下承式钢管混凝土系杆拱桥上部结构支架施工技术分析

邱春

（江苏嘉隆工程建设有限公司，江苏 宿迁 223800）

1 工程概况

该大桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥，桥梁全长374m，主桥全宽14.8m，横断面为1.4m（拱肋区）+12.0m（机动车道）+1.4m（拱肋区）；引桥全宽12m，横断面宽为0.5m（防撞护栏）+11.0m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）。

2 支架预制安装采用工厂生产的方式

第一，拱跨中腹板采用钢板现场切割与焊接后整体吊运的方式进行吊装，其特点是主拱施工周期短、对主拱的内力影响小、质量容易控制，但对整个拱桥影响较大。第二，由于该工程采用上部结构整体吊运到施工现场，因此，该桥下部结构支架主要采取分段吊装方式进行安装。具体的分节方案为：一段主拱安装在下横梁上，另一段为3 跨主拱安装在中腹板上。第三，由于拱肋、中肋均采用钢结构、混凝土结构与钢筋焊接组成，在拱形面内设置钢管和钢筋支架是为了保证拱肋受力的要求。该工程采用分段吊装法进行下部支架安装，即先将拱肋、中肋整体吊起后吊至拱脚位置，并在中肋顶板位置安装下部结构支架。为了保证中肋顶板和拱脚顶板施工质量及控制施工质量，首先在拱脚位置将整个支架预拼装并吊装到位。

其一，由测量放线人员确定吊点的准确位置，并按施工图纸的中心线放置支架，同时将支架吊至施工现场。其二，将吊装使用的钢丝绳、滑轮等材料堆放在施工现场一侧并铺设好防护措施后，由操作人员根据安装图放好吊点并用吊钩连接到相应位置，再将每根主拱肋中承板用螺栓与钢丝绳、滑轮等材料连接固定。其三，对有较大挠度或出现扭曲变形的支架需及时调整加固，以保证其刚度和强度，减少变形。其四，在支架安装过程中若发现有影响主拱肋变形的构件时，需及时拆除，避免损伤主拱肋结构。

3 结构支架设计

第一，桁架式主拱的主要施工方法为先在桁架式主拱端部设置一道竖向桁架，并将其分为几个基本块，然后再进行钢管混凝土块的浇筑及焊接，既能保证桁架在拱圈内锚固可靠，又能在拱圈内形成整体空间结构，确保施工时各桁架间的空间协调。第二，由于桥面两侧和桥塔均采用了钢管混凝土系杆拱桥的设计方案，对钢箱梁结构进行了整体计算，考虑到对上部结构支撑作用、荷载等因素影响，其刚度要求较高。第三，由于受桥梁本身的特点和影响，在上部结构设计时对桥梁上部结构的计算模型进行了简化处理。为保证设计计算方法正确可靠，在具体计算时可不考虑结构自重、环境荷载集中系数等因素。第四，该桥上部结构支撑形式为双杆式支架形式，主桁架、拱肋钢管和拱肋钢箱梁均采用桁架式布置方式[1]。

3.1 拱肋钢管的预埋

第一，预埋件的设置：拱肋钢管预埋件由下至上分别设置成“T”型、“H”型等形状，每个“T”型预埋件采用钢管混凝土进行浇筑。第二，拱肋钢管的安装：采用MQ420B 钢或M50 钢筋制作主拱截面，并在每个截面处粘贴一层10mm 厚的钢板。第三，拱肋钢管吊装：主拱在拱座拼装后，首先进行拱肋的吊装、合龙、就位。第四，吊杆、吊索的预安装：将预埋好的锚杆与吊索进行连接，将吊绳从预埋件的锚孔中穿入，并根据需要设置调节钢丝扣和调节螺杆。第五，拱脚预压：在预埋件施工时对各焊接点进行垫块处理，在安装过程中将垫块调整至水平状态。第六，安装吊杆及主梁：主跨钢管吊装就位后，先将主拱肋吊至桥面水平位置，再按照设计进行预压工作。第七，主梁就位：在预埋好的各锚杆上钻孔，将钢管插入锚杆孔内并固定好。第八，焊接：将MQ420B 钢板制成的主拱与14mm 的钢管用作主梁的截面厚度进行焊接，钢管截面形状为圆形。

3.2 主拱桁架的设置

第一，桁架式主拱的布置方案根据桥梁的受力特点，选择桁架式主拱结构作为施工时的临时支撑方案。第二，主桁架结构及布置方式将竖向主拱支臂的几个基本块分为两个或三个，每个基本板块有一个腹杆，将各基本板块放置到相应的位置。第三，主拱下塔柱及箱梁支撑施工主拱下塔柱采用了钢管桩，内壁光滑、平整，桩顶及桩底各设置一道横梁。第四，钢结构支架制作安装及施工工艺标准：钢结构支撑采用了双杆式支架法施工工艺流程，主拱支吊架设计为四节段钢结构支撑吊架；主拱拱肋分节段整体预制后采用了钢筋混凝土灌注工艺[2]。

