高速铁路连续梁拱拱肋低位拼装技术应用

李智LI Zhi

（中铁二十五局集团有限公司西北分公司，西安 710016）

0 引言

连续梁与拱的组合使拱桥更加轻巧，尤其在高速铁路跨越大江大河中展现出非凡的适用性[1]，充分发挥了梁桥受拉和拱桥受压的结构特性，具有结构受力好、竖向刚度大、跨越能力强、造型美观等特点，在高速铁路桥梁建设中已得到越来越多的应用。连续梁拱桥拱肋结构一般采用竖转法[2-3]和分段低位拼装整体提升施工，也有采用异位拼装顶推滑移法的施工案例[4-7]，需根据工程的实际情况进行选择。对拱肋施工技术的分析应用，让其在桥梁工程中发挥出应有的价值。

1 工程背景

某高速铁路桥梁跨越信江西支，主桥采用（90+180+90）m 预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构。主桥顶面距河床35.1m，桥梁全宽13.2m，中支点处（拱脚）局部加宽为15.9m。拱肋采用竖直平行钢管混凝土哑铃拱，两拱肋中心距11.9m，计算跨度为180m，立面矢高36m，拱肋以施工拱轴线进行预制和拼装。

2 原设计情况

原设计拱肋安装采用竖向转体施工，将拱圈从跨中分为两半，在已有桥面上搭设支架，在支架上组拼拱肋；然后利用拉索牵引拱肋竖向转体至设计标高，并在跨中合龙完成结构的安装。

3 拱肋施工方法对比

根据施工现场实际情况，参考类似桥梁施工经验及本单位施工技术装备能力，在明确拱肋施工方案时，对竖转法（原设计方案）、分段低位拼装整体提升和异位拼装顶推滑移法进行了对比[8]。本桥可在相邻已完工的连续梁两侧施工临时拼装支架来实施异位拼装顶推滑移，在临时支架上提前拼装拱肋，待连续梁完工后进行拱肋整体顶推滑移的施工方法。该方法最大优点是在连续梁施工期间可以同步拼装拱肋。将三种施工方案在工期、安全、质量和费用等方面进行对比，见表1。

表1 连续梁拱拱肋施工方案对比

该桥前期受洪水影响，施工压力很大，拱肋剩余可施工时间82d。

根据以上对比，确定采用方案二，安全质量可控，工期基本满足要求。现场直接费用比方案一节约78 万元，比方案三节约337 万元。

4 主梁检算

拱肋拼装支架支撑于主梁上，拼装时支架自重、吊车吊装等均会对主梁产生影响。拱肋拼装对主梁的影响包括：拼装过程中已拼装好拱肋、支架自重、吊车（含配重）吊装时对主梁的影响。因此，根据拱肋拼装完成和安装时吊车站位分别对主梁受力状态进行检算。

4.1 拱肋拼装完成主梁的检算

将拼装支架的反力作用于支架相对于主梁的位置处，检算主梁受力。拼装支架受力最大位置处主梁的受力分别为：支架1（359.9kN）、支架4（372.2kN）、支架5（397.4kN）、支架6（349.0kN）。检算数据见表2。

表2 支架反力对主梁影响检算数据表

4.2 吊车支腿对主梁横向的影响

吊车支腿之间间距为7m，大小里程分别扩展1m，按9m 长度主梁梁体，腹板下缘三点支撑的框架计算。因吊车支腿的横向位置不确定，按吊车支腿最大支反力在拼装支架之间施加移动荷载计算。

如图1、图2 所示，主梁顶板顶最大压应力为1.1MPa、主梁顶板底最大压应力为0.7MPa，均小于C55 混凝土容许压应力14.8MPa，满足要求；主梁顶板顶最大拉应力为0.7MPa，主梁顶板底最大拉应力为0.9MPa，均小于C55 混凝土容许拉应力2.97MPa，满足要求。

图1 主梁顶板顶应力图

图2 主梁顶板底应力图

5 拱肋拼装关键施工技术及注意事项

拱肋采用厂内分段加工，30 段拱肋，4 段拱脚，9 个横撑。拱肋最长节段为15.4m，最重节段21.6t，横撑每段长10.8m，重约12.1t。支架安装程序：管桩组拼→连接系组拼→形成格构柱并安装→横向分配梁（鞍座）安装→验收。拱肋安装程序：拱肋短驳至安装位置→拱肋吊装→调整拱肋前端坐标→拱肋环口临时连接→复测、拱肋节段焊接→安装横撑→依次安装下一节段拱肋及横撑→安装合龙段处的横撑→拱肋线形、焊缝质量全面检测→安装提升支架系统→拱肋临时系杆分级张拉→分级整体提升0.2m，静置1 小时后整体连续提升→提升合龙段焊接合龙→分级卸载临时系杆及提升索力，完成体系转换。

