红水河特大桥270m跨径刚架系杆拱桥施工技术研究

任治名

（中国铁建投资集团有限公司，广东 珠海 519000）

0 引言

鹿寨-钦州港高速公路（柳州至覃塘段）是广西实施国家战略高速公路网规划“纵5”线的重要组成部分，项目建成后，将为柳州、来宾、贵港三市新增一条出海大通道，极大地缓解泉南高速的交通压力，并大大提升广西高速公路网的沟通转换能力，为促进沿线地区发展发挥重要作用，也将有力推动来宾经济社会高质量发展。而红水河特大桥是连通柳州至覃塘段的关键节点，且由于此次施工跨径比较大，主跨达到270m，再加上该桥梁须跨越广西红水河来宾段珍稀鱼类自治区级自然保护区实验区，无形中增大了施工难度。因此，针对红水河特大桥270m跨径刚架系杆拱桥施工技术的研究具有重要意义。

1 红水河特大桥项目概况

红水河特大桥主桥为组合梁刚架系杆拱桥，主跨跨径270m，矢高58.9m，矢跨比1/4.585，拱轴系数=1.32；主梁采用横纵梁体系，钢混组合梁结构，顶面全宽38.2m，梁高2m，主梁纵向设置横系梁，吊杆间距10m，纵向设置水平系杆平衡推力；单榀拱肋采用钢管混凝土桁架，主拱圈由4根直径1m的钢管混凝土组成，弦杆横向间距1.8m，竖向间距5.0m；两肋中心距31.4m，设置“米”字、“K” 字横撑。上下弦采用550×12mm钢管，斜向弦杆采用550×12mm钢管。横撑竖腹杆、斜腹杆、水平腹杆均采用350×10mm钢管。红水河特大桥主桥示意图如图1所示。

图1 红水河特大桥主桥示意图

2 施工重点及难点

红水河特大桥跨度大，达270m；且单侧拱肋最大节段吊装质量达95t，须采用大型缆索吊装设备；全桥设9道横撑，其中8道K型横撑，24对吊杆，施工节点繁多，工艺复杂，技术难度高。因此，如何在保障安全的情况下，高效完成该刚架系杆拱桥施工是该项目的重点及难点。

3 主桥施工

3.1 拱座施工

根据桥位总平面图和测图控制网中所设置的控制点、水准点等构建相应的平面及立面控制网，然后将拱脚钢管及铰座吊装到劲性骨架上，并用手动葫芦对拱脚钢管及铰座位置进行适当调整并固定（图2）。按照“先架立钢筋、再其他钢筋”的顺序安装钢筋，然后安装模板，墩柱外模板采用大块平面钢模板，内模板采用木模，并搭设钢管型钢支架将墩柱一次浇筑成型，以保证拱座外观光洁密实及整体质量。

图2 拱脚预埋示意图（单位：mm）

3.2 钢结构加工

钢管拱主拱肋制造采用筒节、单元件、弦管片装分段、单侧主拱肋卧拼装顺序进行的制造加工方案。桥面系格子梁采用纵、横梁工字梁制造、格子梁预拼装制造的工艺方案。主拱肋卧拼、格子梁预拼采用半拱全拼。

首先是节段划分及对接。根据上弦管、下弦管、腹管和横联管等设计要求将管材切割成合适的尺寸及规格（例如：上下弦管设计长度为10m，腹管设计长度为4.8m，横联管设计长度为6.1m），控制管节长度公差为±1.5mm，并打磨坡口，确保平整度达到±20um。然后对所有截好的弦管进行编号，并根据编号将其焊接在胎架上，焊缝应错开500mm。

其次是预埋拱脚、铰轴底座制造。根据图纸要求将预埋拱脚管、铰轴圆弧板、法兰盘、加劲板及其他相关附件等切割成相应的形状及尺寸，并在组装平台上划线及安装定位板，然后焊接管内纵肋及管内径向隔仓板，将预埋拱脚及铰轴底座组装好。

