京沈高铁桃花站特大桥100m简支拱施工

王贤

摘 要：大跨度桥梁比中小桥梁施工更复杂、工期更长、造价更大，因而建造大跨度桥梁施工技术和要求更高，文中介绍了作者所参与的京沈高铁桃花站特大桥100m简支拱施工技术与控制方法，并结合大跨度拱桥的施工特点对关键技术进行阐述。

关键词：京沈高铁 大跨度 简支拱 施工技术

1 工程概况

京沈高铁地处华北地区的北京市、河北省和东北地区的辽宁省，线路自北京星火站始，至沈阳站至，全长696.8km，设车站20座，设计时速350km/h。京沈高铁TJ-9标段为新建北京至沈阳高铁的一部分，全长36.556km，标段内含路基11.967km，桥梁13座18.579km，预制架设梁546孔，隧道4座6.01km。

1.1 工程范围

本方案为桃花站特大桥100m下承式无砟双线简支拱桥混凝土现浇施工。该桥位于辽宁省阜新市阜蒙县沙拉镇，简支拱跨预留新义铁路扩能右线及左线，斜角角度：152°08′00″。

1.2 施工地质条件

桥址区表覆第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）及上更新统坡残积（Q3el+el）粘土、粉质粘土、粉土、砂土及角砾土、圆砾土、碎石土，下伏侏罗系上统（J3）页岩、砂岩、砾岩等，产状185°<20°。

1.3 工程特点

1、结构特点

本桥跨径L=100m，矢高f=20m，支座中心距梁端各1.35m，梁长102.7m。系梁横截面为单箱三室截面，断面高2.8m，梁端加高至3.0m，顶板及底板厚0.35m，边腹板厚1.2m，中腹板厚0.4m。吊点横隔板厚0.5m，端横隔板厚3.5m，梁端设进人孔，吊点横隔板设过人孔，底板设泄水孔，边腹板和中腹板每箱室设两个通气孔。梁宽18.6m，采用C50混凝土。

图1 简支拱梁结构断面图

2 施工方案

2.1施工总体思路

综合考虑了桃花站特大桥主桥的工程结构形式、施工条件以及工期要求，对桃花站1-100m钢管提蓝拱桥的上部结构安装施工采用“先梁后拱”施工方案；即系梁现浇支撑架采用贝雷桁架梁+钢管支撑柱式鹰架结构。

2.2施工工艺流程

简支拱支架现浇混凝土梁施工工艺流程图

图2 施工工艺流程图

3 施工方法及措施

3.1 支架基础处理

支架基础为条形基础、桩基础两种形式；根据支架承载力计算结果得出，条形基础3#～8#支柱基底承载力不小于250kPa。桩基础植入基本承载能力σo=400kpa土层（砂岩、页岩）不少于4m长。

1、条形基础

C30钢筋混凝土条形基础宽3/3.5m（5#、6#、7#、8#/4#）厚1m长22m，上部配置?16间距15cm钢筋网片，下部配置?20间距15cm钢筋网片；基坑按基础尺寸垂直开挖，采用原槽土模一次浇筑成型，条形基础施工时在上部自基础中心每隔3m预埋一块800×800mm厚16mm方形钢板为钢管立柱预埋件。

2、桩基础

根据地质情况（2#、3#、9#、10#、11#）桩基础桩长均为20m；桩基础采用直径1.0mC25素混凝土；桩基础施工完后破除桩头，测量放线钻孔安装?25HRB400螺纹钢，锚固深度为35D且≮500mm，将预先加工的钢垫板（730×730×20mm）套入，在基础强度达到设计强度的80%后，进行支架安装施工。

3.2 贝雷梁支架搭设

桥支架采用钢管柱及贝雷梁组合支架。贝雷梁跨度为（2×9+6+4×9+6+3×9）m全長93m，共12排支墩，两端支墩不作地基处理支承在1#、2#墩承台加台上。中间支墩采用3/3.5m宽1m厚钢筋混凝土条形基础及直径1.0mC25素混凝土桩基础。基础达到设计强度80%后，进行支架安装施工；浇筑条形基础时预埋方形钢板，在预埋钢板上立Φ63cm钢管柱，钢管柱顶部搭设2根I45工字钢横梁，横梁上搭设贝雷梁网架。桩基础达到设计强度80%后，进行支架安装施工；在预埋钢板上安装钢管柱及落梁装置，落梁装置上方搭设3根I45工字钢横梁，横梁上搭设贝雷梁网架。贝雷梁网架呈2排一组（1×0.9m）和3排一组（2×0.45m）布置，共14组34排，每组贝雷梁用相应花架拼装；贝雷梁上横向分配间距100cm铺I12.6工字钢横梁，上部间距30cm铺设10×10cm方木，方木上铺设1.8cm厚竹胶板做为简支拱梁底模。

