90 m +200 m +90 m 连续刚构钢管拱桥施工关键技术研究

柯伟鹏，王 博

（1.浙江交工集团大桥分公司，浙江 杭州 310051；2.浙江杭甬复线宁波一期高速公路有限公司，浙江 宁波 315100）

1 工程概况

府河特大桥桥梁全长5833.65 m，主桥为90 m+200 m+90 m 三跨连续刚构系杆拱桥，见图1。下部结构46、49 号边墩承台尺寸：顺桥向×横桥向×厚度为9.4 m×12.3 m×2.5 m，桩基为12 根直径1.25 m的钻孔桩，顺桥三排，横桥四排，横桥向中心间距3.3 m，顺桥向中心间距3.5 m。47、48 号主墩墩上层承台尺寸：顺桥向×横桥向×厚度为13.2 m×18.6 m×2.0 m，四角采用150 cm 的倒圆弧；下层承台尺寸：顺桥向×横桥向×厚度为18.5 m×25.5 m×4.0 m，四角以R=225 cm 的圆弧倒圆；桩基为12 根直径2.8 m 的钻孔桩，顺桥三排，横桥四排，桩中心间距7.0 m，所有桩均伸入W2 新鲜岩层。

图1 主桥桥式布置图（单位：mm）

主梁采用单箱双室变高度箱形截面预应力混凝土结构，梁底按圆曲线变化由中支点处梁高10.6 m想向跨中及边支点处梁高4.6 m 过渡。箱梁顶板宽14.2 m，中支点局部顶宽16.5 m；箱梁顶板厚0.44～0.68 m，中支点处局部顶板厚1.7 m，边支点处局部顶板厚0.72 m，箱梁底宽10.8 m，中支点处局部底宽13.8 m；底板厚度0.40～2.0 m。

箱梁设计为直腹板，腹板厚分0.40 m、0.55 m、0.70 m 三种，中支点处加厚为1.00 m，边支点加厚0.85 m，箱梁腹板设直径10 cm 通风孔。设置横隔板8 道，边支点厚1.5 m，中支点厚2.0 m，中孔位置厚0.4 m，横隔板位置设人孔。各吊杆位置共设20 道吊点横梁，吊点位置横梁高分1.76 m、1.52 m、1.42 m三种，横梁厚0.4 m。主梁共分83 个梁段，边孔梁段编号K1'～K18'、K23',中孔梁段编号K1～K22。梁拱结合部0 号梁段长19 m，中孔K20 号合龙梁段长3.0 m，边孔K21' 直线段长5.75 m，其余梁段长分3.0 m、3.5 m、4.0 m、4.5 m 四种。悬浇梁段最重3 430 kN。

拱肋： 拱肋计算跨度L=200.0 m， 设计失高f=40.0 m,失跨比f/L=1∶5，拱轴线为二次抛物线设计，拱肋施工采用施工拱轴线制作和拼装，高度3.3 m，管径1.2 m，壁厚为20 mm 和24 mm 两种（见图2）。钢管拱设计采用平行拱双管结构，拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高3.3 m。拱肋弦管直径1.2 m，弦管之间用δ=16 mm 厚钢缀板连接，弦管及缀板内填充微膨胀混凝土。两榀拱肋间横向中心距11.9 m。拱肋钢管在场内统一加工后运至现场拼装，每榀拱肋划分17 运输节段，运输节段最大长度小于17.0 m。每榀拱肋上下弦管分别设灌注混凝土隔仓板1 处和加劲钢箍36 道；腹板内设灌注混凝土隔仓板3 处，沿拱轴线均匀设置加劲拉筋，加劲拉筋间距为0.5 m。两榀拱肋之间共设11 道横撑，横撑均采用空间桁架，各横撑由4 根φ500×14 mm 主钢管和32 根φ250×10 mm 连接钢管组成，钢管内部不填混凝土。全桥共设40 组双吊杆，纵向间距9 m。吊杆上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊点横梁下缘固定底座。

