连续梁拱拱肋异位拼装顶拉就位关键技术

王引富

(中铁十五局集团有限公司 上海 200070)

1 引言

大跨度连续梁拱近年来得到广泛应用，是我国桥梁设计、材料装备和施工技术进步的体现，同时满足了人们对交通出行安全舒适性的现实需求。作为跨越铁路、公路、水路和峡谷等特定条件的一种新型桥跨结构，不仅使得连续梁的跨度得到了提升，而且有效解决了连续梁中跨下挠的问题。由于连续梁拱同时满足了大跨度和高平顺的要求，因此在高速铁路桥梁建设领域得到了广泛应用。

连续梁拱通常采用先梁后拱法施工，分为连续梁施工和拱肋吊杆施工。连续梁施工要预处理梁拱结构的接口，拱部施工要做好拱梁的衔接工作。相关施工技术基本适用于连续刚构拱和系杆拱结构。

连续梁拱拱肋结构常采用钢管混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢箱或钢桁架结构等形式，以第一种应用最为广泛。施工方案依据跨越结构条件、水文地质情况、环境保护要求综合比选确定，通常有搭设矮支架和墩顶塔架转体装置卧拼竖转法[1]、搭设矮支架和主跨内提升架提升就位法[2-5]、搭设高支架大型起重设备原位拼装法[6-10]及异位拼装纵移就位法[11-12]等。

2 工程概况

新建郑州至万州铁路河南段控制性工程赵河镇跨南水北调干渠(74+160+74)m连续梁拱桥，设计里程为 DK244+226.9～DK244+537.16，于429#～432#墩跨越南水北调干渠。

连续梁采用单箱双室变高度直腹板箱型截面，跨中及边支点处梁高4.0 m，中支点处梁高8.5 m，梁高按圆曲线变化；箱梁顶宽14.2 m，中支点附近局部顶宽16.3 m；除0#梁段、边跨直线段在支架上施工外，均采用挂篮悬臂浇筑。梁拱结合部0#梁段上相应位置设置的拱脚、连续梁对应吊杆位置的吊点横梁，均与连续梁一体设计同步施工，确保连续梁和钢管混凝土拱肋及吊杆的精准对接。

拱肋采用钢管混凝土结构，计算跨度L＝160.0 m，设计矢高f＝32.0 m，拱轴线采用二次抛物线设计。拱肋截面为等高哑铃形，截面高度3.0 m，拱肋弦管直径φ1.0 m，由δ＝16 mm厚的钢板卷制而成，弦管之间用δ＝16 mm厚钢缀板连接，拱肋弦管及缀板内填充微膨胀混凝土；两榀拱肋间横向中心距11.8 m，设9道由4根φ450×12 mm主钢管和32根φ250×10 mm连接钢管组成空间桁架横撑。顺桥向按间距9 m设15组双吊杆，吊杆采用PES(FD)7-61型低应力防腐拉索，fpk＝1 670 MPa，Ep＝2.0 ×105MPa；吊杆上端穿过拱肋锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊点横梁下缘固定底座。采用GTQZ系列球形支座，各支点沿横向设3个支座，边支点支座竖向承载力7 000 kN、中支点支座70 000 kN。

3 拱肋施工方案技术经济比选及顶拉就位施工工艺流程

3.1 施工方案技术经济比选

本工程具有工期要求紧、施工难度高、成本管理严的特点，同时由于跨越南水北调干渠特殊的地理环境和水源保护的要求，需要对拱肋施工方案进行综合比选，已确定最优的可实施性施工方案。

(1)卧拼竖转方案(设计图纸方案)

该方案采用先梁后拱法，是原设计推荐的施工方案。施工工艺:连续梁施工完成，在桥面搭设拼拱矮支架和竖转提升系统(索塔及提升设备)。先进行左右两个半拱的拼装(75 t吊车在梁面上吊装)；其次进行两个半拱竖向转体至设计位置后，再利用梁面上吊车吊装合龙段、焊接拱肋成形；最后进行拱肋混凝土灌注及安装吊杆并张拉。

