桂江三桥的施工方案比选

赵胜

中铁二十二局集团项目管理中心，北京 100043

桂江三桥的施工方案比选

赵胜

中铁二十二局集团项目管理中心，北京 100043

广西梧州市桂江三桥全长687米，其主跨为1孔175米中承式钢管砼系杆拱桥。设计单位的建议施工方案为缆索吊装方案。我处经多次实地考察及对各种因素综合分析，决定采用竖向转体施工方案，在通过了严格认真的技术答辩、可行性论证后，一举中标。现将施工方案的比选工程作一简要论述。

施工方案；比选； 钢管混凝土；竖向转体

1.工程概况

梧州桂江三桥（鸳江大桥）位于广西梧州市桂江入西江口处，跨越桂江，连接市区东西两区。桥梁总长687米，其中主桥长255米（40m +175m +40m），桥宽25.6米，主跨为1孔自锚式钢管砼中承式系杆拱桥，基础为桩基，边跨为普通砼拱桥。引桥为钢筋砼连续箱梁桥。

桂江三桥东西两岸地势较低，洪水时会被淹没。东岸民房较多，西岸为著中风景名胜“鸳江春泛”施工场地狭窄，同时环保要求很严，施工期间不能影响桂江通航。

2.施工方案的比选及确定

桂江三桥的施工关键是主跨施工，而主跨施工的重点又是架设钢管拱肋形成裸拱的施工。因此，确定了裸拱的施工方案也就确定了钢管砼拱桥的施工方案。

2.1 钢管砼拱桥的裸拱施工方案主要有以下几种：

1）缆索吊装方案。

2）转体施工方案。

3）支架施工方案。

4）塔索吊装方案。

5）混合施工方案。

2.2 各种施工方案的特点及其就桂江三桥而言的局限性：

2.2.1 缆索吊装方案。缆索吊装方案即将钢管拱助按设计分为若干段，利用架设在拱跨上方的缆索吊至设计位置，用定位索扣好后，拼装焊接成拱。这种方法在打跨度或多孔连续拱桥中应用较多。

其优点为：

①适用范围广。

②除拱肋外，拱上构件也可利用缆索吊装，施工方便。

③对桥下通航影响最小。

其缺点为：

①社保投入较多。

②塔架、缆索等材料用量大。

③背索的锚固增大了施工场地。

④空中拼接焊接保证精度有一定难度。

其针对本工程的局限性

①受场地限制：东岸为居民区，无法锚固背索，西岸受地形限制背索只能锚固在河滩或河中。

②需要很高的索塔（约85米），大量的钢材。

③在岸边加工成段拱肋再用船运至桥下，需要大型起吊设备。

④需建较长的码头和栈桥。

2.2.2 转体施工方案即将拼装焊接成型的整个或分为两部分的拱肋利用拱脚处的临时铰转体就位成拱。转体施工分为竖向转体和水平转体两种，根据桥位处的地形，水情及通航条件等分别采用。转体方法适用于桥址拱跨两端为山体或岸坡及施工场地较为狭小的地形条件，且多用与单跨拱桥。

其优点：

①设备投入小。

②平台上拼装焊接较易保证精度。

③对桥下通航影响较小。

其缺点为：

①使用范围小。

②水平转需平衡配重。

本工程的局限性：

①水平转体与该桥中承式的结构形式不相符，且无平衡配重墩。

②竖向转体需在浮动平台上进行拱肋的拼装焊接，对平台的刚度要求较高。

③竖向转体起吊拱肋需较多的起吊设备。

2.2.3 支架施工方案

支架施工方案即在桥下设立支架，在支架上进行拱肋的拼装焊成形。这种方法适用于地形较为平坦、水深较小、施工期内无通航要求的情况。

其优点为：

①施工技术难度小。

②拼装焊接精度高。

③上部结构施工方便。

其缺点为：

①工程量大。

②工程材料用量多。

③影响通航。

2.2.4 塔索吊装方案：

塔索吊装方案即在主墩上避开拱脚设置设立塔架及斜揽，将分段加工好的拱肋从拱脚处起吊逐节用斜揽固定拼装成拱。这种方法适用于桥下通航要求很高的情况。

其优点为：①不影响桥下通航。

其缺点为：①施工工艺较为繁杂。

②空中拼装焊接保证精度有一定难度。

③设备需求量大。

2.2.5 混合施工方案：

混合施工方案即根据桥位处地形、自然条件及施工单位的机具设备和技术力量，有时可综合采用几种不同的方法进行裸拱施工，如：采用缆索吊装加简易支架法、支架法加竖向转体法、拱脚段转体加中间段缆索吊法等等。