图2 拱肋结构布置图（单位：mm）

2 钢管拱桥主梁施工方案

2.1 主梁施工方案概述

主梁采用菱形挂篮进行施工，在0 号块上拼装挂篮，挂篮梁段长分别有3.0 m、3.5 m、4.0 m、4.5 m四种。悬浇梁段最重3 430 kN。挂篮一次走行，底模板通过后下横梁吊挂于导梁上，采用千斤顶拽拉挂篮走行就位。

2.2 挂篮结构

挂篮主桁架的三片主桁由联结系联结形成整体；每片主桁主要包括：上下弦杆、斜撑杆和斜拉；挂篮主桁各杆件之间以及主桁与联结系之间均为铰接。

底模平台由前下和后下横梁、底模纵梁及底模板；前后吊挂系统前上横梁、锚梁、吊带(吊杆)、千斤顶组成；内外侧模包含外侧模排架、内模排架、吊挂、内外导梁及模板；挂篮走行系统由走道梁、后勾板、内外导梁及走行吊挂框组成。后锚固系统包含锚固梁及锚固预应力筋。

2.3 挂篮施工步骤

（1）挂篮主桁架采取散拼，由200 t.m 塔吊吊装各菱形桁架、连接系及各杆件等；底模平台在桥位处地面拼装整体后，整体提升至设计位置；完成混凝土浇筑前准备工作。（2）完成主梁节段混凝土浇筑施工。（3）底模平台下放800 mm 脱离混凝土底面，完成吊挂系统转换，将后下横梁吊挂至外导梁，解除底模后吊挂，由千斤顶抓拉主桁架走行至设计位置。（4）重复步骤一至步骤三，完成主梁剩余梁段混凝土浇筑施工。

2.4 钢管拱桥0# 块施工方案

2.4.1 0# 块施工方案概述

0 号块梁段为墩梁固结段，长度为19 m，混凝土浇筑方量为1 500.03 m3。0# 分二次进行浇筑，第一次浇筑高度为7.5 m，第二次浇筑高度为5.3 m 及拱座。第二次浇筑混凝土前，在已浇筑混凝土内施加纵桥向临时预应力。采用钢管支架施工方案，下部结构采用直径800 mm 钢管柱，固定于承台的预埋件上，各钢管柱之间采用连接系进行连接。钢管支架上部结构采用分配梁，分层纵横向布置，作为底模板排架的支撑平台。墩身为双薄壁墩，双墩之间连接梁段为拱形。采用拱形支架。外侧模设置模板排架，采用精轧螺纹钢进行对拉。

2.4.2 0# 块施工钢管支架结构

钢管支架底模排架单侧共14 排，分配梁A、分配梁B 及分配梁D 采用2HN700×300 型钢，分配梁C 采用HN700×300 型钢。钢管柱最大反力为312 t。底模排架为桁架结构，上弦杆采用2[32a 型钢，下弦杆、斜杆采用2[20a 型钢，竖杆为φ297×6 mm 钢管。拱架主拱肋采用2[32a 型钢，拱脚采用可调撑杆连接。抄垫高度设计值为H=150 mm，现场拼装时根据实际测量对抄垫高度H 偏差进行修正。侧模排架为桁架结构，采用精轧螺纹钢对拉侧模排架。底模板及侧模板均采用钢模板，见图3。

图3 0# 块钢管支架结构总图（单位：mm）

2.5 主梁合龙段施工

主梁合龙顺序：先边跨合龙后中跨合龙。

边跨合龙：待边跨现浇段施工完毕，采取沙袋进行配重，对边跨合龙段进行锁定，浇筑边跨合龙段混凝土，逐渐同步卸载边跨合龙段侧沙袋；张拉预应力并压浆完毕，形成简支单悬臂结构，完成体系转换。