方案优缺点:一是连续梁施工完成后，安装矮支架、拼装拱肋、转体合龙等工序，施工周期长；二是竖向转体需要在0#块上设置索塔，索塔高达48 m，搭设难度大、高空吊装作业安全风险大；三是该方案利用物资及设备较多，造价较高；四是在拱肋跨度大、支架过高时具有一定的优势。

(2)高支架拼装方案

该方案同样采用先梁后拱法。施工工艺:连续梁施工完成，在桥面采用钢管(格构柱)及型钢(钢桁架)在成桥的梁面上搭设临时支架。先用两台75 t汽车吊将钢管拱拱肋分左右两个半拱逐段吊装到支架上进行焊接拼装；其次吊装合龙段、焊接拱肋成形；最后进行拱肋混凝土灌注及安装吊杆并张拉。钢管拱拱肋等钢结构及配件由汽车吊吊放至连续梁桥面，设置一台运输台车，负责钢管拱各节段的运输。

方案优缺点:一是由于支架搭设及拱肋节段吊装位于南水北调干渠上空，作业环保风险较大；二是拱部吊装的临时支架需要一次性搭设到位，跨中合龙段处支架距离梁面高达32 m，高空吊装作业安全风险大；三是采用的物资及设备较少，造价较低，但支架及拱肋安装的施工周期较长；四是在跨度较小时，施工简便，质量易于控制。

(3)异位拼装顶拉就位方案

该方案采用异桥位拼装钢管拱，然后利用梁面设置的轨道，在拱肋前进方向前端设置千斤顶拉动钢管拱整体纵移就位(见图1)。

根据桥位现场情况，钢管拱分节段进场到位后，在433#～438#墩简支梁范围内(74 m+160 m+74 m连续梁大里程侧)，设置钢管拱安装支架，采用两台130 t轮胎式吊车在地面上吊装，在支架上安装拱肋；钢管拱拼装焊接完成后，采用钢绞线将拱脚预紧，拆除支架安装纵移设备，使钢管到达设计位置；最后浇筑拱脚，等强后进行拱肋混凝土灌注、安装并张拉吊杆。

方案优缺点:一是连续梁悬臂浇筑和简支梁侧拱部拼装同时施工，有效缩短工期；二是拱肋拼装支架需从地面搭起，支架高空搭设及拱肋吊装作业安全风险大；三是拱肋高空吊装和移动作业，需要大型吊装设备和配套移动设备，施工费用大；四是对跨越的南水北调干渠影响最小，环境保护效应显著。

图1 拱肋异位拼装顶拉就位前照片

综合比较三种施工方案，由于当时考虑的最突出的问题是施工工期和南水北调干渠的环保问题，最终选定方案三即异位拼装顶拉就位方案作为实施性施工方案。

3.2 顶拉就位施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

图2 顶拉就位施工工艺流程

4 顶拉就位施工关键技术

4.1 连续梁拱脚设计及施工配合

由于异位拼装顶拉就位施工的特殊性，必须对拱脚进行设计和施工配合才能使拱肋顺利就位。在连续梁拱脚预埋段施工前，需要确定拼装钢管拱的方位、钢管拱拱脚滑移装置的设计、钢管拱预留连接段的尺寸等。

(1)两个拱脚预埋段和顶拉工艺对接方式要会商确定，采用针对性的设计方式和配合方案，确保拱肋顺利就位和精确对接。

(2)设计配合及根据施工工艺的要求，对拱脚钢管预埋段、结构配筋及连接、混凝土浇筑分层等，通过计算分析给出合理的设计方案。

(3)本工程430#墩(顶拉远端)，维持原设计；431#墩(顶拉近端)，在拱肋顶推之前，按变更设计浇筑部分拱脚混凝土(见图3)。混凝土最高处213 cm，预埋拱脚露出混凝土面40 cm，在拱肋顶推到位后，焊接嵌补段拱肋，然后二次浇筑拱脚混凝土。混凝土浇筑完毕，等强度满足要求后，张拉拱座部分的竖向精轧螺纹钢。拱脚一二次浇筑分界线处，存在切断钢筋和精轧螺纹钢的问题，接茬钢筋的预留长度按规范施工，精轧螺纹钢切断后用连接器连接。

图3 拱脚配合顶拉工艺设计(单位：cm)