100m简支拱支架立面布置图见图3；

100m简支拱典型支架横断面布置图见图4 ；

图3 简支拱支架立面布置图

图4 简支拱典型支架横断面布置图

1、钢管支柱

钢管立柱采用内径为630mm壁厚10mm钢管。钢管立柱下部与条形基础及桩基础预埋钢板焊接。条形基础立柱上部通过800×800mm厚16mm方形钢板与沙箱焊接；钢管立柱横梁采用[10槽钢，斜撑采用[16槽钢。桩基础上部通过730×730mm厚20mm方形钢板与落梁装置链接。

2、沙箱

沙箱高度基本相同，下部尺寸比钢管顶板尺寸小40mm，填充标准石英砂后进行预压（压力2169KN），预压后保证卸载空间为300mm。制作时在下桶侧面下部设高50mm宽100mm的流砂口，并在外侧设一牢固盖板，用于放砂卸架。砂箱安装时与下部钢管焊接牢固并在外侧架约束钢板；根据现场预压数据分析将4、5、6、7、8号沙箱底部切小孔注浆，桶内空隙采用混凝土封堵；2、3、9、10、11号采用3组[10双拼焊接槽钢。

图5 钢管顶砂箱构造图

3.3墩顶支架搭设

3.3.1墩顶与贝雷梁处支架搭设

桥支架采用钢管柱贝雷梁支架，距墩身1m。采用两根1.5m[20槽钢双拼作为立柱，立柱与墩身侧I45工字钢焊接，立柱间距与贝雷梁间距一致，上部采用[20槽钢双拼做22m长横梁。横梁上部顺桥向布置1.5m长I12.6工字钢与墩身连接，上部设置Φ48钢管立柱，立柱高30cm，间距30cm。立柱上部设置顶托，顶托上部为I12.6工字钢横向分配梁，间距30cm，横梁上部铺设10×10cm方木纵向分配梁，间距10cm，方木上部铺设简支拱底模。

3.3.2 墩顶支架搭设

桥墩顶支架采用满堂支架搭设，采用高30cmΦ48钢管作为立柱，下铺8mm钢板，立柱间距60×60cm。上部设置顶托及I12.6工字钢纵向分配梁，纵梁上间距10cm铺Φ48钢管横向分配梁，横梁上部铺设简支拱底模并用方木固定。

3.4 支架预压

主梁施工前对贝雷主梁的强度、刚度、斜撑的抗剪力，钢管柱的承载能力进行验算并检验支架的整体稳定性及支架基础的实际承载能力，避免混凝土浇筑过程中支架不均匀沉降而出现裂缝，现浇支架在浇筑箱梁前进行压载试验。一是消除非弹性变形；二是根据预压结果，得出与设置预拱度有关数据对理论计算数值进行修正以确定更加合适的预拱度。

在系梁底模铺设完毕后进行预压，采用沙袋作为预压体均布在模板上，預压重量等于梁体重量及梁上部钢管拱和支架重量总和的1.2倍，加压顺序与浇筑混凝土顺序一致。

图6 贝雷梁之间加载预压布置图

在预压前进行第一次观测，记录好各点位原始标高，作为沉降观测的基准。加载过程中，分三级进行（60%、80%、100%的加载总重均为梁部及拱肋全部荷载的1.2倍重量）每级加载后静载1h，测量各阶段的支架沉陷量，堆载完成后再测量一次，其余为每日9时、18时左右进行测量，连续3d观测支架沉降，绘制沉降曲线并计算出支架沉降量。沉降稳定位移变化值小于2mm时进行卸载。

完全卸载后，观测支架及地基弹性变形直至回弹稳定，稳定状态以在卸载后1～2d内连续观测3次，数据基本不变后绑扎钢筋及支立模板。

预压过程中根据加载重量和压载时间进行观测记录并分析，作为调整模板标高的有效数据。支架顶部的标高值最后调整为设计标高值+设计预拱值+预压回弹量。

3.5 钢筋绑扎及预应力钢绞线安装

3.5.1钢筋绑扎

梁体钢筋分两次安装，先安装底板和腹板部分，待内模安装后，再安装顶板和翼缘板钢筋。钢筋与预应力束有干扰的，对有干扰的钢筋进行位置上的调整，不得割断或割除该处钢筋。

3.5.2 预应力钢绞线安装

在安装前根据相应规范及要求对预应力钢材、锚具、夹具和张拉设备进行检验，合格后进行使用。

⑴ 预应力管道的放样、安放

钢筋安放完成后，对预应力钢材的平面和高度（相对底模板）进行放样，放样完成进行穿波纹管，波纹管连接处缝隙包缠牢靠，防止水泥浆渗入并制作满足设计图纸要求的角度和端头模板，将锚垫板用螺栓固定于端头模板上。