对本工程来讲，混合法工程量太大。

综上所述，几种施工方案中只有竖向转体法局限性较小，既不受桥尾场地限制，也不需大型吊装设备；既不影响通航，又可节省大量材料，其所遇到的困难经认真检算、反复论证较易克服，故决定采用竖向转体施工方案。

3.竖向转体施工方案的可行性讨论

总体上确定了施工方案后还需从施工过程中的各个环节具体考虑其可行性及经济性，只有两者都满足施工的合理要求，才能真正可行。

3.1 钢管制作：为保证钢管拱肋的加工精度，减少运输中的变形，在桂江西岸设临时预制拼装厂，负责将钢板加工成10m一段的单元（包括横撑和各种附件），然后吊运至水上平台完成大段对接焊接。

具体加工工艺流程为：材料进场→材料分类→材质确认→材质检验→画线与标记→编号→下料→坡口加工→钢管卷制→组圆调圆→焊接→附件装配焊接→单节终检→组装成10m拱肋运输单元→焊接→无损检测→大节终检→1：1大样拼装→检验→防腐→出厂。

3.2 水上平台的安装：为解决长拱肋的吊装运输问题，全桥半拱在水上浮动平台的支架上进行拼装焊接成型。平台的刚度决定着拱肋的加工精度，因此，平台的安装要求很高。经检算决定采用两条225吨机动船，配四条200吨平板船，用工字钢扣成一个整体，然后用万能杆件拼设一个110×22米的刚性平台，并在其上立好半拱的拱肋支架。在平台的1/4处用万能杆件拼设一个门式提升架，供拱脚处对铰时起吊用。

3.3 拱肋的拼装组焊：将在岸上加工成型的拱肋单元利用吊车吊至浮动平台上进行拼装组焊。

3.4 塔架的检算及设立：塔架是拱肋竖转的主要受力部分，首先要保证其稳定性，其次还要考虑经济性。

3.4.1 塔架的受力检算：

如上图所示，塔架采用六五式军用墩，双塔：

塔架高度约为：50m

塔架自重约为：150t

单塔横截面积：F = 466cm2

塔架容许压应力：[σ] = 2100kg/cm2

主拱肋矢高为：43.75m

半拱水平长度为：97.83m

半拱钢管拱肋及横向联结系自重：G = 500t

根据∑M0 = 0，

解得塔架所受最大压力为：Pmax = 689t

每个单塔所受最大压力为：Pmax = 344.5t

所以：（1）、塔架的压应力为：σ =（Pmaxl + G/2）/ F =（344.5 + 75）× 1000/446= 940.58kg/cm2∠[σ]

（2）、塔架的稳定应力：σω =（Pmaxl + G/2）/（φ×F）= （344.5 + 75）/（0.741×446）=1269.34kg/ cm2∠[σ]

式中：φ-折减系数，经计算后查表得。

所以，塔架的高度设为5 0米即可，采用六五式军用墩钢材数量约为50×1.3×4=260t。

3.4.2 塔架的设立：为便于安装塔架且不影响拱脚就位，拱座施工时避开拱脚位置在拱座中预埋型钢，作为拱架的支撑。塔架的背索锚固在边跨端横梁上。

3.5 临时铰的设计及检算：

临时铰采用坐式（如图1），由旋转角和靠山角组成，外层为10mm钢板，内填充C50砼。

图1 临时铰接侧视图

根据旋转角和靠山角投影接触面积A及脚至拱顶一次压注完成，拱脚处开一个灌注口，拱顶开一个排气口，灌注口为密封式，用法兰与泵相连。泵送砼时，用两台输送泵从拱脚同时灌起，灌注时保持两管之间灌注高差不超过5m。为避免拱顶向上变形，采用水箱预压。

