位的误差和修正措施，减少吊装后的修正。

轴线控制，以全站仪控制轴线测量点，拱肋起吊安装前，检查控制点的位置；必要时，可在测量点上贴反光测量片以便观察测量，曲线段需加密控制点。拱肋安装后，测量其位置是否准确。必要时，利用千斤顶微调。

5 结束语

钢管混凝土是一种承载能力高、塑性和韧性好、方便施工的新型组合结构材料，它充分地发挥了钢材和混凝土的力学性能。本桥采用的结构形式，国内已有数座建成并投入使用，但在同等跨径下采用劲性骨架吊装的无支架施工尚不多见。设计中充分考虑了钢管混凝土系杆拱桥的受力特点，以及施工顺序对结构的影响，实现了跨河无支架施工，架设时只需断航半天，大大缩短了断航、碍航的时间，经济、社会效益十分显著。