跨河铁路系杆拱桥梁施工技术研究

王俊

（中铁十一局集团第三工程有限公司，湖北 十堰 442000）

1 引言

自改革开放以来，国内交通运输行业也得到了迅速的发展，其中包括公路、铁路等领域，跨河铁路桥梁工程建设也得到了较好的发展，大部分一、 二线城市都兴建了跨河铁路桥梁。系杆拱桥作为一种特殊的拱桥，集梁结构、拱结构的优点于一体，将拱与梁组合在一起，共同承受桥梁荷载，相比较普通桥梁，其受力能力、抗变形以及抗沉降能力更强，符合跨河铁路桥梁建设需求，因此，系杆拱桥已经被广泛应用于跨河铁路桥梁建设工程中。由于国内跨河铁路系杆拱桥梁建设经验比较少，相关研究起步也比较晚，技术与理论还不够成熟与完善，虽然近几年跨河铁路系杆拱桥梁施工受到研究领域的重视与关注，相关学者与专家开展了一系列研究，提出了一些施工技术，但是目前尚处于初步探索阶段，技术水平相比较国外还存在较大的差距。并且现行技术在实际工程中效果不佳，梁拱结合部应力比较高，桥梁整体受力不合理，在运营期间经常出现裂缝，现行技术存在较大的优化空间，为此提出跨河铁路系杆拱桥梁施工技术研究。

2 跨河铁路系杆拱桥梁施工方案设计

整个施工按照先梁后拱的顺序，由墩顶现浇、 连续梁合龙、体系转换以及拱结构吊装4 部分组成，河流外围两侧的边跨采用挂篮悬臂浇筑法施工，河流上方的中跨合龙后进行体系转换，采用吊装的方式将柔性钢管拱结构吊装在刚性梁上，以下从这4 个方面出发对具体施工技术进行详细说明。

2.1 墩顶现浇

梁结构的主要支撑结构为桥墩，采用混凝土浇筑技术开展跨河铁路系杆拱桥梁墩施工。考虑到桥墩不仅要承受垂直方向的梁体结构向下施加的重力，还要承受底部水平方向河流的冲击力，因此，为了提高桥墩结构的抗不平衡弯矩，在墩顶浇筑施工前，在桥梁主墩，尤其是中跨区域桥墩两侧设置2 根钢管混凝土支架，作为桥梁墩顶施工的临时支撑[1]。架设完临时支撑后，将混凝土分2 次浇筑墩顶，混凝土采用大流动度高性能混凝土，考虑到该桥梁为跨河铁路桥梁，河水会对混凝土造成侵蚀，如果浇筑的桥墩出现裂缝，在降雨量较大的季节，河水会沿着缝隙渗透到结构内部，使桥墩内部的钢筋发生锈蚀，从而影响整个桥梁的稳定性和安全性。因此，在配制混凝土时，需要加入KHVAS-A4F4 抗裂剂，增强墩顶混凝土的抗裂性能[2]。在浇筑前利用型钢架固定桥梁拱脚，并且利用临时桁架将墩顶两侧拱肋连接，避免在墩顶混凝土浇筑过程中桥梁拱脚钢管发生位移[3]。第一次混凝土浇筑到梁部，待混凝土达到初凝时间后，再开展第二次浇筑，浇筑后对混凝土进行为期5～7 d 的养护。

2.2 连续梁合龙

待桥墩混凝土达到设计强度后，开展连续梁合龙施工，合龙顺序为先边跨再中跨，通过预偏补偿悬臂端变形实现主桥中跨合龙[4]。对桥梁支座向跨中方向预偏进行补偿，预偏距离为20～30 mm，令吊机在中跨桥面上，开展机械合龙施工，具体如图1 所示。

如图1 所示，采用下降边支点+河两侧钢桁梁整体纵移的方式进行合龙施工，通过对桥梁合龙前敏感性分析确定降边支点，并利用“七”字形反力装置对合龙口高程进行调整[5]。通过内外八字形的对拉对中跨合龙轴线进行调整，以此实现在无应力情况下零误差合龙，通过合龙将跨河铁路系杆拱桥梁受力体系由悬臂梁受力体系转换为连续梁受力体系。

2.3 体系转换

连续梁合龙施工完成后，在梁结构两端各安装5～8 台50 t螺旋千斤顶，利用千斤顶对梁左右两侧支座进行反力调整，从而实现对梁结构的可控上升。在该过程中，要利用压力传感器对边支座受力情况进行实时监测，要确保边支座的压力达到设计值[6]。安装好边支座后，快速解除跨河铁路系杆拱桥梁临时墩约束，通过直径为15～25 cm 的钻机在临时墩同时钻孔，钻孔间距在200～250 cm，以此解除桥梁临时墩的约束，使水能够顺利从钻孔流通，降低水的阻力。最后将螺旋千斤顶取出，以此完成体系转换。

