中承式劲性骨架钢筋混凝土箱肋拱桥施工技术

李 晓 伟

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600)

中承式劲性骨架钢筋混凝土箱肋拱桥施工技术

李 晓 伟

(中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600)

通过对安康高速公路堰吉河大桥中承式劲性骨架钢管混凝土箱肋拱桥施工过程的研究，总结出了该类桥梁的施工工艺与方法，并从拱座基础施工、裸拱施工、灌注钢管混凝土、横梁安装等方面作了论述，可为同类桥梁施工提供借鉴。

中承式，劲性骨架，钢筋混凝土，箱肋拱桥，施工技术

1 工程概况

堰吉河大桥位于陕西省安康市S207省道K37+780处，是连接安康市区与岚皋县的重点工程，同时也是安康市瀛湖风景区的重点景观规划之一。堰吉河大桥桥址位于安康市赢湖水库库区，山坡陡峻，河谷深窄，因此主桥采用跨越能力较强的拱桥，1孔跨越深谷。堰吉河大桥全长178.40 m，主跨为1-150 m中承式劲性骨架钢管混凝土箱肋拱桥，矢跨比1/4(矢高37.5 m)，拱轴线形为m=1.347悬链线。全桥下承式部分设一字横撑三道，K撑两道，上承式部分设四道肋间横梁；吊杆采用带有PE管防护的19φs15.2 mm的柔性拉杆，两端采用OVM锚具pws-19固定于箱顶及横梁底，与混凝土接触部分用φ168×5的上、下导管，并作防水及封端设置。吊杆处横梁为预应力混凝土工字梁；拱肋与桥面系相交叉处设置立柱处的横梁均为钢筋混凝土矩形梁；墩柱上的帽梁，采用钢筋混凝土矩形梁。

2 工程难点

堰吉河大桥跨度大，结构较为复杂，技术要求高，技术难题多，如：拱座大体积混凝土温控问题，拱座钢板的精确定位，钢管拱肋现场焊接质量保证，大吨位缆索吊的设计及整体吊装方案的确定，钢管拱骨架的架设安装和线形控制，C50微膨胀混凝土的配合比设计及管内混凝土泵送顶升工艺，钢管拱外包混凝土施工方案的确定，横梁吊装等施工难题。这些技术难题需要在施工过程中制定操作性强的施工方案，同时要严格按照方案进行施工，并注重过程中的质量控制。

3 施工工艺

3.1 拱座基础施工

1)基坑支护。因地下水位高出基础，地层土质软弱，距离旧桥近，承台基坑明挖施工，放坡开挖工程量大，排水量大，基坑坑壁不稳定，采用支护方法开挖基坑。支护采用双层嵌套式深层水泥搅拌桩支护或钢板桩支护。

双层嵌套式深层水泥搅拌桩支护是搅拌桩相互搭接使加固土体形成一个连续土墙，起到阻断水源、减少渗流水量、防止流砂、稳定坑壁的支护方法。支护方案确定为：水泥搅拌桩双排梅花布置，孔距0.35 m，排距0.35 m，桩身伸入基底4.0 m。

2)基坑开挖。采用小型机具配合挖掘机进行开挖，基坑周边及基底部分采用人工风镐成形、人工清除。浅孔松动爆破，凿岩机钻孔，非电毫秒雷管起爆，爆破参数及装药量根据现场试验确定。防止超挖和扰动基岩，已松动的部分全部清除，超挖部分以混凝土回填。

3)预埋拱脚定位(见图1)。浇筑拱座混凝土时如何保证拱脚位置正确是拱座施工的重点，要确保偏差小于±7 mm。施工中采用外支架定位，拱座外用工字钢及槽钢焊接成普通门形支架，底部与承台预埋螺栓连接，顶部设两道工字钢横梁，横梁设固定吊环，吊环与焊接在拱脚定位钢板上的可调拉杆连接。首先用吊车将拱脚预埋段吊入拱座模板内，穿钢横梁与立柱焊接牢固，用测量仪器将吊环位置按设计安装位置精确定位与横梁焊接牢固，将拱脚可调拉杆与吊环连接，可调拉杆长度根据横梁标高确定。初步定位后，测量轴线与标高，根据测量结果反复调整拉杆，直至满足精度要求。然后用钢筋与拱座内钢筋及模板固定装置焊接牢固，复测合格经监控单位监测同意后，进行混凝土浇筑作业。