预应力管道采用“井”字型定位网钢筋固定，定位钢筋横筋与竖筋点焊在钢筋骨架上，如与骨架钢筋相碰时，保证管道位置不变，将钢筋稍加移动。在钢束直线段定位钢筋间距为60cm，在钢束曲线段（包括底板钢束呈凸曲线段）加密到30cm，并保证管道位置正确。

⑵ 钢绞线下料、编束及穿束

严格按照图纸提供长度下料，同时考虑千斤顶张拉工作长度。下料使用砂轮切割机。下料后在地坪上进行编束，每束内各根钢绞线编号并顺序、平直摆放，每隔1.0～1.5m用22号铁丝按照相应设计根数扎成一束，形成预应力束。编束要紧，根与根之间不扭绞。

预应力束孔道呈曲线状，人工穿束较困难，使用高强钢丝导入，人工将高强钢丝拉过孔道，然后将钢丝绳头用半圆钢环与钢束头焊接在一起，开启卷扬机将钢束徐徐拉过孔内，在钢束头进孔道时，人工协助入孔。钢束穿进过程中堵塞，立即停止，查准堵塞管位置，凿开混凝土清除管道内的堵管杂物后继续用卷扬机将束拖过孔道。穿束完成后，将管道口封堵，并将裸露在外的钢绞线进行包裹，防止水泥浆漏入波纹管或污染张拉端，影响预应力束的张拉。

3.6 模板安装

系梁底模采用优质竹胶板制作，外模采用定型钢模板，端模采用木模，内模采用1.8cm厚竹胶板制作，模板强度及刚度满足要求。

在支架上铺设系梁底模，中心线施工时节点坐标值按施工图纸要求设置预拱度。考虑到由贝雷架的弹性变形所产生的支架变形，铺设底模时将变形量按二次抛物线分段考虑在内。

安装外模时，外模下部、拱脚模板采用定型钢模板，下部采用对销螺栓与底模连接，上下部均采用φ16圆钢对拉钢筋与梁体钢筋骨架焊接固定。

内腹板使用竹胶板，为保证侧模稳固，在箱梁主筋和腹箍筋上，设置一定数量的定位钢筋。准确确定模板位置，并在箱梁腹板上设置φ16圆钢对拉钢筋。内模腹板肋条间距为25cm，顶板和翼缘底板的肋条间距为40cm，顶板和底板之间设立纵向间距为100cm、横向间距为160cm的钢管支撑，横向设置上下两道竖向间距为100cm的横支撑，横支撑和竖支撑形成组合“#”字架。便于人工安装每块内模设计重量在50kg以下，支架采用碗扣式钢管脚手架，安装方便快捷。

安装模板时梁端与横梁预应力锚头位置和支座处模板，按设计要求和支座形状做成规定的角度与形状，并保证锚头位置混凝土面与该处钢绞线的切线垂直。

3.7 梁体混凝土浇筑

3.7.1 预埋件安装

施工过程中张拉端锚垫板，所有排气孔、压浆孔、泄水孔的预埋管及桥面泄水管按设计图纸固定到位；拱脚端部预埋钢管；吊杆固定端锚垫板，焊接在系杆钢筋并且锚固在模板上，在浇筑混凝土的前后分别对其平面位置及垂直度精确测量。

3.7.2 混凝土浇筑：

⑴ 系梁施工的分段

因系梁断面大，混凝土方量多，为保证混凝土质量，加快施工进度，根据施工实际情况将系梁分3段进行施工，先施工中间A节段再施工B节段，拱脚与B节段一同浇筑。具体系梁分段见下图：

图7 系梁浇筑分段图

⑵ 线性监控

系梁在施工全过程对每一施工梁段的中心线、高程及预拱度等，进行严格检测和控制，以保证成桥线性与内力状态符合设计要求。

浇筑施工前，根据结构设计参数和每一梁段计划施工进度、施工环境温度、混凝土龄期和支架结构类型及重量等施工技术参数，进行梁段施工预拱度计算，作为每一梁段立模高程计算依据和全桥桥梁线性控制依据。

⑶ 系梁段施工

浇筑采用泵送混凝土，先浇筑底、腹板再浇筑顶板。浇筑时竖向分层，纵向分段，按压载顺序进行浇筑，分段长度控制在4-6m，分层厚度不超过30cm，采用插入式振动器振捣，连续均匀灌注。

图8 混凝土分层浇筑示意图

⑶ 施工缝处理

凿除接缝表面松弱层并清理干净接缝面及钢筋和模板上黏附的水泥浆。凿毛时混凝土强度不低于：人工鑿毛2.5MPa，机械凿毛10MPa。凿毛清理完毕后进行下道工序。浇筑前接缝面混凝土充分湿润无积水。

