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钢管砼系杆拱桥装配式施工技术研究与应用

发表时间：2020/6/3 来源：《中国建筑知识仓库》2020年1期作者：黄龙聚

[导读] [摘要]：钢管砼系杆拱桥装配式施工技术特点就是对主桥系梁进行分段预制、吊装安装，拱脚端横梁采用预制、安装施工，钢管拱拱肋采用工厂内分段制作拼装、后期单拱整体吊装安装，对中横梁和桥面板均采用预制安装的施工方法进行制造。仅对拱脚进行现场浇筑施工，采用装配式施工技术进行钢管砼系杆拱桥建设，可最大限度的降低了高空作业施工风险，提高施工效率和施工质量。

        钢管砼系杆拱桥结构形式在城市桥梁中应用非常广泛。在施工过程中，采用较多的为浮运拖拉施工技术、整体吊装施工技术、桥位支架法施工技术等。采用整体吊装或浮拖法施工，施工周期长，在桥位处施工不利于环境保护。如何最大限度的起到环保和安全的效果，合理选择钢管砼系杆拱桥施工方法至关重要。
1.工程概况
        本项目横塘大桥主桥采用90m下承式钢管砼系杆拱，主桥全宽12.9m。拱肋采用哑铃型钢管砼，截面高1.8m，每个钢管外径0.8m，内充C50微膨砼。系杆采用等截面箱梁，系杆高2.0m，宽1.2m，采用预制拼装；每片拱肋设吊杆15根，间距5.3m。拱肋横向设1道一字型风撑，4道K型风撑。中横梁为实心砼T梁，每根长度为10.5m,共计15根。行车道板采用27cm厚实心预制板。
2.装配式施工工艺流程
        钢管砼系杆拱桥装配式施工具体施工流程为：端横梁采用预制厂预制，现场吊装安装。拱脚由于需在现场进行拱肋预埋段安装后方可进行砼结构施工，故拱脚采用现场现浇施工，主桥钢管拱肋采用在钢构厂进行加工制作，后期在现场采用单片拱吊装安装。砼系杆采用在岸上分段预制，后期支架安装。中横梁采用在预制厂预制，后期浮吊船吊装安装，桥面板采用预制厂预制，后期采用汽车吊安装。
具体施工工艺流程如下：

图1 钢管砼系杆拱桥装配式施工工艺流程图
3.端横梁及拱脚施工
3.1端横梁装配式
本工程共设端横梁两根，每根端横梁长度为10.2m，具体划分为0.5m（现浇段）+9.2m（预制段）+0.5m（现浇段）。每根端横梁采用在预制厂内预制9.2m长预制段，每段预留0.5m作为后期拱脚与端横梁的湿接头现浇段，与拱脚共同浇筑。

