1～80m简支拱施工技术方案对比分析

程杨

河北省铁路管理局 河北 石家庄 050000

引言

简支系拱桥由于其造型美观、优雅，经济效果好，建筑高度低，在应用中还具有拱桥的较大跨越特性以及简支梁的地基适用性强的特点。由于在钢管内部填充了混凝土，进而使得钢管管壁结构受压应力后的稳定性得以大幅提升，并且在钢管内填充混凝土后也使得钢管的耐久与抗腐性能得到增强；从另一方面讲，由于钢管的管壁对已填充的混凝土起到了有效的套箍，可以增强钢管内所填充混凝土自身的延展性能与抗压强度。简支拱系杆受力形式多样，目前国内系杆拱桥施工建设多数采用竖向吊杆的形式，现阶段铁路工程多采用这种结构。

欧洲在十九世纪晚期开始应用系杆拱桥用于工程实践活动。十九世纪中叶，奥地利的Josef Langer率先提出以柔性拱刚性梁的工程设计理念，丰富了在实际应用中的系杆拱桥选择。这种结构形式在于明确以单方面承受轴向力为特点，是现代早期系杆拱桥的表现形式。在这之后的工程实践与理论研究过程中，桥梁建设领域的研究人员发现将斜吊杆更换竖向吊杆，这种形式将较大程度的提高结构的刚度。由于这个设计理论的设想是首先由O.F.Nielsen提出，并在瑞典于二十世纪二十年代末，成功申请工程设计专利，所以这种形式的结构类型的系杆拱桥被归纳为尼尔森体系。在国际上桥梁工程学界上对系杆结构形式的研究与探索中，不论吊杆以何种形式进行设计与建造，都是视为解决工程实际问题的重要手段，两种结构形式在大量的对跨度及荷载有特别要求的工程设计与施工中得以应用，二十世纪六十年代费马恩松德桥在德国修建成功，这也是世界上首座应用提篮形拱肋进行施工建设的尼尔森—罗斯系统体系桥梁，在那个时代，其主跨径高达248.4m，相比之下我国的桥梁建设施工中尼尔森体系杆桥的应用则较小，竖向吊杆布置方式为我国在此类桥梁体系中选择中的主要结构形式。

简支拱在施工技术上主要是系梁施工和钢管拱施工。钢管混凝土是钢混结构的一种形式，在剖析其整体受力上得出将混凝土充分填满钢管，可以提高作为新的整体后在结构上受压比单个钢管或混凝土结构更加稳定的结论，同时也起到了增强钢管的耐久与抗腐性能，还因为钢管管壁对已填充的混凝土起到了套箍的因素，有效增强了混凝土自身延展性能与抗压强度，使得拱桥在受力为主的情况下，显得十分合理。将钢管结合混凝土在设计和建造桥梁工程，在国外桥梁工程中的应用已逾百年。在十八世纪七十年代，英国secern铁路桥的施工中有应用。苏联于二十世纪三十代初在修建跨列宁格勒涅瓦河桥梁工程时，拱梁组合体系设计并施工完成了跨径为101m的钢管混凝土桥，这也是首次采用钢管混凝土拱桥结构的桥梁工程在施工中的应用，同时期在西伯利亚远东地区同样使用了这种将钢管与混凝土结合的施工技术建造了一座跨径为140m的桥梁。在这之后的研究中人们发现，用混凝土灌注拱脚端是增强防撞、防腐的有效手段，并应用于西班牙的卢西塔尼亚大桥、法国的安特纳斯大桥等桥梁工程中。

1 研究内容

本文所开展的研究是在充分查阅并分析、总结已有简支拱施工，尤其是跨越正常开通运营高速公路修建简支拱工程的施工技术经验和理论研究成果上，根据新建三曹塘铁路工程跨海公路桥梁建设和河北铁路局工程质量监理工作，针对依托项目工程三沟跨沿海高速公路特大桥工期紧张、沿海高速公路河北段过往车辆繁忙、前方150m即为唐曹互通区、施工现场用地狭小等施工条件，开展多项施工技术的专题研究，并将开展研究的分析结果反馈在依托工程的工程实践中，获得了很好的社会、经济效益[1]。研究的主要内容有：

