UHPC拱肋翻转吊装合龙施工技术在八丘田车行天桥的应用

摘要：文章结合八丘田车行天桥工程概况，从UHPC拱肋预制、支架搭设、运输、转体、起吊与安装等方面，介绍了UHPC拱肋翻转吊装合龙施工技术的应用工艺。工程应用实践表明，翻转吊装合龙施工工艺可以优化吊装施工顺序，减低安装风险，在工程的工期、质量、成本等各方面均取得了较好效果。

关键词：超高性能混凝土;拱肋翻转吊装合拢;八丘田车行天桥

中图分类号：U445.46A291093

0 引言

超高性能混凝土（UHPC）是一种新型的水泥基复合材料，具有高强度、高延性、高耐久性和高环保性等特点，还有超强的力学性能和耐久性能。八丘田车行天桥采用UHPC拱肋翻转吊装合龙施工技术，拱肋整体平卧浇筑，在吊装前，需进行“卧转竖”，然后进行支架吊装合龙，而在具体的施工过程中，通过研究UHPC拱肋翻转吊装合龙技术，能解决大跨径混凝土拱桥在翻转、吊装、调节中的施工问题。

1 工程概况

八丘田车行天桥是M01县道上跨云南省昌宁至保山高速公路（简称昌保高速公路）主线的一座车行天桥，与昌保高速公路主线交叉桩号为K69+605.00。M01县道是丙麻乡至省道S312（二級路）最便捷的通道，路基宽约7 m，路面宽约6 m。

本桥沿M01县道至丙麻乡约4 km，为采用上承式超高性能混凝土（简称UHPC）的无铰拱桥，主桥拱肋拱轴线为悬链线，计算跨径L=34 m，计算矢高f=7 m，计算矢跨比f/L=1/4.86，拱轴系数m=1.543。主拱截面双箱单室拱肋，每个箱截面高度为1.3 m，截面宽度为1.5 m。拱肋采用UHPC混凝土，其材料等级为UC150-4级，即混凝土立方体为100 mm×100 mm×100 mm，抗压强度≥150 MPa。拱上建筑采用普通钢筋混凝土结构。

八丘田车行天桥主拱跨径为34 m，拱顶高7 m，桥拱为UHPC高强混凝土预制拱，单个桥拱分成3个节段在预制厂加工预制，待混凝土强度达到100%后，运至现场进行吊装。

2 技术应用

2.1 UHPC拱肋预制

UHPC原材料包括水泥、硅灰、石灰石粉、砂、钢纤维、减水剂和水。其中水泥、石灰石粉采用粉罐投料，砂采用配料机称量输送带投料，硅灰和钢纤维为袋装，采用人工投料。具体操作方法为：在输送带上搭建一投料平台，平台上设置一投料漏斗，漏斗下方正对输送带，硅灰投料前破袋，将硅灰全部集中在一大桶中，投料时倒入漏斗，通过输送带投入搅拌机。钢纤维通过分散器投料，将纤维分散器安装在输送带上，下料口正对输送带，生产时提前将袋装钢纤维破袋倒入一大桶中，投料时将桶内的钢纤维倒入纤维分散机内，钢纤维经过分散器分散后通过输送带投到搅拌机内。

搅拌时先将水泥、石粉、砂、硅灰投入搅拌机，干拌均匀后加入水与减水剂，待物料搅拌成砂浆状态后加入钢纤维，持续搅拌至钢纤维分布均匀后完成UHPC搅拌工作[1]。其生产工艺流程图如图1所示。

八丘田车行天桥拱肋及梁板预制均在预制厂统一进行加工，预制厂与搅拌站为一体站，场站内设置龙门吊，可供混凝土运输。根据超高性能混凝土性能指标要求，结合场地实际情况，拟采用塔机料斗接UHPC，用龙门吊运输卸料至混凝土泵车中，待一节拱肋所需混凝土全部拌制完成后，统一由混凝土泵车送至浇筑地点进行拱肋浇筑。

