钢 筋 混 凝 土 系 杆 拱 桥

　　摘要：钢筋混凝土拱肋与钢管拱相比体积和重量都很大，这就给吊装施工带来更大的难度，特别是拱肋分段吊装承重支架的设计、合拢时的线形控制等方面增加了大量的工作和风险性。本文根据射阳河特大桥主桥系杆拱钢筋混凝土拱肋吊装施工的实例从支架的设计和线形控制两方面与大家进行交流。
　　关键词：拱肋，吊装，施工技术
　　1工程概况
　　连盐高速公路LY-BH3标射阳河特大桥位于滨海县与射阳县交界处，主要跨越射阳河。本桥上部桥跨组合为7×25m（预应力连续梁）+71.48m（系杆拱）+2×（5×25m）（预应力连续梁），其中主跨位于7#~8#墩之间。
　　主桥上部结构设计为71.6m单跨预应力混凝土系杆拱，为刚性系杆刚性拱，系杆计算跨径L=70m。拱轴线为二次抛物线，矢高14m，矢跨比0.2。拱肋截面正高1.4m，宽1.2m，断面为“工”字型截面。根据设计要求，拱肋采用预制场预制大型浮吊分三段吊装施工。半幅桥拱肋之间设风撑四道，采用外径D=500mm、壁厚δ=12mm的无缝钢管。
　　本桥共设中横梁26道，每半幅13道。中横梁高度1.32m~1.65m（桥面横向坡度根据中横梁高度变化调整），长15.7m，采用预制场预制浮吊吊装施工。
　　2拱肋支架搭设
　　本桥拱肋吊装每片拱肋分三段按次序进行，中一段与两端块件吊装联结后再与中二段联结。中一段每块重504kN，中二段重839kN。每片拱肋设4个支架，其中中一段与端块件联结部位每侧设一个（以下简称副支架），共两个；中一段与中二段联结部位每侧设一个（以下简称主支架），共两个。主支架采用贝雷片作立柱搭设，横桥向联结亦采用贝雷片。副支架采用4根φ377螺旋钢管作立柱，横桥向无连接。
　　主支架底部以系杆平台的3#墩立柱为主受力墩，副支架直接搭设在系杆顶面。具体见下图一：
　　图一拱肋吊装支架布置图（1/2主跨）
　　为保证系杆顶面混凝土的承压，副支架钢管立柱底面焊接□400mm×400mm、δ=10mm的钢板以增大受力面积。主支架以贝雷片为立柱，系杆每侧设置两根，除底层横向布置外，以上三层均为立式连接。横向与立式贝雷片采用在横向贝雷片上焊接δ=20mm阴阳接口贝雷销联结的方式。支架顶部采用工字钢焊制的梯形架调坡调高。
　　梯形架制作及安装见下图二：
　　图二梯形架制作及安装图
　　3浮吊设备及参数
　　拱肋采用大型浮吊船吊装，船只采用“铭鑫浮吊三号”，本船系组合式起重船，船体总宽度16.5m，长度34.95m，正常吊重为110t。本工程拱肋中二段为吊装施工最大重量，总重84t。
　　浮吊船只结构简图见下图四：
　　图四浮吊船结构简图
　　4拱肋吊装施工
　　4.1拱肋起吊脱底模翻身
　　本工程拱肋预制采用砂浆砌砖水泥浆抹面做底模，施工时，在拱肋吊点位置预留100×100矩形起吊孔，以便穿入钢丝绳平行起吊。拱肋中一段设计两个起吊点，分别距端头3.5m，中二段设计四个起吊点，外侧距端头3.5m，中间吊点距离均分。起吊时，先从拱肋一端吊起，待底模脱离后再吊起另一端。为保护预留接茬钢筋，平行起吊后沿拱肋轴线方向平移，接茬钢筋完全分离后再平行吊高。
　　拱肋在吊装上桥前必须将拱肋翻身，即拱肋由平面摆放翻转为立面。由于拱肋脱模时采用钢丝绳捆吊法，翻身较为困难，需二次捆绳。
　　具体翻转程序见下图五：
　　图五拱肋翻转程序图
　　拱肋捆绑时，在钢丝绳与拱肋混凝土面接触部位应采用土工布和“∟”形钢板进行保护，为防止钢丝绳的滑动，在钢丝绳与钢板之间夹塞杂木块。翻转过程中注意对拱肋混凝土成品的保护。
　　4.2拱肋吊装及线形控制
　　4.2.1拱肋吊装
　　拱肋吊装前，应对拱肋进行修整。保证起吊前各段拱肋的结构尺寸准确无误和拱肋混凝土表面的外观质量。对湿接缝处接茬钢筋应进行调整，混凝土接茬面应凿毛并清洗干净，避免起吊后在高空进行处理。
　　拱肋吊装顺序为：小里程中一段→大里程中一段→中二段。
　　根据现场情况和浮吊船的结构参数，左幅桥2#拱肋中一段从上游侧跨右幅2#和左幅1#系杆进行吊装，中二段从下游侧跨便桥吊装。左幅桥1#拱肋、右幅1#、2#拱肋均从上游侧进行吊装。全桥拱肋吊装次序如下图六：
　　图六全桥拱肋吊装次序图
　　1、吊装次序说明：⑴左幅2#拱肋中一段；⑵左幅1#中一段；⑶左幅1#中二段；⑷左幅2#中二段；⑸左幅风撑；⑹右幅2#拱肋；⑺右幅1#拱肋；⑻右幅风撑。
　　2、拱肋吊装支架本图未示。
　　4.2.2拱肋吊装定位测量
　　拱肋在吊装过程中，为保证拱肋合拢后的线形与设计基本保持一致，本吊装施工从拱肋各主要控制点高程和纵横向平面位置来进行控制。