5.1 拱肋临时系杆张拉

低位拼装段在提升时，由于受力状态由多点支撑状态变为2 点简支，根据拱的自重受力分析，两拱脚位置反力分解为垂直竖向力及向外的水平力。为确保提升段拱肋在提升过程中体系变化所产生的水平方向反力产生的变形量，在拱肋提升时需对拱肋弦长方向施加向内拉力，从而保证线形，实现精确合龙。拱肋临时系杆单侧共计18 根φ15.2 无松弛钢绞线，单侧计算的最大张拉力为228.4t（也是水平推力值），水平对拉索为被动索，施工时以控制位移变化为主，控制张拉力大小为辅。如图3 所示。

图3 分段低位拼装整体提升

拱肋临时系杆分级张拉步骤：①在拼装支架上全部组拼完成后，进行第一级张拉，第一级张拉为钢绞线预紧固，第一级张拉力按照50t 进行对称施加；②继续分级张拉，由50t→100t→150t→提升系统开始工作→调整水平弦长。此时拱肋已陆续脱离拼装支架，转由最两端的张拉支架及提升系统承受拱肋重量；③当拱肋提升至设计标高后，需调整拱肋合龙姿态，视情况决定，进行第三次张拉加载，计算的张拉力为4×228.4t，实际施工时以位移控制为准。

5.2 拱肋提升索的控制

提升索由13 根φs15.2 钢绞线组成，最大提升力为4×154t。当临时系杆张拉加载至4×150t 后，拱肋进入到脱架提升阶段。

为保证拱肋提升顺利进行，提升脱架共分4 个阶段控制：第一阶段：临时系杆张拉加载至4×150t 或之前，对提升索进行第一次加载，第一次加载为4×50t，进行对称施加；第二阶段：经对拱肋检查确认安全后，对提升索进行第二次加载，第二次加载至4×100t，进行对称施加；观测拱肋脱架状态；第三阶段：经对拱肋检查确认安全后，对提升索进行第三次加载，第三次加载至4×154t，进行对称施加；观测拱肋脱架状态；第四阶段：对拱肋检查确认安全后，拱肋即进入可提升状态。

先提升整节段拱肋与拼装支架脱空，脱架后（脱空20cm），停顿静置期间，检查整个提升体系各重要部位有无异常现象；然后进行提升，提升整体拱肋节段至设计位置，提升速度：4～6m/h。

5.3 拱肋线形控制

第一阶段：试提升空中停滞期间，进行提升段拱肋姿态的测量和调整。在提升支架上面设置水平千斤顶，提升前精调提升顶和提升管段提升吊耳的位置，使其竖向在同一轴线上；第二阶段：根据测量监控提供的空中测点，计算出各测点之间的相对位置偏差，进而得出拱肋线形形位偏差，再次通过提升支架上面设置的千斤顶水平微调偏距和里程偏差；第三阶段：水平张拉索设有张拉端和固定端，分别设置拱肋大、小里程的两端。若提升段两段水平间距不符合设计要求，则通过设置在两端拱肋下锚箱上的张拉千斤顶张拉或释放水平张拉索的方式调整提升段投影长度，以索长调整为主、以索力调整为辅。

5.4 提升注意事项

①临时系杆对称张拉左右不均衡力小于20 吨；②张拉过程中，检查拱肋、临时张拉系统、拼装支架变化情况，观察支架是否开始脱空；③提升前，需要在拱肋四个提升点设置安全绳，防止恶劣天气影响。

5.5 拱肋混凝土灌注及吊杆张拉

拱肋自密实混凝土顶升时，左右两侧同时对称顶升，混凝土的流动性及扩散性满足规范要求。为保证混凝土在钢管中能密实成型，混凝土要自行实现无收缩或微膨胀性能。混凝土按先上弦后下弦再缀板进行顶升，每次顶升必须在前一次混凝土达到设计强度的100%且龄期不小于5天后进行。系杆安装需在缀板混凝土达到设计强度的100%且龄期不小于5 天后进行，张拉时前后左右同时对称进行，按照设计提供的张拉力及顺序依次进行。在张拉时安装数据自动采集系统，便于后一束张拉时采集前一束的应力变化是否满足设计要求。全部张拉完成后，再根据设计应力进行微调，以满足设计要求。

微调完成后再次对拱轴线位置进行观测，是否达到设计要求。

6 结束语

在拱肋施工前，应根据现场实际情况经技术经济比选确定拱肋施工方案，施工现场严格执行方案。该方法已成功在信江西支特大桥、信江东支特大桥及乐安江特大桥的3 座（90+180+90）m 连续梁拱的施工中成功应用。经现场检查，施工效果符合设计时的预期效果。该桥拱肋拼装施工技术可为类似工程提供参考。