4.2 异位拼装支架安装和拱肋吊装设计

钢管拱肋拼装支架利用引桥433#～438#墩间5孔简支梁范围场地搭设。采用4组共8根φ1 000×10 mm的钢管桩作为支架，钢管柱采用C30混凝土扩大基础，预埋钢板连接；钢管桩之间采用纵横向桁架式联接系连接，以增强支架的整体稳定性；由于支架从地面起到拱顶高达40 m，支架搭设采用处于简支梁梁面上的100 t汽车吊吊装(见图4)。

图4 拱肋异位拼装支架及吊装现场

全桥钢管拱结构重480 t，设计分为32节拱肋、11节横撑及其它配件。拱肋加工组拼为5段吊装，长度分别为两边跨41.589 m、两次边跨35.852 m、中跨21.958 m。选定2台QY130T汽车吊提升拱肋就位。

4.3 拱肋顶拉滑移系统设计及主要验算科目

钢管拱顶拉滑移系统包括拱座、贝雷梁横梁、底部支撑结构、走行轮箱、液压行走系统及轨道部分(见图5)。

图5 拱肋顶拉滑移系统

(1)走行轨道设计:两组轨道每组2根P43钢轨，间距50 cm，组中心距7.9 m。轨下为1.0 m宽、15 cm厚C30混凝土基础，混凝土基础表面预埋5 mm厚薄钢板便于固定钢轨。

(2)液压行走系统:采用移动前端两拱脚同步顶拉方案，千斤顶设置在夹轨器和轮箱之间，利用千斤顶顶推拉动拱肋向前移动。

每台千斤顶配置双油路ZLDB自动顶推油泵一台，由一个总控台控制两个工作千斤顶动作。

(3)走行轮箱及走行轮:按设计计算结果，每轮箱和轨道间设置4对共16对32个直径为60 cm的行走轮。

(4)主要检算科目:钢管拱安装横向抗倾覆验算、安装施工过程支架计算、钢管拱纵移过程贝雷梁结构计算、贝雷梁下底部支撑结构计算、拱座结构受力计算、走行轮轮压计算等。

4.4 拱肋纵移就位过程梁及支座部位检算及风险防控措施

该部分内容由于容易被忽视且特别重要，应引起特别关注。

(1)拱肋纵移过程简支梁翼缘板和连续梁顶板力学计算，技术参数包含走行轮数量、轮压及布置，简支梁和连续梁的设计及轨道基础等。本项目首先按原有的每轮箱两对行走轮进行检算，发现梁结构承载力不足，经修正按每轮箱设置4对行走轮，才能满足简支梁和连续梁的承载力要求。

(2)根据相关施工经验，大跨钢管拱纵移就位过程中，可能引起经过的交接墩支座脱空，造成纵移过程重大安全隐患。因此，必须对此工况进行计算，确定纵移过程交接墩支座处的受力状况。根据受力计算结果，采用反拉或压重的防范措施，使纵移过程支座不脱空，移动过程平稳可控。

5 结论及建议

2018年7月3日，经广大管理和技术人员的共同努力，160 m跨度钢管拱肋按照计划工期成功实现了异位拼装顶拉就位(见图6)。

图6 拱肋异位拼装顶拉就位后照片

作者通过多座大跨连续梁拱施工实践，对连续梁拱施工方案的选择和拱肋纵移施工技术提出几点建议，供类似工程参考。

(1)连续梁拱拱肋施工方案多种多样，所谓优缺点都是相对的。只有结合现场实际，进行经济、技术、安全、环保等综合比选后，确定的方案才是最合理的。

(2)牵引动力系统的选择非常重要。由于常规的纵移方案均为长距离行走，采用本工程步履式顶拉方式虽然平稳可控但时间较长。施工实践中，可以尝试在纵移线路前方提供反力架、穿心式连续作业千斤顶一次牵引到位工艺，以提高工效。

(3)为配合支架拆除和拱肋纵移，对拱脚进行锁定的贝雷纵梁及钢绞线组合结构安装和拆除工作较为繁杂，可研究采用安拆相对简单的其它单一结构形式，如钢绞线束或高强钢丝束从而取消贝雷纵梁。