4)灌注混凝土。人工接槎钢筋、墩身主筋及钢管拱肋预埋件在基础、拱座内埋设准确且固定牢固，绑扎完毕经检验合格后立即灌注混凝土。拱座分三次进行浇筑，分别为底板、主体、拱肋相连部分。混凝土由拌和站集中拌制，混凝土搅拌运输车运至现场，泵送入模；插入式振捣器振捣，水平分层灌注。基础混凝土施工完毕后，及时进行养护。

拱座基础属于大体积混凝土，施工时制定混凝土温度控制工艺及措施，保证混凝土施工质量。

5)桥台与挡墙。要根据桥台与挡墙相对位置关系，确定施工顺序，做好桥台侧墙与墙身的连接。

3.2 裸拱临时固定、调整系统施工

1)风载强度：根据设计图说明，主桥施工过程中采用百年一遇风速V=29 m/s。

2)扣索布置：每侧设置3扣扣索，其中2扣吊装过程中依次固定在拱肋钢骨架上，用于改善钢骨架受力、调整钢骨架线性，另一扣作为吊装过程中的过渡索使用。

3)裸拱浪风绳采用单根绳，一端锚固在浪风地垄上，然后绕过裸拱上捆绑绳固定的定滑轮，返回浪风地垄，与倒链一端联结，倒链另一端与浪风地垄联结。两岸对称布置3对浪风绳，其中2对吊装过程中依次固定在拱肋钢骨架上，用于保持钢骨架侧向稳定，另一对作为吊装过程中待拼装拱节侧向定位使用。

4)背索锚桩：根据基岩条件可采用锚桩。

5)浪风地垄：根据基岩条件可采用锚桩。

6)扣塔：扣塔利用缆索吊塔架。

7)卷扬机：两侧水平支撑纵梁上各设一台5 t慢速卷扬机，用于收放扣索。扣索收紧后，即用倒链锚固在纵梁上。

8)调整系统：裸拱每节段拼装就位后，要调整标高、中线。使用倒链葫芦拉紧或放松扣索、浪风绳来调整。

3.3 裸拱施工

1)工厂分单元加工。为保证制造精度和焊接质量，裸拱在工厂分单元制造。钢管拱工厂加工分为无缝钢管的轧制、匹配下料加工、对接、煨弯等步骤。

裸拱单元划分考虑现场拼装方便，接头全部设在弦杆上；临时支撑系统和裸拱单元一同制造，全部采用栓接。

钢管拱加工根据施工图设计应用计算机建立模型进行工艺图转化，用计算机进行三维立体放样和数控编程录入技术，提高放样下料精度。

将对接好的节段放在煨弯台座上固定好，在钢管上划出火焰加热位置，火焰加热宽度约为12 cm，间距30 cm，腹部加热宽度大于顶部。由中间向两端加热弯制，边加热边施压，用6支～8支加热枪加热，加热温度为700 ℃左右，压变时不得过热或过冷，防止钢管严重拉薄或增厚，厚度变化控制在10%以内。在煨弯时逐步检查是否达到设计线形，直至整个节段各部位符合拱肋的二次抛物线的线形。

成品经工厂预拼达到设计和规范要求的技术标准后，用汽车运至现场拼装场地。

2)裸拱组拼。根据现场条件，将裸拱组拼场地选择在安康岸塔架内侧(起吊范围内)。其中组拼场地位于缆索吊正下方，其后设裸拱单元存放场地。

组拼场地根据设计图纸中给出的正拱坐标加上预拱度按1∶1的比例施工钢牛拱胎。牛拱胎要有足够的强度和刚度，并且拱度可调。

将两根单管在胎架上定位，腹板与弦管间的角对接焊缝采用钢衬垫，采用CO2气体保护焊打底埋弧焊填充盖面的方式进行焊接。打底、填充、盖面时应多次翻身，以减少焊接变形，完成节段组装。