4 上部结构施工支架搭设

在梁体的纵向支架完成后或扣索成功后，就可以对桥梁上部结构支架进行搭设工作。搭设过程中需注意，应在支架安装前做好前期准备工作，并及时对相关人员进行安全教育交底和技术交底；桥面系施工期间需要进行桥面系扣索安装等一系列作业活动；对于一些需要焊接的支架，必须先对焊接部位进行加固处理。搭好上层结构后，在上下层均有施工人员和设备进行施工作业；搭好上层结构后须及时封闭下层的通道；上部支架搭设工作完成后还需及时撤除临时设施，避免上部结构发生破坏而造成安全事故。上部结构架体搭设过程中应注意：在架体搭设过程中对下部支撑体系需进行控制和检验；上部架体应按照搭设规范和图纸设置到位；为保证上下层之间的相对稳定性，应对各个支座连接位置进行固定、锁定。当上部构配件安装完毕后，就可以对下部支撑体系进行拆除，并进行下道工序的施工。

4.1 下部支架搭设

为保证主拱肋施工时的线形和拱肋线形，主拱肋顶高及边跨主拱肋顶高须控制在15m 范围内。对主拱肋及主梁进行吊装。在上部结构施工过程中，通过钢箱梁与梁体间的连接，使得下部结构的支架与上部结构之间有相对稳定的联系。通过对钢箱梁、梁体间安装扣件后，再对下部结构支架进行搭设。为保证上部结构支架搭设和上部结构施工同步完成，各道支架的高度在设计图纸要求的范围内可以自由调整，以满足支架搭设和上部施工之间具有相对稳定的联系为原则，其高度可以在1～2m 范围内调整。利用卷扬机将下部架体与主拱体系一起运输至拱脚位置。由于下部架体受力比较复杂，因此，应对下部架体受力进行计算并做好相关控制措施。

4.2 系杆安装与张拉

系杆拱桥施工中，对于主拱肋纵向支架，需先进行纵向张拉工作，然后再进行其他各拱肋的张拉。系杆的安装要求：在支架搭设完毕后，需先对桥梁上、下层各道支架间的距离进行检测和验收，以保证系杆索力的可靠性。必要时可采用卷扬机或千斤顶作为辅助设备对系杆进行张拉。系杆张拉方法：按照施工方案的要求对系杆支架进行临时固定后，利用千斤顶进行系杆张拉。为保证拉绳不发生滑移现象，千斤顶上需要铺设一层厚为40mm 的钢丝网并设置2 道横向拉绳。由于系杆索力主要受拉力而产生，因此，索力大小直接影响系杆拱桥的施工质量。在系杆拱桥主拱肋上、下层各设置2 道纵向支架。每道纵向支架之间需用钢拱架固定连接、锁牢，以防止发生滑移现象。由于系杆拱桥系杆索力主要由张拉力来产生，因此，系杆拱桥施工过程中在主拱肋上设置横向拉、张拉点也很有必要。为了保证纵向支架与桥梁纵向结构之间的相对稳定，需要在桥面上进行临时扣索的设置、扣索孔的安装以及桥面结构体系的设置[3]。

5 下部施工作业及施工顺序

第一，钢支架预埋：由于该桥梁采用钢管拱结构，钢管拱与预应力钢筋混凝土结构的连接方式不同，在施工时应进行预埋处理。

第二，钢支架的安装：钢支架预埋完成后，应立即开始安装钢构件。

第三，拆除钢管和预应力钢筋：拆除工作主要包括两个方面：一是拆除桥梁下部的临时支撑架；二是将桥梁下部结构及支架吊离地面。

第四，安装钢主梁：对桥梁上部结构进行组装、定位等工序后，先对主梁进行安装，应注意吊点位置和吊装顺序。

第五，浇筑混凝土：在焊接好钢管和钢筋后，立即对钢主梁进行浇筑混凝土。

第六，养护：在支架拆除过程中，不能立即投入使用，需进行养护工作，待混凝土达到设计强度后方可投入使用。

5.1 施工过程中存在的问题

第一，由于该大桥主桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥，在拱肋、拱座等主要结构物安装完成后，必须进行全桥贯通及系杆吊架整体架设，又因桥梁上部结构和下部支撑结构同时施工，造成了施工工序较多、交叉作业较多的现象。第二，在拆除过程中对原有临时支撑架和钢支架造成了破坏。第三，对于钢管拱部分，在施工过程中因其自重较大导致承载力下降、结构变形等问题，从而增加了拆除难度。第四，对桥梁的整体外观有影响。第五，对钢支架的吊装作业时，给吊装过程带来较大困难。第六，在施工过程中，因桥梁自身的荷载比较大，使其变形和承载力都比较差。第七，对于桥梁上部构件，需使用临时支撑架进行整体吊装作业或局部拆卸安装处理，从而增加了施工难度。