首先检查工作平台胎架及样板线型是否吻合，控制误差＜3mm，检验合格后，再在平台上开始组装节段单桁片。

该项目中节段单桁片采用卧拼法进行组装，即先按“先下弦管再上弦管”的顺序将弦管吊至胎架上并合样；然后使用水平仪对上下弦管进行抄平，并根据上下弦管位置画出腹管中心线，再根据要求采取对称焊接方式将直腹管、斜腹管焊接牢固，形成单片桁架结构（图3）；并按《铁路钢桥制造规范》（Q/CR9211—2015）要求，使用超声波对焊接质量进行检查，焊缝应达到Ⅰ级，且不能出现裂纹、夹渣及焊瘤等。

图3 单片桁架结构示意图

K撑共有4个部分，即横向连接桁片、斜撑连接桁片、连接撑及接头。先在胎架上将横向连接桁片及斜撑连接桁片组焊成桁片单元件，再将提前预制好的连接撑斜安在横向连接桁片及斜撑连接桁片之间进行进一步加固，最后利用接头将横向连接桁片与拱肋相连，并将斜撑连接桁片与拱肋焊接牢固，具体如图4所示。

图4 K撑平面图

格子梁采取正装法进行组装，以胎架为外胎，根据纵横基线将各杆件安装就位，并加设加固措施，以保障格子梁加工的精度及安全。同时，为了便于后续梁段对接过程中调校各板的相互位置，纵梁等端部应预留150mm暂不焊接，等正式安装架设时再进行焊接。实际拼装时使用2个胎架自两侧拱脚向跨中进行对称拼装，且每个轮次拼装2+1个节段，每拼完一轮要留最后一段作为下一轮次的母梁，反复如此直至加工完所有的格子梁。

3.3 缆索吊装及拱肋安装

现场将地锚系统、卷扬机、塔架及缆索等按设计要求安装好，并对缆索吊装系统各部分进行试吊前的全面检查验收，合格后开始进行试吊。试吊按照“最大吊重的50%→100%→120%→卸载”顺序进行分级加载吊装试验，该项目中最大拱肋节段吊重约为95t，故实际试吊时按“47.5t→95t→114t→卸载”顺序进行分级加载，以检验该吊装系统的吊重能力及系统运行状态，达到施工要求后，再进行正式起吊。

该刚架系杆拱桥每侧拱肋均分有10个节段，采取缆索分节吊装。试吊合格且检验缆索吊装系统各项性能均正常后，开始进行正式吊装：1）吊装按照先吊装左幅拱肋节段，再吊装右幅拱肋节段的顺序进行。先是将预制好的拱肋节段运输到桥位，然后将首节拱肋用天线合吊到设计位置扣挂，再使用斜拉扣挂体系安装。2）主拱圈节段采取两岸对策悬拼+单肋吊装，每半跨拱圈分为5个吊装节段。吊装第一节段拱肋时，先将第一段拱肋吊至设计位置，跟拱脚采取临时连接措施，并安装临时扣索支撑。接着吊装第二节段拱肋，吊至指定位置后，使用内法兰栓将第二节段拱肋跟第一节段连接牢固，安装临时扣挂和横撑，并调整拱肋标高，调好后扣挂锚固。这样依次逐段吊装完所有节段的拱肋。主拱圈拼装过程中要注意控制拱肋钢管接缝的错台应≤0.1倍钢管壁厚且≤2mm，保证主拱圈拼装质量。3）吊装完各拱肋后，按设计要求对所有拱肋的线形及位置进行调整，准备进行合龙。该桥梁合龙设计温度为18℃，且不能超过20℃，故在合龙前10天便开始监测每天的温度变化，并每隔3h记录一次。待温度达到要求后，采取瞬时合龙，具体合龙步骤如下：首先，在合龙定位板及拼接板上钻好32mm冲钉孔，备用；使用螺栓把拼接板固定到合龙定位板上；使用揽风索及扣索对拱圈的位置及合龙段高程进行调整，达到设计要求和合龙温度要求后，对好冲钉孔，并及时打入冲钉，锁定拱圈并完成合龙；检验合龙口的尺寸，满足设计要求后，焊接合龙段，完成拱肋合龙。之后对拱脚做封铰处理，形成无铰拱。最后，逐级松扣、卸扣，使拱圈在自重作用下呈无铰拱状态。