中跨合龙：采用吊架合龙方案，两个边跨合龙完毕后，中跨合龙段锁定，浇筑中跨合龙段混凝土，逐渐同步卸载中跨合龙段侧沙袋；张拉压浆完毕，完成体系转换。

合龙吊架利用挂篮底平台、侧模排架及内外侧模板。合龙锁定采用劲性骨架进行体外支撑，采用预应力束作为临时约束。

3 拱肋施工方案

3.1 拱肋施工方案概述

钢管拱肋总重为774 t，每侧拱肋分为17 节，最大节段重量约24 t，每道横撑重量为11.6 t，拱肋节段统一厂内加工预拼并检验合格后，运至现场，由130 t 汽车吊吊装至桥面，通过运输车运至安装位置。

3.2 拱肋提升支架施工

拱肋划分为三段进行施工，其跨度为53 m+94 m+53 m。其中两边跨（53 m 段）采用原位拼装，由80 t履带吊吊装，其最大节段重量16.5 t；中跨（94 m 段）先采用80 t 履带吊分节段吊装至支架上焊接成整体，再由吊架整体起吊提升至设计位置，其整体节段重量约370 t，共4 个吊点，见图4。

图4 拱肋提升支架施工布置图（单位：mm）

两边跨（53 m 段）其钢管拼装支架顶部分配梁上设置鞍座，采用千斤顶起顶鞍座对钢管拱节段线形进行调节。

施工步骤1：支架拼装完成，由80 t 汽车吊吊装两边跨（53 m 段），采取分节段吊装，见图5。

图5 拱肋提升支架施工步骤一布置图（单位：mm）

施工步骤2：采用80 t 汽车吊吊装中跨（94 m 段）拱肋，将中跨拱肋拼装成整体；同时采用200 t.m 塔吊拼装吊架，见图6。

图6 拱肋提升支架施工步骤二布置图（单位：mm）

施工步骤3：采用连续千斤顶整体提升中跨（94 m段）拱肋至设计位置，焊接合龙，见图7。

图7 拱肋提升支架施工步骤三布置图（单位：mm）

采用80 t 汽车吊吊装拱肋，吊臂长度为36 m，其最大吊重为22 t，最小吊距为5.5 m，可满足最高拱肋节段吊装。整体提升中跨（94 m 段）拱肋施工时，对主梁主体结构进行计算，其主梁受力拉应力计算值满足设计要求，则此方案满足施工要求。

3.3 钢拱肋拼装支架设计与安装

3.3.1 钢拱肋支架设计

拱肋施工分三段：45.66 m（边跨）+1.6 m（合龙段）+107.08 m（中跨）+1.6 m（合龙段）+45.66 m（边跨），边跨为原位拼装施工，中跨为整节段提升吊装施工。拱肋拼装临时支架分为原位拼装支架、整节段拼装支架和提升支架三个部分，除提升支架采用φ800×10 mm 钢管柱外，其余支架均采用φ630×8 mm 钢管柱。

原位拼装支架和整节段拼装的单根钢管支架分为管柱和鞍座两部分，管柱通过预埋件固定于梁面，并通过斜撑和连接系与其他管柱连接成整体，见图8、图9。鞍座设置于管柱顶端的横向分配梁上，通过设置横向和竖向反力座，利用千斤顶顶起鞍座来调整拱肋拼装时的线型。

图8 拼装支架结构大样图

图9 提升支架正面布置图

提升支架采用对边跨拼装支架接高方案，待边跨拱肋节段安装完成后，接高对应位置的钢管立柱，在钢立柱上设置纵横向钢箱梁，并安装后锚固系统和提升系统。后锚固系统采用7-φ15.24 mm 钢绞线，锚索采用千斤顶张拉至设计吨位，根据需要整体提升的中跨节段荷载，安装4 台连续千斤顶。

