下承式预应力混凝土系杆拱桥的安装施工要点

袁小兵

（中国地质大学（武汉），江苏东台224200）

1 概述

204国道盐城南段（东台段）改扩建工程泰东河大桥位于广山镇，东广公路边。泰东河为三级航道，同时是水利上重要的泄洪河流。目前水利部门正在对泰东运河逐段进行拓宽疏浚，项目所在河段还暂未实施。桥梁与规划航道中心线设计交角为88.54°，在泰东河北岸跨越东广公路，设计交角为80°。设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，基本地震烈度为Ⅶ度，设计通航标准为70 m×7 m，最高通航水位2.87 m。该桥桥面宽度为28.70m，全长536.88 m。主跨桥上部结构采用82.4 m下承式预应力混凝土系杆拱桥，计算跨径L=80.3 m，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，矢高为16.06 m。主桥上部结构双幅完全分离，独立成桥。

拱肋采用等截面“I”字型截面，系杆采用等截面箱梁。吊杆原设计为刚性，在实施过程中变更为欧维姆柔性钢绞线整索挤压式拉索体系，吊杆间距为5.0 m。等截面“I”字截面风撑设置6道，端横梁高度为1.50 m～1.755 m，中横梁高度为1.25 m～1.505 m，梁顶设有0.25 m后浇混凝土。拱肋、风撑、桥面板为钢筋混凝土结构；横梁、系梁为预应力混凝土结构，施加的预应力根据施工各阶段结构受力特点进行分批张拉。

2 支架设计

临时支架水中共设三跨，根据海事部门的意见，临时支架设计时预留北侧边孔和中孔两个通航孔，其通航净宽分别采用15 m、19 m，净高均为6 m。南侧边孔采用原木导航桩封闭，为了防止过往船只碰撞支架，在每个支墩外侧各设置3根Φ40 cm的防撞钢管桩，防撞桩用型钢组合成整体以提高防撞能力。

贝雷支架顺桥向长78 m（2.5 m+22 m+23 m+22 m+2.5 m），两端延伸支于承台边（悬臂段主要用于端块件现浇底模的铺设），共设四处临时支墩，中跨临时支墩外侧设置导航桩和防撞桩。全桥共设12个临时支墩，横桥向边支墩每片系杆下设6排上下加强贝雷片，中间支墩每片系杆下设6排上下加强贝雷片，全桥共4×6排，中间用横向拉杆、支撑架联接。贝雷支架搭设完毕后，用等重的荷载进行预压，消除其沉降变形并测出其弹性变形值。

为了保证临时支墩的承载能力，计划中间两个边支墩采用3排×3列的Φ600 mm×δ8 mm钢管桩群桩基础，经计算钢管桩的有效入土深度不小于7 m。为了保证钢管桩受力均匀，先用4根30#工字钢组合制作的分配梁安装于钢管桩的顶部，其上再设置两排30＃工字钢（每排四根）支撑钢支墩。每个湿接头下设置4根钢支墩，钢支墩中心间距为1.8 m，用4根30#工字钢组合制作的分配梁安装于每排钢支墩顶部，用于支承贝雷纵梁。中间支墩采用3排×5列的Φ600 mm×δ8 mm钢管桩群桩基础，桩顶设置370 cm×770 cm的30＃工字钢框架，在框架上安装8根Φ60 cm钢支墩，钢支墩中心间距为1.5 m。

主墩立托架可直接支承于主墩承台上，拟采用钢管支架，主要用于端块件现浇底模的铺设。两边两个临时支墩在岸边，边支墩基础采用2 m×3.5 m×0.8 m的C30混凝土承台，中支墩基础采用2 m×7 m×0.8 m的C30混凝土承台，

纵梁采用6排组合贝雷。为了兼顾安装横梁时的支撑点和横梁湿接头等施工，纵梁的组合宽度要求不小于2.4 m。边支墩纵梁采用2组宽度90 cm和3组宽度45 cm的支撑架进行组合，组合后总宽为3.15 m。中间支墩纵梁采用两个5组宽度45 cm的支撑架进行组合，组合后总宽为5.15 m。

纵梁在河堤处整平的场地上进行组拼，采用浮吊进行架设。架设前，应按照由海事部门批准的航道施工管制方案，在上下游合适位置设置航道施工的各种标志。架设时由专业人员专人指挥，同时请当地海事部门做好航道管制工作，确保施工安全。

在贝雷纵梁顶面的系杆安装节段支点位置，制作由4根32#工字钢组合的横梁作为系杆支点。支点应与吊点位置错开布置，可设置在吊点处靠构件端部一侧，但不得影响湿接头的模板安装，在工字钢横梁支点顶面满铺方木和木楔以调节系杆高度，调节过程采用油顶操作。

拱肋支架采用钢管支架在贝雷纵梁、系杆及横梁顶面搭设。首先将横梁顶面用方木和工字钢调整平齐，然后用钢管搭设支架。上下游的支架连成整体，以保证支架的稳定性。拱肋支架要兼顾到风撑的安装，在支架顶面用型钢和方木制作适合于拱肋弧线的支垫，以保证拱肋安装就位时，支承面接触平顺。支架布置见图1所示。