3.4 管内混凝土灌注

该项目中管内混凝土采取真空辅助泵送顶升压注法进行灌注，混凝土为C60自密实补偿收缩混凝土。待完成拱肋合龙且质量检验均合格后，即可进行上下弦管内混凝土灌注施工：1）按照试验所得的配合比（表1）配制好C60自密实补偿收缩混凝土，确保混凝土性能满足表2要求。2）在拱顶架设好抽真空系统及灌注系统，并试运行，系统运行正常后，先用高扬程抽水机对钢管内部进行冲洗，把铁锈及其他杂物都清理干净，接着泵送砂浆对一级进浆管进行润滑。上述工作完成后，开启泵机，开始泵送混凝土，待混凝土界面超出泵管0.5m后，关闭泵机并开启真空系统，抽真空到-0.7MPa，然后继续向管内泵送混凝土。待拱顶出浆管开始出浆后，暂停泵机，并慢慢释放负压。这个过程中，为防止因混凝土回落而使空气进到弦管中，则每释放0.02MPa负压，便泵送一次混凝土。同时，要适当地敲击出浆管，若出现混凝土回落，则应立即停止负压释放，开启泵机，把出浆管泵满混凝土。释放完负压之后，将真空系统退出，并使用泵机继续泵送混凝土，直到拱顶出浆管将浮浆排干净，排出良好混凝土后，暂停泵送，静置10min，然后再泵送两手，再静置10min。当出浆管没有明显气泡排出后，便关闭进浆管阀门，即完成单条主弦管混凝土灌注。然后根据该方法将其他弦管都灌注混凝土。3）灌注混凝土时，要注意两半跨要同步进行灌注，且灌注密实度应＞90%。完成灌注施工后，要及时封闭所有开孔，对管内混凝土进行保水养护。

表1 C60自密实补偿收缩混凝土（kg/m3）

表2 C60自密实补偿收缩混凝土性能

3.5 系杆、吊杆与钢格构梁及桥面板安装

该桥每侧拱肋分别设有16根MXGK15-37型可换索式钢绞线系杆，采取分批张拉，即利用索架旋转轴及工作索吊起牵引绳，把系杆从一岸拱肋下挂的钢丝绳之间穿过，并通过各“横梁系统”上方，到达另一侧。同时，利用安有定位滑轮和限位装置的临时系杆托架-横梁系统进行系杆安装，这样既能预防系杆外PE层被横梁棱角刮伤，也能起到定位作用。另外，对上游、下游的系杆都加设了永久压力式传感器，以便实时监测系杆张力。

吊杆采取工程预制，且吊杆系统为纵向单吊杆形式，各吊点均按一根吊杆，并采用工作索辅助安装，具体工艺流程为吊杆孔清理→吊杆锚具检查→实测各吊点标高值→工厂放样制作→吊杆运输至现场并松展开→吊点垂直提吊就位→按加载程序张拉吊杆，调整标高→锚具封闭并作防护处理。安完吊杆后，应根据桥面线形要求，调整所有吊杆的索力，防止因吊杆索力偏差过大而影响整体桥面线形美观。

该项目中桥面板有行车道板、人行道板两种，均使用缆索按照“纵从端部到跨中、从中间到两边”的顺序进行吊装，吊至拱顶空位后，下放到指定位置。且吊装过程中，应注意使预制板钢筋避开纵横梁顶面的剪力钉。安装完所有桥面板之后，检验桥面标高，满足设计要求的标高96.83m后，浇筑桥面板，浇带混凝土并养护。

4 总结

综上所述，刚架系杆拱桥施工涉及环节、内容比较多，加上通常跨度比较大，所以实际施工具有一定难度。鉴于此，施工单位必须要结合项目实际采取针对性的技术方案，并严格控制各项技术落实质量，才能使刚架系杆拱桥施工实现预期的质量及效益目标，进而为区域社会及经济发展助力。