　　⑴高程控制点的设定
　　本工程每片拱肋设吊装支架4根，为便于吊装过程中高程的控制测量，高程控制点设在支架上方的梯形架上和拱肋上，考虑到在安放拱肋后支架会产生小部分位移，梯形架上的控制点仅仅作为高程参考控制点。为保证拱肋安装后高程误差降低至最小并方便施工过程中测量，控制点设在湿接缝中心线与拱肋轴线相交点两侧76cm处（顺桥向水平位移）。假定拱肋吊装完成后此高程点正投影在拱肋底面、梯形架上和系杆顶面分别做点，其中拱肋底面投影点在起吊前完成，梯形架和系杆顶面点位由全站仪定位，精确设点后，由经纬仪在两系杆对应点位上相互复核。
　　点位设定见下图七：
　　图七拱肋吊装高程控制点位布置图
　　说明：1、图中支架未示。
　　2、X——系杆高程控制点；Z——支架高程控制点；G——拱肋高程控制点。
　　控制点位置经复核无误后，转点测量出X1、X2和X3的高程作为拱肋吊装的控制基准高程。以系杆顶面的基准高程用长钢尺竖直量测出Z1、Z2和Z3的参考高程，参考高程Z1、Z2和Z3分别比拱肋底精确高程G1、G2和G3低25cm左右，以便夹塞杂木楔调整拱肋底的精确高程。
　　⑵精确高程的确定
　　在确定精确高程时，以下几个因素必须考虑：
　　①拱肋预留拱度。本工程中，设计无预留消除沉降的拱度，但参照同类工程的工后沉降结果和监控单位的建议，副支架处预留20mm、主支架处预留40mm的预拱度（δYG）。
　　②由于系杆采用钢管平台现浇施工，系杆已经预留了拱度，此预留拱度值为平台弹性形变量（δPT）与拆除平台后系杆的沉降量（δXC）之和。吊装前，平台弹性形变量δPT已经消除，但系杆顶面基准高程比系杆顶面设计高程有一定的差值，即高出δXC。所以在确定精确高程时应相应增加δXC，才能保证拆除系杆平台后整体沉降后的设计线形。
　　③主、副支架的弹性和塑性形变对高程的影响。由于主、副支架均为钢结构构件，在拱肋吊装过程中必然会产生弹性和塑性形变。为消除塑性形变和测出弹性形变，本吊装工程采用实体等载预压法，即拱肋吊装在支架上不松绳的状态下使支架等载受力。支架加载前量测高度H，加载后（时间2小时左右）量测高度H1，卸载后量测高度H2。即可消除塑性形变并得出弹性形变δZT=H2-H1。
　　综合以上三点，拱肋底精确高程G=设计高程+δYG+δXC+δZT。
　　吊装过程中，计算出精确高程G，测量出基准高程X，由于拱肋和系杆宽度相同，则直接用长钢尺量测两高程的差值即可。
　　⑶平面控制
　　为精确控制拱肋吊装时的平面位置。在射阳河两岸专门布设了强制对中的观测墩，以本桥中心线大里程方向为X轴正向，垂直桥中心线线路右侧为Y轴正向。坐标原点设在主跨系杆拱纵横向中心处，以提高主跨各施工放样点的精度。
　　①顺桥向定位控制
　　本工程拱肋吊装顺桥向定位仍采用在拱肋上定点并投影至系杆顶面，经纬仪在两系杆间相互对点的办法进行控制。拱肋在预制场施工完成后，根据预制拱肋的假定坐标系，采用全站仪在湿接缝中心线与拱肋轴线相交点两侧1.2m处（顺桥向水平位移）设控制点。并在系杆顶面假定吊装完成后设定此点的投影，投影点设在系杆顶面中心，方便置镜。
　　拱肋吊装前，在对应的另一幅系杆顶面对点置镜，以准备吊装的系杆顶面投影点为后视，反复纵向调整拱肋位置，直至拱肋预设点、系杆假定投影点、镜站三点重合。此时拱肋在纵桥向即为达到设计平面位置。
　　②拱肋中轴线定位控制
　　在预制场测量拱肋顶面按测定中轴线的控制点，点距2m，并沿拱肋长度方向弹出墨线。在强制对中的观测墩上架设全站仪，准确测定出每个拱肋端块件尾部支座中心位置并做点。
　　拱肋吊装时，在准备吊装的拱肋端块件尾部支座中心处架设全站仪，以对面拱肋端块件尾部支座中心为后视，水平拨角90°，将仪器视线方向转至拱肋中轴线方向。反复调整拱肋位置，使拱肋顶面墨线和仪器视线方向重合。在吊装中二段拱肋时，由于视角偏小，不能看到中二段拱肋顶面墨线，采用前视在墨线上吊垂球来调整拱肋位置，使仪器视线、垂球线重合。
　　拱肋吊装平面位置控制镜站布设见下图八：
　　图八平面位置控制镜站布设图
　　在拱肋吊装过程中，拱肋的纵向、横向定位和水平测量应同时进行，为达到设计精度，拱肋需要反复调整。
　　定位测量控制的一般顺序为：实体等载预压→纵桥向定位→拱肋底标高调整→横桥向定位→拱肋竖直下落在支架上。
　　5实施效果
　　本系杆拱左幅桥拱肋与2005年2月28日开始吊装，3月6日左幅6片拱肋全部完成。根据以上方案对吊装进行全程控制，测量拱肋垂直度偏差4mm，拱肋底面高程最大偏差3mm，横桥向轴线最大偏差3mm，纵桥向偏差5mm，均符合规范及设计要求，达到预期的目标。