根据该方案设置的临时支架进行上部结构施工，对成桥系杆主梁、拱肋的标高实测值与计算值基本吻合，差值控制在1.8 cm以内，主梁与拱肋整体线形变化平顺，绝大部分测点标高差值在1.3 cm以内。拱轴线横向偏差也很小，主拱线形正常。成桥后桥梁的线形、高程达到设计目标。

3 航道管制

主桥需要采用浮吊安装的构件主要有系杆、拱肋、横梁和风撑，支架通航净宽为19 m，边孔采用原木导航桩封闭。

根据主桥施工顺序，需要在施工过程中进行分阶段通航管制，主要管制计划考虑在支架纵梁安装时需要实行断航管制。主桥的系杆、拱肋、横梁、风撑安装时需要实行间断性断航管制，其他阶段为一般通航秩序维护。

为了保证航道通航管制具有一定的规范性和合法性，计划请地方海事部门进行通航秩序维护和管制。

施工前，在航道的上下游1 km处设置施工标志、航道变窄标志、限高标志、限速标志等标志牌。编制航道断航管制时间计划报海事部门批准，提前15 d左右通过报纸等媒体向社会发出断航或分流通告，动员部分船舶自动分流，降低通航压力。

正式安装前应检查航道通航秩序维护的执法人员、专职安全员、安装指挥人员和各岗位作业人员是否齐全并到位。确定满足要求后，由安装指挥员按照断航管制计划时间准时发出开始作业信号，再由海事执法人员向船舶发出航道断航信号并进行断航秩序维护后，安装人员方可开始安装作业。

4 主桥施工顺序

泰东河大桥主桥上部严格按照设计要求和规定的施工顺序进行安装，主要步骤如下：

（1）利用主墩立托架，并在水中设置四个临时支墩，在墩顶、托架和临时支架上搭设上下加强型贝雷桁架纵梁支架构成施工平台。

（2）拱架采用整体放样，拱肋和系杆均分段预制（不含端块件）。

（3）安装系杆：在支架上现浇上游侧拱片端块件，利用浮吊安装系杆预制块，并组拼、合拢、穿预应力钢束，用同样的方法完成下游侧拱片系杆安装。

（4）安装端横梁及第一批中横梁，张拉上述横梁第一批钢束，钢束锚下张拉控制应力0.75 fpk。

（5）对称张拉系杆第一批预应力钢束，钢束锚下张拉控制应力0.72 fpk。

（6）在临时贝雷支架、系杆上搭设拱肋支架，安装拱肋中段，合拢拱肋，并安装风撑。

（7）安装吊杆。安装其余中横梁，并张拉其余中横梁的第一批钢束，钢束锚下张拉控制应力0.75 fpk。

（8）对称张拉系杆第二批预应力钢束，钢束锚下张拉控制应力0.72 fpk。

（9）根据设计图纸要求的顺序和设计锚下张拉控制应力张拉吊杆钢束。

（10）拆除临时支架。

（11）对称张拉系杆第三批预应力钢束，钢束锚下张拉控制应力0.72 fpk。

（12）安装行车道板，现浇中横梁二期混凝土。

（13）对称张拉系杆第四批预应力钢束，钢束锚下张拉控制应力0.72 fpk。

（14）现浇桥面10 cm厚整体化混凝土。

（15）张拉端横梁和中横梁第二批预应力钢束，钢束锚下张拉控制应力0.75 fpk。

（16）浇注桥面铺装、安装防撞护栏。

5 主桥安装方法

由于该项目所在的位置为三级航道，来往船舶较多，不可能断航施工。同时，施工项目位于长江中下游冲积平原，上部结构的安装方案优先考虑浮吊安装。

为了保证浮吊作业过程中定位准确，在施工水域两岸要设置4个地锚，用于固定浮吊定位风缆，浮吊的4个定位风缆各有一台电动卷扬机控制，构件由卷扬机牵引定位。

浮吊施工前，按照航道管制方案的规定对航道进行通航管制，确保过往船舶和浮吊作业的安全。

在浮吊的4个定位风缆连接后，将150 t浮吊对准吊扣位置，调整扒杆角度，根据浮吊技术参数，扒杆角度不应小于60°，将起吊葫芦垂直于吊扣上方，徐徐放下起吊葫芦至合适高度，挂上吊扣，启动起重卷扬机至即将起身，检查构件和钢丝绳受力状况，发现问题应予以纠正，确认安全后继续起吊。

在构件出坑时，浮吊可依靠自身的动力将构件直接移运到安装地点，然后调整浮吊定位风缆，将构件准确对准安装位置，徐徐放松吊钩，当构件即将到达支点高度时，再一次精确调整浮吊定位风缆，将构件准确就位。