5.2 改进措施

第一，在拱肋结构中增加一层横向钢管，增强其抗裂能力。第二，增加横向钢管搭接长度，以满足桥梁受力要求。第三，优化临时支撑架安装方案，尽量减少安装数量。第四，根据实际情况采用两根钢管并联搭接，以满足实际需求。第五，完善拱肋上临时支撑架施工方案。

6 钢筋的绑扎与安装

首先，模板支架、模板安装：在墩身支架、吊杆及斜拉索固定后，再对整个拱桥进行上部结构支架的绑扎和安装。上部结构支架的主筋一般采用直径200mmφ4～φ12 钢筋，每盘主筋间距为4m，共设8盘。其次，钢筋笼的制作与安装：钢筋笼长度按设计要求确定，可按设计图纸制作或现场加工。钢筋笼采用M10 冷拔热轧钢丝作骨架，钢筋笼内径φ16mm，钢筋笼顶面尺寸为10mm×2mm，主筋间距不得大于3m。最后，绑扎顺序及方法：对纵向和横向的箍筋进行统一绑扎。纵向及横向的箍筋用M10 冷拔热轧钢丝作骨架，并焊接固定。箍筋单根不超过2 箍。绑扎顺序是先上后下、先中后两侧、先里后外、先外后内、先远后近、先主后次、顺序对称进行并保持一定间距均匀分布。纵向及横向的箍筋在主拱圈混凝土浇筑前，与桥面板同时绑扎完成。

其一，焊接顺序：按钢筋笼纵向及横向搭接位置确定主拱拱肋纵向及横向的箍筋的顺序。

其二，焊接方法：纵向和横向的箍筋采用“人”字焊法焊接，两个主拱圈之间采用M10 冷拔热轧钢丝作骨架，焊缝用焊条电弧焊和氧乙炔火焰电熔两种焊接方法进行搭接。

其三，绑扎方法：先将所有骨架钢筋在地面上放置一层8～10cm 厚的木板，然后在木板上安放4～6 组50mm 长和6～8 圈宽的钢筋笼各两个，每两个支架之间放置一个钢筋笼。

其四，锚固措施：采用M10 冷拔热轧钢丝作骨架，然后将骨架按设计图纸在支架上放置四边，并用铁丝固定到主拱圈上和绑扎支架上。

其五，安装模板：首先将主拱圈的纵向及横向的箍筋绑扎牢固后，用M10 冷拔热拔轧制热轧钢丝作骨架，焊缝焊牢并用铁丝固定到主拱圈上。

其六，安装斜拉索及吊杆：在主拱混凝土浇筑前将斜拉索及吊杆绑扎牢固后，将吊钩焊接在主拱圈上，并用M10 冷拔热轧钢丝作骨架，焊缝焊牢并用铁丝固定到主拱圈上，与绑扎牢固后使用M10 冷拔或热轧钢丝进行搭接、焊接，不得损伤结构的强度。

7 混凝土浇筑

7.1 施工准备

第一，混凝土运输：采用专用车辆运输，并设专人指挥，以确保浇筑的混凝土强度满足要求。第二，混凝土浇筑前应做好相关准备工作，检查模板的强度、刚度是否满足设计要求。第三，模板拆除：对于拱肋支架、腹板、底板等采用钢模板，采用先拆模后浇筑结构混凝土的方法进行施工。钢管支架拆除时需控制好拆除时间和速度。在拆模过程中应控制好温度和防止出现露筋现象。第四，混凝土浇筑：对于拱肋支架采用先拱肋结构内钢筋绑扎完毕后，在混凝土浇筑前进行拆除；先浇筑钢管及腹板混凝土，待钢管混凝土初凝后再拆除支架。

7.2 钢筋保护层

对于拱肋及横梁模板、翼缘板施工过程中，模板采用木方绑扎稳固，并用竹钉等方式固定在支架上；翼缘板施工时，模板采用木方绑扎稳固；钢管混凝土浇筑前，先对钢管及腹板用钢筋固定，再拆模。

7.3 混凝土的坍落度试验

在施工过程中须经常观测混凝土的坍落度、坍落时间变化情况及表面情况，并及时处理问题。

8 结语

综上所述，下承式钢管混凝土系杆拱桥上部结构支架施工技术综合研发钢管混凝土拱桥现浇临时支架体系设计与施工、钢拱肋安装施工技术、拱桥施工过程线形控制及稳定分析、下承式钢管混凝土拱桥施工监控技术等，充分利用新型结构、材料的性能，加快施工进度，提升下承式钢管混凝土系杆拱桥施工质量，有效推进钢管混凝土拱桥施工技术进步，社会效益明显，具有较好的推广应用价值和广阔的市场应用前景。