钢管混凝土提篮拱桥钢管拱肋施工技术

2010-07-30刘志波

铁道建筑 2010年6期

刘志波

(中铁十四局集团第四工程有限公司，济南 250002)

1 工程概况

广深港客运专线广深段沙湾水道特大桥上跨市良路，与市良路斜交31.4°角，桥长112 m，桥下净空高度32.9 m，前后墩位处分别为滴水岩山体和沙湾河道。本工程具有跨度大、净空高、跨路施工、工作面狭小等特点，因此拟采用门式支架施工方法。

拱肋采用悬链线线型，拱肋平面内矢高为22.4 m，矢跨比为1∶5。拱肋横截面采用哑铃形混凝土钢管截面，钢管直径为1 200 mm，厚18 mm。拱肋在横桥向内倾9°，形成提篮式，提篮拱按尼尔逊体系布置吊杆。拱顶处两拱肋中心间距9.19 m，拱脚处两拱肋中心间距16.20 m。采用单箱三室预应力混凝土系梁。

2 钢管拱肋施工方案比选

根据设计要求，提篮拱桥采用先梁后拱的施工方式，但对于钢管拱肋施工，共考虑了三种方案进行比选:满堂支架方案、竖转方案和门式钢管支架方案。

满堂支架法施工由于需要大量支架材料，而桥面空间有限，无法展开工作面，机械设备无法上桥施工，因此该方案不满足要求。

竖转法施工对起吊及平衡系统和拱脚旋转装置的质量要求较高，必需对系梁进行重新评估、加固，并加工起吊设备，致使工期延长和造价增加。

门式钢管支架方案则在系梁上搭设门式钢管支架，采用两台50 t轮胎式起重机吊装拱肋节段，精调到位后焊接成型。该方案易操作、工期快、造价省、占用空间小，最终确定该方案，其立面如图1所示，共设置8个门式钢管支架，对称布置。

3 门式钢管支架设计与验算

3.1 门式钢管支架设计

图1 门式钢管支架立面布置

根据工厂加工、运输情况和门式钢管支架吊装方案要求，钢管拱肋将分为9个节段进行加工制作、预拼和空中焊接。根据拱肋分段情况，在拱肋接头处设8个门式钢管支架，主受力立杆采用φ325 mm×δ10 mm钢管，连接杆件采用φ159 mm×δ6 mm钢管，横向联系桁架采用 φ273 mm×δ8 mm钢管。在拱肋下缘约50 cm的横向联系桁架上，搭设拱肋钢管安装施工平台。

门式钢管支架高度自拱脚向跨中由13.85 m逐渐变至23.21 m，横桥向宽度由14.83m变至11.44 m，跨中处门式钢管支架布置见图2。每个门式钢管支架整体制作，整体吊装，保证其焊接质量和整体稳定性。

3.2 门式钢管支架设计方案验算

根据门式钢管支架的结构影响，选择拱脚处和跨中处支架进行稳定性分析。计算采用MIDAS/Civil通用空间有限元分析软件，建立支架模型如图3所示。分别进行偏载和中载作用下两种工况的计算，考虑施工过程影响，荷载采用400 kN集中荷载。拱脚支架和跨中支架在偏载和中载作用下变形和稳定性系数的计算结果汇总于表1。

图2 门式钢管支架正立面

图3 跨中处支架模型

表1 支架模型计算结果

从计算结果中可以看出:①支架强度安全可靠，其弹性变形均<1 cm，但需考虑支架变形对拱肋钢管安装精度的影响;②支架稳定系数较大，满足施工要求，但稳定系数随支架高度的增大而变小，故需对高度较大的支架采取加强稳定性的措施。通过有限元计算分析，确认该支架设计满足施工要求。

4 钢管拱肋施工工艺

4.1 门式钢管支架制作

门式钢管支架选材应符合规范要求，门式钢管支架的尺寸、角度、垂直度等必须严格按照设计图施工，偏差必须在钢结构规范允许范围以内。

门式钢管支架在系梁顶面上制作，首先焊接成整体门式支架，再用起重机整体吊装立起。为抵抗风力水平推力，设置足够的缆风绳，增加整体稳定性。在门式钢管支架的桁架上安装可调底座，通过可调底座来调节控制拱肋钢管的安装高程。

4.2 工艺流程及施工顺序

提篮拱钢管拱肋施工工艺总体流程为:运输→起吊→就位→连接→精确调整→点焊固接→调整拱肋线型→安装横撑→焊接→探伤检测。

吊装顺序总体如下:首先安装拱脚处门式支架，并吊装第一段拱肋钢管，其次对称安装另一侧拱脚支架，并吊装第九段拱肋钢管，以后逐步对称安装各门式支架和分段拱肋，直至最后吊装合龙段拱肋及横撑。

4.3 钢管拱肋安装

1)拱肋运输:检测拱肋各节段的焊缝质量及各部位几何尺寸，合格后出厂，运输至安装位置下方。然后用2台50 t轮胎式起重机以抬移法起吊，纵移时平行抬移，即两吊车抬吊拱肋向同一方向摆臂(或伸臂);横移时转动抬移，即两台吊车中一台停臂不动，另一台通过摆臂(或伸臂)来实现横移。

2)一般节段的吊装:拱肋节段运至安装点后，由有经验的起重工指挥起吊。用两台50 t吊车起吊，采用吊点加钢丝绳捆绑方法，通过倒链慢慢调整拱肋的空中姿态，慢慢地移至接头处，使其与先前安装节段(或预埋段)接头处对接板吻合。然后测量拱肋端头处的高程及轴线位置，通过可调底座和倒链逐步调整高程和轴线位置，达标后将拱肋钢管与支架临时焊接定位，慢慢放松吊点，使拱肋完全由支架支撑。

3)合龙段的吊装:合龙段的安装要选择在温度14℃～20℃的环境下进行。在拱肋合龙前，对已安装拱肋进行精确测量，并根据需要进行温度修正，选择温度稳定时实施合龙。合龙时，先将两段拱肋适当抬高，再慢慢将拱肋下放，合龙段慢慢靠近接头，直至合龙段正确对位。对位后应立即进行测量，并根据测量结果调整拱轴线，直至符合要求为止。最后进行焊接连接，松开吊车吊索，撤走起重机。

4)风撑安装:两拱肋间横向支撑与拱肋安装同时进行。横撑根据设计预先加工成型，运输到施工现场后，通过吊车吊高至横撑与拱肋相贯位置，然后对中、调整、检查、焊接，斜撑按同样的施工方法进行。

5)轴线调整:在拱肋焊接前、安装风撑前及风撑安装完成后，应对拱轴线进行测量，并根据测量结果对拱进行调整，直至符合要求为止。定位时，利用红外线全站仪射出定位点坐标的红外线光束，然后调整拱肋钢管使其中心测点与光束对中，即完成拱肋的准确定位。

6)焊接:拱肋钢管在对接处固定后进行施焊，焊接在作业平台上进行。钢管焊接采用手工电弧焊，风撑与拱肋、风撑间相贯线、节段对接均采用对称焊。拱肋合龙段定位后，须符合设计合龙温度时，方可进行合龙焊接。焊缝外观质量要求成形美观、整齐，尺寸符合设计和工艺要求，做到无裂纹、无气孔、无夹渣、无焊瘤、无弧坑等焊接缺陷。焊缝在焊接完成24 h后，均按设计要求全部做超声波探伤检查，10%做X射线探伤检查。