拱肋接头焊接要用直流电焊机。

所有焊缝均作超声波探伤，应符合JB 1152—84Ⅰ级焊缝标准，抽检5%用射线探伤，应符合GB 3323—87中Ⅱ级焊缝标准要求。

3)拱节吊装。

a.试吊：主索和牵引索架设完后，空载往返运转三次。然后做吊重试验，吊重要逐级增加，试验过程中，仔细观察、检查各部位运转是否顺畅，有无碰撞、阻塞，并随时处理。

b.试吊完全正常后，即进行拱节正式吊装，直至合龙。吊装时，对拱肋杆件内力、拱轴线高程、桥轴线偏位等进行全过程的施工跟踪监测和控制。严格控制水平横向和纵向位置精度，确保拱肋轴线的正确性。轴线误差超过允许值，及时进行位置调整，正确后再固定焊接。

c.拱节吊装时，扣索倒换时缆索吊机先临时调挂已安装好的拱节端部，然后把后面的扣索倒换到前面来，收紧扣索后再放松缆索吊机。因为缆索吊主索柔度很大，完全把荷载加到缆索吊机上将引起很大的竖向变形，危及拱架安全，所以不能利用缆索吊机直接把前端扣索移至新吊点。

d.钢管拱肋段间接头的焊接在全桥拱肋(含横梁风撑)安装完毕，线形调整符合精度要求后进行。合龙焊接前对各受力部位进行安全检查，对发现的问题立即采取措施处理，确保万无一失。

4)拱节吊装过程中的测量工作。a.主索垂度观测。主索垂度可以在跑车上设吊绳用全站仪直接观测。b.塔架位移观测。在塔架顶设置一固定标尺，用全站仪测量。c.钢管拱肋的空间架设定位。拱肋吊装定位测量是施工的关键，用精度为1″的全站仪进行定位测量，采用无觇标定位测量方法，确保全桥各部位置符合设计要求。首先按设计院移交的精密导线点，在视线良好、便于观测的地方按一级精度布设导线及水准控制网。在拱肋分段加工组装时，在距离拱肋上、下弦管两端1 m处做测量监控点，监控点准确地与左、右钢管圆心连线的延长线与管外壁的交点重合，根据每节分段拱肋测量监控点与墩柱中心的相对关系，推算出监控点三维数据。在拱肋分段吊装前，将测量反射片准确地贴于测量监控点上，当拱肋分段吊装到支架上后，用全站仪观测拱肋上、下弦管的反射片，测出监控点的三维数据，计算出拱肋轴线偏向和高程差值，将拱肋偏位情况及时通知吊装人员，对其进行调整，当四个监控点的三维数据符合技术要求后，拱肋分段定位结束。对拱肋进行加固，加固后测量人员再次观测拱肋的轴线和高程，检测拱肋线形是否有变化，如无变化进行下节段吊装施工。钢管拱全桥合龙后，对其轴线与标高进行复测，偏差均在规范要求的允许误差内。施工中要将控制三维坐标的观测点作为永久性结构处理。d.吊装过程中的应力监控。采用动态数据采集、分析仪器，当应力超过容许值时自动报警。

3.4 灌注钢管混凝土

按设计要求拱肋钢管内灌注C50微膨胀混凝土，混凝土配合比通过试验确定，采用泵送顶升法施工。

先灌注下管，待混凝土强度达设计强度100%后，再灌注上管；上、下管均从拱脚向拱顶对称进行灌注，混凝土初凝前一次完成。

混凝土灌注前在钢管管壁上钻φ5 mm小孔，作为排气孔，间距1.5 m,呈梅花形布置。待混凝土水泥浆从小孔冒出后，用胶带纸封闭。

管内混凝土的灌注质量，用敲击钢管的方法进行检查，如发现异常，则用超声波检测，对不密实的部位，采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔用钢板补焊封固。一根钢管混凝土灌注完毕后须观测拱轴线，并及时调整。