构件就位后，可能会由于支架在承受荷载后产生的挠度导致高程误差，此时，应检查构件的标高，用油顶调整到合适高度后垫稳并带风缆固定。

严格按照设计图纸规定的施工顺序安装系杆。安装前，应在支架上确定构件平面位置线，尽量保证安装块件的平面位置准确。当各个块件就位后，用油顶精确调整标高，同时检查顺直度和垂直度，如果平面位置发生误差或误差超过检验标准的规定时，可采用浮吊进行调整，不得采用水平牵引的方法调整，以防造成支架横向变形或倾覆。

当各个系杆构件位置调整至符合要求后，进行系杆湿接头的施工，并穿入预应力束。

待系杆湿接头强度达到设计强度的50%（≥25 MPa）以上后安装端横梁和第一批中横梁。横梁安装搁置的支点设在系杆内侧的贝雷纵梁顶面，用方木配木楔支垫，以便于拆卸。安装就位后，采用与系杆相同的方法进行精确调整，符合要求后浇筑湿接头。每根横梁的湿接头应同时对称浇筑。待湿接头达到设计规定的张拉强度后，张拉横梁第一批预应力钢束至0.75 fpk，对称张拉系杆第一批预应力钢束至0.72 fpk，使系杆与横梁形成框架后解除端块件风缆，然后搭设拱肋支架安装拱肋、风撑、吊杆、剩余的中横梁等构件。

第二批中横梁在吊杆安装后安装，中横梁安装、湿接头施工方法均与第一批同。

横梁共分二批张拉，分别在中横梁安装好后和中横梁二期现浇部分及桥面整体化混凝土施工完成后进行。张拉时混凝土强度应在设计强度的90%以上，张拉控制应力为0.75 fpk，单端张拉。

系杆分四批张拉，张拉时混凝土强度应在设计强度的90%以上，张拉控制应力为0.72 fpk，两端张拉，每次张拉均要求单根系杆及一幅桥两根系杆对称张拉。

在拱肋支架搭设后，必须用水准仪仔细检查系杆支架的沉降和纵梁的挠度，若沉降大于5 mm,应及时汇报，由业主、监理、施工单位共同查明原因，并对支架进行加固后方可进行拱肋的安装。拱肋采用150 t浮吊按设计规定的顺序安装。安装时用全站仪控制构件就位的纵、横向位置，用水准仪控制竖向位置，构件位置必须严格控制，确保安装质量。在安装过程中，必须由专人观测和看管支架的变形或其他异常情况，发现有非正常变形或其他异常情况必须立即停止安装，分析原因、排除异常后方可继续进行安装。

在安装过程中，每块构件就位并用风缆固定后方可脱钩。在构件根部与拱脚之间的湿接头位置，采用事先制作的型钢支架进行支垫。该支垫可制作成外围小于钢筋骨架且不影响湿接头钢筋连接的尺寸，以后直接浇筑于湿接头内。

构件固定后，可进行拱肋湿接头的浇筑，待拱肋湿接头混凝土强度达到设计强度的50%（≥25 MPa）以上后安装风撑。

风撑采用150 t浮吊按先跨端后跨中的顺序安装，两端的风撑安装搁置点为拱肋支架，中部风撑另行采用钢管柱顶面安装28#工字钢挑臂作为安装支点。因此，在设计拱肋支架时，应兼顾到风撑的安装。

风撑吊装就位后，应尽快进行湿接头的浇筑，以及早保证主桥总体框架的稳定，在风撑湿接头强度达到设计强度的50%（≥20 MPa）以上后，即可拆除部分拱肋支架，进行吊杆的安装。

全桥共设吊杆60根。在系杆、拱肋构件预制时，将吊杆预埋件按图纸要求安装于构件内。制作吊杆时，首先对吊杆进行编号，按编号严格控制长度和顶部角度，中部5根吊杆采用浮吊安装，其余的吊杆可采用汽车吊安装。

吊杆安装和预应力施加必须严格按设计规定的顺序进行，以保证拱肋受力合理。吊杆预应力采用一端张拉，张拉端位于拱肋处。

行车道板采用QY-25汽车吊吊装。

6 结语

混凝土系杆拱桥施工具有动态过程、受大量不确定因素影响等特点。因地制宜，选择合理的施工方案，周密的组织、精准的计算，完善的安全保障措施，是顺利推进桥梁建设的关键。

在泰东河大桥施工过程中，经监控组对大桥的主要受力构件（系杆、拱肋、吊杆）的结构应力、索力、位移、标高等参数进行了跟踪监测与计算分析，施工阶段主梁正截面最大压应力为11.21 MPa，未出现拉应力。索力分布理想，绝大部分实测值与张拉力接近，误差小于15%，实测索力小于索力的弹性强度。施工阶段各阶段截面实测应力与计算应力偏差较小，大部分截面应力差值在3 MPa以内，现场实测应力与计算应力的最大偏差出现在大桥主跨的1/4、3/4截面及拱肋部分截面，符合混凝土系杆拱桥结构受力特点。成桥运营阶段的计算分析表明，在正常使用组合下，未出现拉应力，均能满足规范要求且有一定安全储备。说明结构强度能满足公路I级荷载等级的正常使用要求，结构处于弹性工作状态。大桥建设取得圆满成功。

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