2.4 拱结构吊装

考虑到桥梁跨河，且跨度比较大，对拱的受力性能要求比较高，采用圆管钢管拱，钢管直径在30～50 cm，由于圆管钢管拱各个部位的弧度大小不一，且相贯线众多，对下料精度、焊缝质量和加工精度都有很高的要求，尤其是对吊索上部锚盒的焊点有很大的偏差，会导致吊索难以顺利完成。因此，利用CNC 数控切割机下料，对圆管钢管拱的纵缝进行自动埋弧焊接，对圆管钢管拱的横缝进行坡口焊接。在对钢管拱制作前，要对已经施工完的梁部拱脚进行准确的测量，并将其纳入第一节拱肋和吊杆锚箱的制作图纸中[7]。对拱节外部进行喷砂除锈处理，使底漆、中间漆和面漆都能达到Sa2.5 级。

采用现场组装方案，2 台50 t 的汽车起重机上桥面进行吊装施工，使钢管拱的吊装得以安全、成功地进行。在钢管拱的节段之间，利用外部凸缘的临时性连接，在横向支撑上，将与拱架有相贯线的部位进行焊接，然后将加强的钢筋在内壁上进行焊接，从而克服吊运和相贯线的焊接难题，提高了钢管拱的施工效率。所有拱结构吊装完成后，对安装质量进行抽检，质检合格后再进行下一段拱结构吊装，直至所有拱结构安装完毕，以此完成跨河铁路系杆拱桥梁施工。

3 实例分析

3.1 工程概况

以某跨河铁路系杆拱桥梁工程为工程背景，桥梁跨越宽度为25.14 m 河道，跨度为50 m+112 m+50 m，河流最高水位为11.25 m。主桥为223.15 m 下承式钢箱系杆拱桥，桥梁宽度为32.14 m，连续梁顶距离地面约14.25 m。轴线长度1.5 m 范围内的拱脚高度为3 465.52 mm，水平投影长度为4.5 m 范围内拱脚高度为2 563.84 mm，箱梁拱肋宽度为2 215.26 mm，拱肋底部腹板厚度为25.42 mm，桥梁整体结构采用钢筋混凝土结构，体系为钢混组合格构梁体系，采用外束方式设计桥梁系杆，每侧均设有15 束2641-236 全防腐型可调可换钢绞线系杆，单根系杆张拉力设计为3541.6 kN（354.16 t）。由于桥梁跨河，跨度比较大，施工难度比较高，并且施工场地比较狭窄，周围建筑比较多，对桥梁施工质量与安全要求比较高。

3.2 施工结果与讨论

结合该工程实际情况以及需求，按照上述流程开展施工，考虑到跨河铁路系杆拱桥梁结构比较复杂，如果施工不合理，以及施工质量不达标，桥梁在后期运营阶段很容易出现开裂现象。因此，在完成施工后，为了检验桥梁施工技术的合理性与有效性，对桥梁进行加载实验。由于跨河铁路系杆拱桥梁拱结合部承受最大的轴力与弯矩，测试过程分为预载、超载工况两个阶段，利用4 200 kN 千斤顶对桥梁拱结合部位进行记载，在桥梁拱结合部位设定7 个测点，每个测点处安装测力传感器。准备工作做好之后，对桥梁进行两次预加载，每次预加载向桥梁施加1 500 kN 荷载，每次卸载1 500 kN，使桥梁拱结构达到最大轴力工况。

在以上加载基础上，对荷载放大1.15 倍，进行超载测试。在整个测试阶段记录测力传感器数值，根据数据计算出应力值，其计算公式为：

式中，ρ为桥梁应力值，MPa；P 为载荷，kN；A 为测试部位变形量，m2。

利用式（1）计算出每个测点应力值，具体数据见表1。

表1 桥梁拱结合部应力测量结果

CJJ 2—2008《城市桥梁工程施工与质量验收规范》要求，桥梁最大应力值不能超过设计强度，否则将视为质量不合格。从表1 数据可以看出，桥梁拱结合部位最大应力为154.25 MPa，小于设计强度，符合规范要求，说明本次采取的施工技术可以有效保证施工质量，具有良好的适用性。

4 结语

系杆拱桥梁作为大跨度桥梁型式之一，其施工精度直接影响桥梁整体的受力状态。本文根据跨河铁路系杆拱桥梁施工需求，结合现行施工技术与工艺存在的缺陷，提出了一个新的技术方案，有效降低了桥梁应力，提高了桥梁施工质量，能够有效保证跨河铁路系杆拱桥梁施工精度与质量，促使桥梁结构的受力状态符合设计需求，为跨河铁路系杆拱桥梁施工提供了参考依据。