3.5 分环浇筑外包混凝土

拱肋钢管内混凝土强度达到100%后，形成钢管混凝土劲性骨架。在骨架上悬挂模板，按设计要求采用“三环七段”法施工外包混凝土。每次施工一环，下一环在前一环混凝土强度达到100%后施工。

底模采用厂制定型钢模板，侧模采用大块竹胶板、方木、型钢背带拼接，上、下横向主梁采用型钢，底模与纵、横向分配梁形成整体，上下主梁以圆钢吊杆连接，侧模间设对拉螺栓固定。混凝土由搅拌站集中拌制，混凝土运输罐车运输，泵送入模，插入式振捣器振捣。吊杆的上导管要在外包混凝土施工时预埋，拱顶要预留锚具及千斤顶作业凹槽。

3.6 吊杆、系杆施工

全桥吊杆拉索由工厂制作卷盘成捆，运至施工现场，安装之前进行放索工作。吊杆安装采用5 t卷扬机作为牵引动力，卷扬机位置根据现场实际情况设定。牵引钢丝绳通过导向引至拱肋吊杆锚箱处，并在拱肋预埋孔上端附近焊接简易人字扒杆。在扒杆上安装一个2 t导向滑轮作为起重吊点。牵引卷扬机启动释放牵引钢丝绳，钢丝绳穿过工作螺母、拱肋端锚垫板、上导管，钢丝绳通过特制的牵引头与吊杆锚头连接，开动牵引卷扬机收紧钢丝绳，把吊杆牵引进上导管，然后从拱肋端锚垫板穿出，拧上工作螺母，放松牵引钢丝绳，解除钢丝绳与吊杆锚头连接，吊杆上端安装完成。下端在横梁吊装过程中，把下端吊杆对准横梁导管，放进导管，穿出下端锚垫板，根据测量结果扭固工作螺母。吊杆安装完成后，YCW150千斤顶调整吊杆长度，控制好梁顶标高，使之符合纵坡、横坡要求(见图2)。

3.7 横梁安装

横梁要用船运至桥下吊装，预制场地选择要考虑船运码头，横梁两端测量反射片。

3.8 梁板安装

桥梁梁板为预制空心板梁，长度为5 m，每跨12片梁，先铺通中间通道，采用小型吊车依次向两侧铺通全幅梁板。

4 结语

劲性骨架箱肋拱桥作为钢管混凝土拱桥的一种，近年来得到了广泛应用，且取得一定的成果，然而，该种桥型的应用是在很多理论基础不尽完善、可供参考的相应国家规范还未出台的基础上完成的，还有很多领域值得进一步完善或重新探索。本项目施工针对安康堰吉河大桥的重点工序，深入分析国内已建同类型桥梁的施工经验的优缺点，取其精华，并对未展开的内容进行研究，保证了施工质量和安全。

[1] 张征文,王 巍,江根明.大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的施工及控制[J].建筑施工,2007(4):284-285.

[2] 李 波.大跨径钢筋混凝土拱桥劲性骨架施工线形测量控制技术[J].国防交通工程与技术,2015(3)：17-18.

On construction technique for half-through stiff skeleton reinforced arch bridge with steel box ribs

Li Xiaowei

(No.5EngineeringCompany,ChinaRailway3rdBureauGroup,Jinzhong030600,China)

According to the research on the construction process of the half-through stiff skeleton reinforced arch bridge with steel box ribs in Yanji River Bridge along Ankang Expressway, the paper sums up the construction craft and methods for the kind of bridge, and indicates from the skewback foundation construction, bare arch, and grouting steel pipe concrete, and installation of horizontal beam, so as to provide some reference for the construction of similar bridges.

half-through, stiff skeleton, reinforced concrete, arch of box ribs, construction technique

1009-6825(2015)32-0163-03

2015-09-06

李晓伟(1983- )，男，工程师

U445

A