2.2 支架搭设

拱肋支架为钢管立柱支架，钢管采用 350 mm×10 mm，材质为Q235钢。为了确保钢管支架的稳定，钢管之间采用14#的槽钢或工字钢连接，沿纵桥方向设置6排，每排4根钢管立柱，立柱顶部、底部焊接500 mm×500 mm且厚度≤1 cm的钢板，顶部钢板根据拱肋弧度，焊接千斤顶调节顶座，垂直拱轴线预留5 cm调节距离。千斤顶采用QL50螺旋千斤顶（起重高度为15 cm，自重高度为33 cm，顶部直径为9.7 cm，底部直径为18.5 cm）。

2.3 拱肋运输

2.3.1 拱肋吊点确定

拱肋吊点的确定方法是：将拱肋节段分成三部分，以左边与右边节段质量相加等于中间节段质量为原则确定分界线，该分界线即为吊点位置，并且采用模拟软件建立模型进行模拟，现场试吊试验，验证吊点的最终位置（见图2）。

2.3.2 拱肋运输

拱肋预制厂距八丘田车行天桥桥址位置约600 m，拱肋分节段浇筑，完成三个节段，即全肋浇筑，并蒸养完毕后即转运至桥址处。因拱肋节段较短且重量相对较轻，可在预制场内采用汽车吊将拱肋吊移至13 m平板拖车上，每次装运1节。

2.4 拱肋转体

由于拱肋采用卧式浇筑工艺，吊装前拱肋为卧式体位，吊装时应将拱肋进行翻转。拱肋转体关键是避免翻转过程对拱肋的损伤，拱肋翻转过程难度来源于两方面：（1）翻转器具对拱肋的损伤;（2）拱肋转体过程中重心瞬变易造成拱肋的碰撞损伤[2]。

针对翻转器具损伤的问题，应对的方案是采用两台汽车吊作为翻转动力，以拱肋上的吊孔为着力点，采用螺纹钢棒等固定好钢丝绳，防止滑移。在钢丝绳与拱肋接触处设置缓冲件防止损伤拱肋。

针对重心瞬变的问题，拟将拱肋在沙堆上进行翻转，以减小对拱肋的冲击。沙堆采用湿润的级配碎石堆积而成，严禁用干料堆积。按规定尺寸堆积成型后拍实，并在用土工布覆盖表面，防止污染拱肋表面。

转体前将拱肋突出部分，尤其是各个角用旧轮胎绑好，然后将拱肋平移至沙堆上并放平，确保拱肋受力平衡，状态稳定。将吊车设置于拱肋两侧，吊车用钢丝绳分别固定于两侧吊点上，A吊车收紧吊绳，B吊车吊绳缓慢释放，拱肋在两台吊车协调配合下缓慢翻转。

2.5 拱肋起吊与安装

拱肋翻转成吊装体位后，采用两台汽车吊进行吊装。拱肋吊装采用型钢扁担梁兜底，使用精轧螺纹钢将扁担梁固定于吊孔上，防止吊点滑移。每节段吊点为两个，且吊运用钢丝绳截面尺寸及型号必须满足计算要求，拱肋与型钢连接处应设置缓冲件，防止拱肋和型钢接触而发生磨损。拱肋在吊运安装前，应进行试拼装并对每节段拱肋进行编号，编号标识显著且易于辨识[3]。

吊装采用的钢丝绳选用6×19型，其公称抗拉强度为1 960 MPa，绳径56 mm，经验算均满足施工要求。吊车布置水平距离拱桥位置5～6 m。拱肋节段1最高点距地面9.9 m，故起重总高度为11.7 m。而节段为两最高点距地10.63 m，起吊高度为0.5 m，绳长按60°方向考虑，则绳子高度为1.3 m，回转半径控制在5.5 m内。

