大跨度拱桥穿桥式临时支墩拱肋安装施工技术

2014-09-20

建筑施工 2014年12期

中国建筑土木建设有限公司上海 200122

1 工程概况

郑州市庞村西南水北调大桥位于郑州市南出口暨郑州至新郑快速通道上，上跨南水北调总干渠，全桥长220.8 m。南水北调大桥跨径布置为25 m+164.4 m+25 m，主桥采用下承桁架式钢管混凝土无推力系杆拱桥，整体结构体系为内部高次超静定结构。主拱理论跨径160 m，采用悬链线形，计算矢高32 m，矢跨比1∶5，拱轴系数m=1.3。桥面全宽60 m，分左右幅独立设计。

南水北调拱桥主拱肋为4 肢钢管桁架式断面，每一拱肋为2 片由腹杆钢管与上、下弦杆钢管焊接形成的桁架片横向连接形成；拱肋钢管桁架为等截面布置，拱肋高3.8 m，拱肋宽2.1 m（图1）。标准段拱肋上、下弦杆钢管均采用Φ900 mm×16 mm的直缝焊接管，在拱脚至桥面以上约13 m范围内拱肋弦管采用Φ900 mm×20 mm钢管；腹杆采用Φ351 mm×12 mm无缝钢管；桁架中钢管及横向连接钢板均采用Q345C钢焊接连接。2 个主拱拱肋除通过桥面上的风撑连接外，在桥面与拱肋相交处设置拱肋肋间横梁进行横向连接。主跨桥面共设置5 道风撑。

图1 钢管拱结构

2 技术难点

（a）南水北调大桥设计要求采用先梁后拱的施工流程，在吊索未施工加应力的情况下，不允许将桥面板承受施工荷载。这样在先梁后拱施工时，桥面板不能作为拱肋安装的临时承点，同时也无法使用满堂脚手架方法安装拱肋。而在桥面已完成的情况下，临时支墩如何设置是施工一大难题。

（b）南水北调大桥拱肋的吊装，因拱肋的高度高、跨度大、桥面宽、吊装幅度大，在吊装方案选择时，如何保证安全和经济性是个技术难题。

3 方案设计[1,2]

3.1 方案比选

方案比选时，根据对施工现场的地形地貌的现场条件、现今技术装备情况、经济性和安全性的综合考虑；认为穿桥式临时支墩安装法虽然具有一定的难度，但其安全可靠，且经济。因此选定少支架安装法作为本桥拱肋安装的方法。

3.2 方案设计[3-5]

根据先梁后拱和桥面在吊索张拉前桥面板不能承受施工荷载，以及拱肋安装方案采用少支架安装法的原则，拱肋安装的临时支墩基础设计在桥下地面上，在先梁后拱施工桥面板时，临时支墩在桥面板处穿越孔洞，形成拱肋安装的临时支撑体系。但这样施工时，应考虑对拱肋节段进行调整，保证临时支墩的预留孔洞必须设置在桥面板，因此必须对拱肋节段进行调整，调整后的节段按图2施工。

3.2.1 临时支撑体系设计

临时支墩需多处穿越桥面板，预留洞口必须准确。根据调整后的拱肋节段长度和拼接位置，临时支墩的平立面布置见图3、图4。

图2 钢管拱分段示意

图3 临时支墩平面设计布置

图4 穿桥式临时支墩立面设计布置

根据钢管拱节段的自重及现场的地质条件，临时支墩采取钢管格构柱支架。临时钢管格构柱支架主肢均采用Φ426 mm×8 mm的Q235钢管焊接组成。其边墩横断面为3 m×3 m，中墩横断面为3 m×6 m，横撑采用20#槽钢，横撑间距3 m，顶部分配梁采用500 mm×500 mm×12 mm×12 mm焊接工字钢与钢管焊接牢固，上人爬梯采用50 mm×50 mm×5 mm和40 mm×25 mm×4 mm角钢，并安装安全护圈和休息平台，连接结构采用Φ273 mm×8 mm钢管。

3.2.2 临时支架基础设计

临时支墩基础根据拱肋的节段大小不同而产生的荷载大小不同，选用两种基础：

（a）I型基础：适用于跨中外侧拱肋合龙段支墩，采用C20混凝土，其抗拉强度ft=1.1 N/mm2。设计采用HRB235钢筋，fy=210 MPa。基础底部l=5 m，b=5 m，顶部l'=4 m，b'=4 m，基础高1 m，竖向荷载N=800 kN，M=370 kN·m。清除基础内腐土，然后压实，铺0.01 m碎石，基础埋深要大于0.5 m（图5、图6）。

图5 临时支墩I型基础平面

图6 临时支墩I型基础立面

（b）II型基础：适用于内侧拱肋跨中合龙段支墩基础，采用C20混凝土，其抗拉强度ft=1.1 N/mm2。设计采用HRB235钢筋，fy=210 MPa。基础底部尺寸l=8 m，b=5 m，顶部l'=7 m，b'=4 m，lc=6.426 m，bc=3.426 m。基础埋深1 m，竖向荷载N=1 600 kN，M=370 kN·m。清除基础内腐土，然后压实，铺0.01 m碎石，基础埋深要大于0.5 m（图7、图8）。