砼灌注完成后，用锤击法检查钢管是否饱满，不饱满处采用开孔压浆法补强，并经反复多次检查，直到满足要求为止。

3.8 系杆、吊杆及桥面系的施工：

（1）本桥系杆采用无黏结预应力筋19Фγ15.24型，沿桥纵轴线对称排列，每侧10根，共20根。

拱肋竖转吊装合拢后，立即将系杆穿好，并用临时吊杆按设计高度吊在拱肋上，随着工程进展，逐步张拉。

（2）吊杆及横梁施工：

吊杆施工：

人工配合卷扬机穿装吊杆和临时吊杆，然后按设计顺利吊装横梁，并相应地张拉系杆。从跨中到拱脚对称张拉吊杆，调整横梁达到设计标高。吊杆调整采用YC－ 300型张拉千斤顶。

横梁吊装：

在横梁两端适当位置预留起吊孔，将临时吊杆穿入横梁两端预留孔内，然后在横梁底部两端的临时吊杆上安装顶推千斤顶，将横梁顶至设计高度。

（3）安装桥面板及桥面系：

车行道板从纵向中轴线对称向两边安装，桥面整体砼从拱脚处向跨中对称按由中线到两边的顺序进行。

经对拱肋施工的各个环节进行认真细致的研究论证后可以证明：

首先，竖向转体施工方案是可行的。

其次，竖向转体施工方案与设计图纸建议的缆索吊装施工方案相比一来克服了场地限制，不用考虑背索埋设问题；二来节省大量材料，从码头、栈桥到索塔都大大减少了工程数量；三来无需大型吊装设备。同时竖向转体施工方案在保证水上平台刚度的前提下既提高了拱肋的组装焊接精度，也减少了空中作业量，增加了施工安全性。只要解决了拱肋吊装时塔架受力情况、临时铰等主要问题，竖向转体施工方案不失为本工程较为优先的施工方案。

4 结语

钢管砼拱桥的施工方案多种多样，需根据不同的具体条件适当选用。在设计施工方案与实际施工方案有差异时，应对各个环节进行认真细致的研究论证，充分考虑各种因素的影响，从可行性和经济性等方面进行反复比较，择其优者。

对于钢管砼拱桥，其优美的空间造型、大跨度的跨越能力、合理的受力结构等特点已引起了人们的高度重视，相信随着越来越多的钢管砼拱桥的出现，其设计、施工水平将会进一步得到提高。拱肋起吊时临时铰所受最大压力HO，

可知，拱肋起吊时临时铰所受最大压力应力为：σ＝HO／2／A

＝490000/2/8460

=29kg/cm2

3.6 拱肋的起吊：

拱肋起吊采用ZLD—100型顶推千斤顶。

半拱拱肋焊接好后，在拱部安设测量标记即可进行主拱肋吊装。

先将浮动平台移动到桥下，用平台上门式提升架将拱肋水平吊起，对铰位，铰位对好后，安装钢绞线及千斤顶进行起吊，待拱肋脱离支架1.0米左右，停机检查各部是否正常，并根据索塔的受力与变形、钢绞线及千斤顶的行走等情况，判断能否正常起吊，并作出相应指令，若初始起吊无异常，随着起吊进程，各部位安全系数均逐渐增大。

3.7 钢管内砼的灌注：

当拱肋吊装完毕，封铰之后，即可灌注钢管内砼。

本桥采用C50砼，砼灌注采用泵送，人工振捣棒、平板振动器振岛。每根钢管由拱

[1]铁路桥涵工程施工规范

[2]铁路桥涵工程施工质量验收标准

[3]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工.人民交通出版社，1999

[4]范立础.桥梁工程.人民交通出版社，1996

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.048

赵胜 毕业院校：兰州交通大学桥梁工程专业最高学历：本科 职称：高级工程师。