1.1 贝雷梁膺架法施工技术方案的比选研究

具体进行了施工安全状况分析、交通安全性对比分析和工期与经济性比选分析三方面的研究，在侧重于在满足施工安全和交通安全性的基础上，选择了全贝雷梁膺架法施工方案。

1.2 三沟跨沿海高速公路特大桥简支拱施工技术研究

具体包含简支拱系梁施工技术，包括条形基础与贝雷梁施工、系梁支架的安装与拆卸、拱脚支架安装与拆卸、预应力施工等内容；钢管拱施工技术，包括拱肋加工与制作、拱肋支架搭设、钢管拱压降、吊杆安装张拉、支架模板拆除等内容。

1.3 三沟跨沿海高速公路特大桥简支拱施工过程中的安全保障措施

由于该处施工受既有高速公路影响，如何在保证既有高速公路继续运营，同时全时段保障各项施工工序连续不间断，就要在交通导行和简支拱各施工工序中加入安全保障措施，尽可能在施工过程中将各类安全隐患消除。

2 施工技术方案

本文对新建唐曹铁路工程三沟跨沿海高速公路特大桥简支拱施工全过程进行调查、研究，针对该工程工期紧张、沿海高速公路河北段过往车辆繁忙、道路前方即为唐曹互通区、施工作业区用地狭小等施工条件，对新建唐曹铁路工程三沟跨沿海高速公路特大桥简支拱两种不同的施工技术方案进行对比分析，综合考虑施工安全状况、交通安全性和满足工期、经济性要求的前提下，选定全贝雷梁膺架法施工技术方案进行施工，将三沟跨沿海高速公路特大桥简支拱施工技术分解为系梁施工技术和钢管拱施工技术，结合跨越沿海高速公路和周边地质条件等实际情况分别研究并阐述施工技术要点，再针对确保施工期间沿海高速公路河北段不间断通行的情况下，结合简支拱施工各工序采取有效的安全保障措施，有效消除施工期间的安全隐患，为实现三沟跨沿海高速公路特大桥顺利完工提供技术理论保障[2]。

跨越沿海高速公路施工现场所在位置为双向六车道并渐变双向八车道，限行时速120 km，车道布置为4.59m（加宽段）+3×3.75m+3m（中央分隔带）+3×3.75m+1.93m（加宽段），设计文件中梁底面至现有高速路面高度最小处为7.32m。承台边缘与高速路肩的最小铅直净距是为15.44m。针对三沟跨沿海高速公路特大桥工期紧张、沿海高速公路河北段过往车辆繁忙、前方150m即为唐曹互通区、施工现场用地狭小等施工条件的特点，编制以下两种施工方案：

跨沿海高速公路采用贝雷梁膺架法结合碗扣式满堂脚手架进行施工，在借道施工时，首先封闭右幅车道，开通左幅车道。左幅车道为两车道，天津方向车道宽度6.31m～5.67m，唐山方向的车道宽度5.33m～4.58m。

左幅车道完成施工完毕后即进行封闭，并将右幅车道开通。右幅车道为两车道，车道1宽度6.24m～5.52m，为天津方向的车道设置，车道2宽度5.38m～4.66m，为唐山方向的车道设置。

连续施工46小时的方案，要求现场多增加标示标牌。特别是在唐曹互通区与沿海高速交叉处往天津方向汇入的车辆，要在匝道出口和进口位置分别设置24h专职安全员，并布置应急警示灯灯、慢行交通警示标志牌，交通标志标牌要连续摆放，确保在道路封闭46h内，车辆有序的汇入指定道路

采用全贝雷梁膺架法施工，除了公路两侧需要各设置7根钻孔桩外，可利用既有的承台作为支点设置钢管立柱。考虑到沿海高速公路车辆流量较大方案二采取临时交通管制，在路政及交警的监督下，选择每天车流量最小的时候，临时封闭道路交通2h，每天封闭两次，每次封闭一幅。每幅累计封闭天数为11.5d。