为确保拱肋受力均衡，拱肋安装应先从拱脚开始，左右两侧拱肋必须对称安装，拱顶位置进行合龙。

拱肋跨边节段起吊后缓慢移动，不断调整拱肋节段姿态，使拱肋钢板与拱座钢板对齐，让拱肋钢板上的螺栓孔插入拱座地脚螺栓，最后上地脚螺栓螺帽，但暂时不拧紧螺帽。

重复以上工序完成另一跨边节段吊装。

（1）在吊装过程中，对接头位置采用经纬仪、水准仪定位和测量檢验，控制其坐标高程。同时，进行测量监控，观测拱肋中线位置以及接头高程。

（2）在吊装边段拱肋时，拱身调整根据拱段接头两点设计高程，并核对与该点对应的理论数值及预留高度。

（3）预拱度使用千斤顶调整，拱肋段安装采用两台吊车慢慢吊起，对接边段拱肋下端与拱脚预埋端接头，并用梢栓临时连接。另外一侧落在支架上，钢管拱肋中线用全站仪、经纬仪调整，轴线偏差<5 mm，用水准仪检测。接头用500 kN的千斤顶进行调整，要比设计高程抬高10～20 cm。接头最后松摘吊点，确保边段拱肋完全落于千斤顶的支架上，两个边段拱肋顺利完成安装[4]。

在安装合龙段前，要多次核对接头高程。然后再进行合龙段的安装。在合龙前应复核左右侧拱肋线型和标高，保证合龙段连接板连接紧密，其间隙满足设计及规范要求。

拱肋合龙是拱肋吊装拱座的关键点也是难点，需将跨中节段吊装到位，并保证预应力孔道精准对接。为解决跨中节段顺利入位的为题，拟采用向跨边节段借位的方法：两片跨边节段到位后，调整拱肋下的螺杆千斤顶，使拱肋沿拱轴线垂直方向向上平移，由于拱座对接面为上宽下窄的楔形结构，将跨边拱肋节段沿对接面向上平移，则可为跨中节段腾出合龙操作空间。经过计算，若跨边拱肋单边向上平移10 cm（5 cm）则可为对接面提供4 cm（2 cm）空间，两边则可提供8 cm（4 cm）空间。由于跨中节段也是上宽下窄的楔形结构，这些空间足够跨中节段顺利入位。跨中节段吊装到位后，放下跨边节段，使节段间对接面贴紧[5]。

为了确保拱肋的安装位置符合设计要求，要采用两台经纬仪架立在两拱座上拱肋轴线位置，观测合龙处4个接头轴线点及拱顶轴线点，用水准仪控制拱肋标高并微调，使预应力管道对齐，并插入实心钢棒定位。

3 结语

本文以八丘田车行天桥这一工程实例为背景，进行了UHPC拱肋翻转吊装合龙研究分析，结果表明：（1）UHPC具有高强度、高韧性、高耐久性等特点，采用UHPC建造拱桥，截面厚度得到优化，并且在减少混凝土用量的同时，减轻桥梁结构自重，适应桥梁工程轻量化、重载化以及耐久化需求，促进路桥行业产业升级;（2）UHPC拱肋翻转吊装合龙施工技术，对于工程的工期、质量、成本等各方面均取得了较好效果;（3）UHPC拱肋翻转吊装合龙施工技术可以有效解决节段架设和索力计算问题，保障拱桥的施工质量;（4）钢管拱肋加工精度、安装误差、拱肋弦管焊接引起变形及环境温度影响等方面得到有效控制，达到拱肋线形控制目标及要求，可以指导同类项目施工。

参考文献

[1]张怡孝，刘爱荣，曾鑫彬，等.高强钢管-超高性能混凝土拱承载能力研究[J].建筑结构学报，2021，42（S2）：365-372.

[2]周志敏，房金钱.预制拼装UHPC刚架拱桥设计施工概述[J].工程与建设，2021，35（5）：957-959，962.

[3]淳 波.1～80 m下承式简支拱拱肋制作及吊装施工技术探讨[J].工程机械与维修，2021（1）：104-105.

[4]龚子松.钢管混凝土拱桥拱肋吊装分析与扣索索力优化[J].公路工程，2015，40（5）：208-213.

[5]蔡景毅. 钢箱—混凝土组合拱桥吊装合拢技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2011.

作者简介：

张光迎（1988—），工程师，主要从事公路施工管理工作。