3.3.2 拼装支架的制造与安装

安装顺序：本桥钢管拱施工临时支架由48 号墩向47 号墩依次安装，安装程序为：清理、复测预埋件→管桩安装→连接系安装→横向分配梁（鞍座）安装→验收。

支架安装前，应复测预埋件的位置及高程，确定好管桩长度，原则上长度小于12 m 的管桩一次安装到位，大于12 m 的管桩采用分段安装焊接，管桩上提前设置好平台，以确保管桩对接及连接系安装施工安全。管桩与预埋件焊接时，先在管桩底部放样开槽，在与预埋件钢板进行坡口焊，焊缝等级为二级，管桩应竖直偏差不超过L/700。提升支架管桩底部垫梁分三段3 m+6 m+3 m 制作安装，施工时先安装两端3 m，抄垫平整，再安装管桩。拱肋提升前，再安装中间6 m 垫梁，确保施工过程中桥面畅通。

拱肋拼装和提升支架钢管构件连接采用焊接，在焊接构件制造时，必须不断优化施工工艺，以减小构件加工变形，降低焊接残余应力，同时构件焊接接长时，注意对接焊缝要适当错开。支架体系使用过程中必须定期检查横梁的挠度、钢柱的水平位移、焊缝质量、千斤顶安全性，支撑体系系统的整体稳定性，做好沉降变形记录。拱肋拼装和提升支架钢管立柱制造完毕后，对其应进行必要的防锈防护处理并将各部件进行标识编号。拱肋拼装和提升支架的安装采用汽车吊机吊装，人工辅助配合焊接固定，可由两侧边跨向中跨依次安装。拱肋拼装和提升支架的焊接平台要按照结构设计“三同时”的要求，做好安全防护措施。拱肋施工桥面机械设备、半成品较多，应注意交通组织及半成品保护。

3.3.3 钢管拱拼装

（1）拱肋拼装顺序

钢管拱施工由48 号墩向47 号墩方向进行拼装。主要施工步骤为：钢管拱运输至安装位置→钢管拱吊装→调整拱肋前端坐标→临时连接安装→复测、拱肋焊接→吊装下一节段至边跨钢管拱拼装完成→安装（临时）横撑→吊装提升吊架→拼装中跨拱肋及横撑→拱肋线形、焊缝质量全面检测。

（2）拱肋安装关键控制要点

施工时，拱肋从桥头路基直接运输上桥至安装位置，利用80 t 汽车吊吊装到拼装支架鞍座上，通过千斤顶调整鞍座位置来精准调整钢管拱节段位置。

吊机站位必须对照吊重曲线与拱肋各节段工况一一对应，严格执行一吊一方案。拱肋吊装到位后，先环口采用匹配件临时固定牢固，防止后续节段吊装时发生移位。拱肋对接固定时，先采用码板进行临时连接，待复测精调满足设计要求后再在进行焊接，焊接时设置施工平台，施工平台由槽钢+ 角钢组成框架结构与拱肋焊接固定，搭设脚手板作为施工平台。吊装由专人指挥，信号准确，起重人员操作熟练，避免吊装时构件碰撞而损伤。

3.3.4 中跨节段整体提升

（1）拱肋提升系统

中跨采取整节段提升吊装施工，其施工布置见图10、图11。

图10 主梁上下缘最大拉应力（单位：mm）

图11 吊架横断面布置图（单位：mm）

中跨（107.08 m 段）先采用80 t 汽车吊分节段吊装至支架上焊接成整体，再由吊架整体起吊提升至设计位置，其整体节段重量约450 t，共4 个吊点，采用19-Φs15.24 钢铰线作为提升索，提升索与拱肋通过转换吊耳连接。

（2）提升设备组成及安装

中跨阶段整体提升设备主要有连续千斤顶、泵站、控制系统传感器及其他附属设备组成，连续千斤顶分为拉索和提升索，其中拉索连续千斤顶设置规格为4 台100 t，提升索联系千斤顶设置规格为4 台200 t，张拉千斤顶与泵站根据现场情况就近布置，之间通过高压软管互连，液压油路之间相互独立，并在连续千斤顶上安装有液控单项阀，防止油管爆裂产生下滑现象。控制系统将各种传感器同各自的通讯模块连接，再连入计算机控制系统中整体联调，采用1 台液晶显示屏控制柜总控各提升设备。