⑷ 拱脚施工

拱脚与主梁部整体现浇。根据拱肋坐标，在系梁上预埋定位支架固定拱脚段施工，保证混凝土浇筑过程中骨架不下沉，下部支承不跑位，不损坏，同时混凝土振捣时，振动棒尽量不碰撞定位骨架和拱肋钢管，避免拱肋钢管因振动跑位。

⑸ 混凝土浇筑施工

① 浇筑对称均衡进行，为防止系梁芯模上浮，用对拉螺栓固定在系梁下部支架上，同时在支架基础上设观测点，随时监测支架沉降、变形情况。

② 拱脚处配筋密集，使用附着式振动器和插入式振动器振捣的同时采用钳式振动器加强振捣，确保混凝土密实；预埋钢管、吊杆预埋件与钢筋连接牢固防止浇筑过程中发生位移。

3.7.3 混凝土养生

浇筑完成在初凝后采用土工布覆盖混凝土表面进行洒水养护，保持混凝土表面湿润为佳，养护的时间为7d。

3.8 预应力束张拉：

张拉钢束在梁体混凝土强度达到设计强度的95%，弹性模量达到设计强度的100%后进行分阶段一次张拉完成，且张拉梁体混凝土养护龄期不小于5d。

预应力采用梁端从外到内、左右对称同步张拉，最大不平衡束不超过1束，张拉顺序为先腹板束后顶板束。各阶段钢束张拉顺序为先纵向后横向再压浆，采用双控措施，应力值以油压表计数为主，以伸长值进行校核，过程中保证两端的伸长值基本一致。每束钢束张拉程序为：0→初应力0.10σcon（作伸长量标记）→0.20σcon→持荷5min→补拉→锚固，锚固回缩量满足施工规范要求。

初张拉时使钢绞束略为拉紧，同时调整锚圈及千斤顶位置，使孔道、锚具和千斤顶三者轴线互相吻合，使每股钢绞线受力均匀，钢绞束初应力10%δcon时两端作伸长量标记，并观察有无滑丝现象。张拉采用逐级加压的方法进行，当张拉达到设计控制应力（100%δcon）时，维持张拉力不变，持荷5min，同时在两端分别测量实际伸长量，比较是否与计算值相符（计算伸长量和实测量误差小与±6%），当实测值与计算值不符合要求时查明原因，调整计算伸长量再进行张拉。

3.9 预应力孔道压浆

预应力张拉完24h内进行孔道压浆。

检查压浆口内是否有杂物，并将压浆管接好，用高标号砂浆封堵锚头。待封锚砂浆强度达到50%设计强度后，进行压浆作业。用清水对管道内进行冲洗后用空压机将水份清除。压浆水灰比为0.4～0.45，为了防止收缩掺入1/10000水泥用量的铝粉做膨胀剂，在拌浆机内搅拌成水泥浆，用压浆机压入管道低侧进浆口（压浆的最大压力为0.5～0.7MPa，孔道较长时压浆最大压力为1.0MPa），当管道高侧出浆口的水泥浆浓度与进浆口水泥浆浓度一致时，关闭高侧出浆口阀门，进浆口继续持压2-3min后关闭进浆口阀门。依次将所有管道压满后进行养生，确保压浆的密度和强度。

压浆过程中提取试样，以确定压浆后水泥浆的实际强度。

3.10 封锚

张拉、压浆工作结束后及时进行封锚，防止锚头砂浆开裂钢绞线外露锈蚀。

封锚采用C50补偿收缩混凝土，为保证结构的耐久性，封锚前对锚具进行防水处理，并设置封锚钢筋网。封锚混凝土浇筑完成后，在梁段表面涂聚氨酯防水涂料，防水涂料厚度为1.5mm，防水涂料采用防水层防水涂料，抗拉强度为6MPa。

3.11 支架拆除

系梁临时支架在拱肋吊杆张拉到设计要求应力后，进行系梁临时支架的拆除作业。系梁在吊杆张拉后已和临时支架脱离，临时支架已不受上部系梁的重力，为自由支架，故此系梁支架的拆除从中间往两边拆除，在拆除过程中保证未拆除部份临时支架自身稳定，保证施工安全。

拆除顺序如下：

落砂箱→脱底模→抽拉横向分配梁→拖拉贝雷架→拆除贝雷支架下部结构→破除支架基础→地面恢复

4总结

高速铁路建设发展迅猛，桥梁结构在高速铁路建设中所占比例较大，高速铁路建设简支拱施工技术复杂，施工难度大，在简支拱施工过程中进行各工序的精细化管理施工是保证简支拱施工质量的前提，进行科学、合理的施工不仅可以节约投资，而且对施工进度都起着至关重要的作用。