3 技术方案对比分析

在对上述两方案进行施工安全状况分析中，三沟跨沿海高速公路特大桥所跨越的沿海高速公路河北段是地区交通联系的重要通道，路基宽度28m，并采用低路基设计，双向四车道。该桥跨越沿海高速公路，前方15m处为唐曹互通区，从双向六车道渐变更为双向八车道，全年日均车流量12000辆幅，最高限速为120kmh，施工区段内秩序维护要求高，安全及各类管理压力大，如在施工及后续施工过程中发生质量、安全事故，则影响范围大、涉及面广。

经由上述分析得知，沿海高速公路日车流量大，交通繁忙，依托工程下部施工可使用空间极为有限，因此如何确保简支拱施工建设本身、沿海高速公路过往车辆安全是选择施工技术方案极为重要的选择因素[3]。

交通安全性对比分析中，依托该工程周边安全状况分析结果，施工方案的选取应充分依照“安全可靠、经济适用”原则。为确保施工期间安全生产，应尽量减少站路施工的时间和频率，以降低和通行车辆的交叉干扰；与此同时，在确保安全的情况下节约措施成本，要尽可能减少各类临时设施、机械设备和人员的投入。

方案一中跨沿海高速公路采用贝雷梁膺架法施工，支架布置 12m+6m+12m；其余部分采用碗扣式满堂脚手架。考虑到两个主墩都位于荷塘内，且两个主墩之前有一条1～13m的过水涵洞，碗扣支架搭设高度在10.5m左右，支架搭设较高，地基处理尤为关键，只能回填后打高压旋喷桩，成本较高且工期较长，质量难以控制；受场地限制，碗口支架搭设位置小型车辆及器具无法通行。

方案二中采用全贝雷梁膺架法施工，除了公路两侧需要各设置7根钻孔桩外，可利用既有的承台作为支点设置钢管立柱。贝雷片施工较为快捷，施工工期较短，且成本投入相对满堂碗扣支架较小，地基处理较为简单。

工期与经济性分析。上述两个方案的工期可依据施工进度安排的需求，在持续投入人、机、料保证满足进度计划，而方案一碗扣支架搭设位置位于承台以外的荷塘内，地质情况较差，淤泥质土层达到5m厚，可以在采取回填后施打高压旋喷桩，地基处理费用约为20万元左右，且处理完毕后还要进行地基预压，施工工期较长且施工费用较高。贝雷片属于鹰架法施工，除了夸中存在弹性变形外，支座位置基本无沉降。但是碗扣支架搭设高度约为10m，自身扣件之间的压缩量和地基的沉降是不可避免的。

方案二所采用的全贝雷梁膺架法施工，除了公路两侧需要各设置7根钻孔桩外，可利用既有的承台作为支点设置钢管立柱。贝雷片施工较为快捷，施工工期较短，且成本投入相对满堂碗扣支架较小，地基处理较为简单。

即全部使用贝雷片和贝雷片与碗口支架相结合的两个方案在总体工期一定情况下的工程量与工程造价对比可知，方案二比方案一预计要节约资金43万元，支架搭设工期，方案二比方案一预计可减少工期35天，因此在结合图纸设计、工程造价、业主对工期的要求等影响，方案二较方案一优势明显[4]。

4 结束语

本文根据新建唐曹铁路工程三沟跨沿海高速公路特大桥简支拱工程设计情况，结合现有合理的施工技术手段和装备水平，针对依托项目工程三沟跨沿海高速公路特大桥工期紧张、沿海高速公路河北段过往车辆繁忙、前方150m即为唐曹互通区、施工现场用地狭小等施工条件，通过对比两种支架方案的施工安全需要、交通导行与工期和经济性优劣分析，选择全贝雷梁膺架法施工技术方案。在本文的基础上，还应进一步研究在简支拱结构施工过程对于高速公路尤其是在互通变速车道区域的行车视距等方面的影响，提出适应于不同车速、不同车流量情况下的施工导行方案。