        端横梁预制期间，横向主筋预留长度为1.9m，其中端横梁现浇段长度0.5m，拱脚内的锚固段长度为1.4m。端横梁主筋采用通长钢筋，钢筋焊接接头应避开预留段范围。
        端横梁预制完成后运输至桥位处，在主桥盖梁上标记出预制端横梁边线及端头边线，铺设好端横梁支撑结构，采用汽车吊进行安装，安装就位后，进行拱脚现浇施工。
3.2拱脚现浇施工
        拱脚由于体积大、吨位重，采用现浇模式。钢筋绑扎前，将拱肋预埋段先预先通过设置好的钢结构支架将预埋段拱肋安设在拱脚内，钢筋模板全部施工完成后，开始浇筑拱脚、端横梁砼。待强度达到90%设计强度，并且张拉后，端横梁模板才可以拆除。并对湿接头两侧砼面进行凿毛处理。
4.系梁装配式施工
        本工程系杆采用分段预制，根据设计意见将系杆中段分为三段，分段长度为23.5m+24.2m+23.5m。在预制的过程中进行系杆支撑体系的搭设，待预制的系杆达到设计强度后再进行分段吊装安装，随后进行湿接头浇筑施工，待湿接头砼达到设计强度后，再进行预应力钢绞线张拉。
4.1系杆预制施工
        系杆预制主要在陆地上的预制场进行浇筑，先进行底模铺设，铺设完成后随后立即进行钢筋绑扎及波纹管安装，进行侧模安装及加固，最后浇筑系杆砼。浇筑砼时应分层浇筑，先底层、后腹板、再顶板砼浇筑。待砼达到2.5MPa后，对后期湿接头断面处进行凿毛处理。
4.2大跨度系杆贝雷支架体系搭设
        系杆后期安装时采用贝雷梁作为支撑架，岸上采用钢管柱支架作为支撑点，河道中采用施打钢管柱作为支架，在水中施打DN820钢管柱支架时，应避开航道区域范围，钢管立柱上安设砂箱随后在砂箱上横桥向安设两个I45a型工字钢。在每个系杆下部安设由11排单层加强型贝雷片组成的支撑架体系。
        贝雷梁采用在岸上进行组拼，采用浮吊船进行进行整段吊装，起吊点设置4个，起吊时，在吊点处的贝雷桁架上弦杆下穿一φ100mm的锰钢管作为起吊棒，钢丝绳系在起吊钢棒上。起吊设备采用500吨浮吊船。
4.3系杆分段吊装施工
        根据系杆的分段设计，将预制系杆中段分为三段，采用500吨浮吊船进行安装，安装顺序为先安装两端系杆，最后安装中间段系杆。
吊装就位后随即进行湿接头钢筋绑扎及模板安装，最后进行砼浇筑施工。
5.拱肋装配式施工
5.1拱肋分段制作
        本桥钢管拱肋分上下拱管，上下拱管之间通过缀板焊接成哑铃形拱肋。上下拱管规格均为Φ1000×16mm，材质为Q345D，缀板材质为Q345D板厚16mm，钢管拱采用分节段、上下拱肋不分开的制作方式进行施工。
钢管拱肋总重为137.95吨，采用以直代曲工艺。短管划分的原则单根长度不超过2m，采用纵缝、环缝焊接形钢管拱肋。钢管拱肋短管制造在制造车间内完成，节段制造，单根拱肋预拼，整体预拼在胎架完成。考虑拱肋的制造质量、运输条件及工地组拼等情况，每个拱肋分为7单元(5.64m+17m+16.9m+17.6m+16.9m+17m+5.64m)运输节段，全桥2片拱肋共分14个单元段，在中间合拢。拱肋单元段最长17.6m米，最大起吊重约12.56吨。
5.2拱肋平铺法拼装
        拱肋采用在岸侧平铺单拱拼装，本主桥钢管拱肋分为7个单元段安装，其中单片拱的端头两节段为拱脚预埋段，在现场拼装的为中间5个拼装节段。拼装场地选在河岸东侧，拱肋单元段最长17.6米，最大起吊重约12.56吨，直接采用汽车吊进行吊装拼装。
5.3拱肋单拱吊装
        本工程采用单拱吊装施工工艺，总体施工工艺如下：
        吊装左幅单片拱肋→安装缆风绳→吊装右幅单片拱肋→安装缆风绳→吊装风撑主管→解除全桥缆风绳
单片拱肋吊装施工工艺流程：
浮吊就位→安装吊索钢丝绳和缆风钢丝绳→起吊单片拱肋→浮船向后移动到和中间→逆时针旋转90°→向桥位方向移动→单片拱肋就位→用型钢码板连接固定拱肋对接端，拱肋缆风绳定位拉紧固定→解钩脱卸起重吊索。
先进行左幅单片拱肋吊装施工，安装就位后应立即进行右幅拱肋吊装施工。待两幅拱肋全部安装就位并临时固定后，立即安装风撑主管，完成风撑主管焊接、拱肋环向焊接工作后，释放两片拱肋的缆风绳，完成拱肋的装配式施工。
具体详细施工内容如下：
        （1）500T浮吊船就位：浮吊进场，停靠的位置与拱架起吊的位置一致，首尾抛下临时锚，固定船位；浮吊两侧前锚可固定在岸上的砼台座上，尾部抛临时锚，并将首尾锚绞紧。
        （2）单片拱起吊：每片拱肋端头各设置1台25T汽车吊进行辅助吊装。准备工作完成后，浮吊指挥下达统一指令，浮吊缓缓起吊，汽车吊同步进行起吊，当单片拱肋脱离拼装胎架1米时，浮吊指挥下达停机指令，稳定拱肋，观察变形，一切无误后，起吊拱肋至一定高度，汽车吊保持姿态不变，待拱肋调整为竖直方向后，再释放汽车吊钢丝绳，待拱肋稳定后，浮吊开始移位。
        （3）单片拱浮运：浮吊船在岸边试吊后依靠后锚缆绳绞紧向后退约15米，再依靠钢丝绳牵引配合机驳缓慢转身，使浮吊慢慢旋转至90度。浮吊船靠自身动力朝着桥位安装位置方向缓慢移动。移动至桥位还有10M左右时，启动前后绞锚装置，调整浮吊船姿态，在桥位处稳住浮吊后固定浮吊船。
待确定单片拱肋空中稳定后，将拱肋缓缓放下，落至桥墩上拱肋预埋段端头设置的导向槽内。在拱肋预埋段端部焊接马板临时固定拱肋，拉紧设置好的横向缆风，并用全站仪测量和垂球控制拱片的竖直度。利用5T手拉葫芦收紧横向缆绳，调整拱肋轴线，按前面测量控制方法进行检验，合格后紧固缆绳。然后安装另一幅单片拱肋。
        （4）风撑安装：风撑采用浮吊进行安装，待拱肋安装就位后，立即组织人员进行对风撑与预留段上的马板进行焊接，待马板焊接完成后，应继续组织人员对环向焊缝进行焊接。待五个风撑全部焊接完成后，再对两拱肋的缆风绳装置进行拆除。即完成横塘大桥系杆拱桥单片拱吊装施工。
6.中横梁装配式施工
        本工程中横梁设计为T型钢筋混凝土结构，采用单根整体预制，后期吊装安装，安装就位后接头处现浇。
预制段采用在陆地上进行现浇，完成预制段混凝土浇筑，并待混凝土强度达到设计强度后，采用浮吊船对中横梁进行浮运吊装施工，采用300T浮吊船进行浮吊。待浮吊就位后应立即对现浇段进行钢筋的焊接工作，模板安设以及混凝土浇筑。
7.结束语
        该桥除下部结构外全部采用装配式施工，以上讲述对钢系杆拱桥装配式施工方法有了详细的了解。装配式施工节约了拱肋分段拼装的时间和支架费用，将拱肋在河道上焊接施工风险全部消除，最大的降低了施工风险，对类似工程具有很好的借鉴意义。