（3）提升施工工艺流程拱肋整体提升施工工艺流程为：施工准备→试提升加载→支架体系检查→提升系统检查→空中停滞验证结构安全性→正式提升→拱肋临时固定→拱肋合龙段安装

（4）提升准备

a. 拱肋及横撑在桥面拼装完毕，根据提升千斤顶布置图，将提升千斤顶安装到位；b. 提升油管安装，控制设备安装；c. 吊车配合千斤顶泵站吊装和钢绞线安装；d. 用2 t 手动葫芦拉钢绞线，使得一束钢绞线的每一根长度基本一致；e. 所有千斤顶正式使用前，应经过负载试验，并检查锚具动作的工作情况；f. 千斤顶就位后的安装位置应达到设计要求，否则要进行必要的调整。

（5）试提升过程

a. 提升加载

正式提升前，按下列程序进行试提升：先对横向拉索按照10%的额定张拉力进行张拉；分级张拉提升索，中跨拱节段与下部支架脱离即可；横向拉索按照100%的设计张拉力进行张拉，并调整拱肋线形至设计要求。

b. 提升支撑结构检查

检查支撑结构结构的焊缝、变形等内容，确保提升安全。

c. 控制系统的检查

通过控制系统检查提升千斤顶的同步情况，必要时对控制参数进行修改或调整。

d. 空中停滞

试提升结束，提升钢管拱脱离支架约50 cm，空中停滞1 h，组织人员重点检查提升支架结构的焊缝、变形情况，及提升油缸、计算机控制柜、液压泵站，验证提升体系的安全性及稳定性，为正式提升提供决策依据。

（6）正式提升

正式提升过程的指令要统一，下达的指令要通过复核确认再下达给控制系统操作人员，提升提升速度控制在4～6 m/h。钢管拱肋初次提升高程应先低于理论标高10 cm，再进一步精准提升至设计位置。提升过程中安排人员对支架结构的后锚索、提升索和拱肋变形等结构结构关键部位进行观测，对油缸、泵站等提升控制系统进行观测，如有异常及时通知总指挥人员。提升前需要在拱肋四个提升点设置揽风绳，防止提升过程中出现大风气候，造成钢管拱晃动。

（7）拱肋固定

当拱肋提升作业至设计标高后，采用槽钢将中跨节段和边跨节段进行临时焊接固定，避免拱肋受风荷载影响晃动，为合龙段施工做好准备

（8）拱肋合龙施工

当提升拱肋临时固定后，采用汽车吊和20 t 倒链配合，提升合龙段至设计位置；合龙段定位完成后，焊接临时固定码板，进行合龙段的焊接施工。

4 拱肋线型控制方案

4.1 测量控制网布设

测量控制网布设不仅要满足拱肋安装，还要满足拱肋安装后的定期观测。整个桥拱肋跨距200 m，设置两个方格控制网用于拱肋的安装定位，高程控制可以依据方格网布设。

4.2 钢拱脚安装定位测量

拱脚安装时，通过全站仪对拱脚安装位置和精度进行调整。

4.3 拱肋、横撑安装测量

拱肋的测量主要包括：边跨原位安装、中跨低位拼装、中跨提升到位，重点是中跨拱肋节段的提升测量。在中跨节段吊装前，测量人员依据测量要求，将反射片贴于标记处，在温度作用下，对拱肋变形进行连续观测，作为合龙温度下拱肋实测线形对计算结果的验证，从而指导张拉索力的调整和合龙段长度的测量。拱肋吊装过程中，采用全站仪对中跨拱肋的相对位置进行观测，以控制中跨节段的提升高程，直至拱肋提升至设计位置。

5 结语

连续刚构钢管拱桥在桥梁建设领域广泛应用,其跨度逐步加大,对施工技术提出了更高的要求,为推动拱桥建设事业的发展, 有必要从拱桥基本特点入手,探讨相适应的施工技术,采取行之有效的质量控制措施。