鋼筋混凝土系桿拱橋的無支架施工
葉遇春
【江蘇省高速公路建設(shè)指揮部南京市210004】
摘要：本文結(jié)合蘇州平望運(yùn)河大橋的施工實(shí)踐，簡要介紹了鋼筋混凝土系桿拱橋無支架施工的施工工藝及預(yù)應(yīng)力張拉等。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土系桿拱橋無支架施工
1工程概況
平望運(yùn)河大橋位于蘇州吳江平望鎮(zhèn)西側(cè)，是318國道跨越京杭運(yùn)河和省道205的一座橋梁。?
該橋全長332m；設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100；主跨為70m剛性拱柔性系桿下承式拱橋，全寬25.7m，四車道，分上下行兩幅；系桿拱拱肋矢跨比為1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，工字形肋，高1.8m，寬0.9m；每根系桿由12束高強(qiáng)度低松馳鋼絞線束組成，置于體外；橋面系及所承受的活載通過中橫梁傳給吊桿，然后通過吊桿傳遞給拱肋和系桿。下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩，基礎(chǔ)為1.5m鉆孔灌注樁。
2無支架施工
2.1總體構(gòu)思
近幾年，我省各地建造了多座系桿拱橋，結(jié)構(gòu)上多為剛性拱剛性系桿，一般采用滿堂支架施工方法。該方法技術(shù)上比較成熟，操作比較簡便，缺點(diǎn)是將在較長時(shí)間內(nèi)妨礙航道的通行。而平望運(yùn)河大橋橋置段航道交通量大，來往的多為大噸位船只或船隊(duì)，航道部門要求橋梁施工時(shí)必須保證不小于30.0m通航凈寬和7.0m的通航凈高，如采用滿堂支架施工將很難達(dá)到要求，因此決定采用無支架施工。?
為了能將橋梁施工時(shí)對航道的影響降低到最小，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、橋置處的地形條件、設(shè)備的起吊能力，經(jīng)過多方案反復(fù)比選，決定將拱肋分成五段，采用浮吊和纜索吊相結(jié)合的方法，由浮吊安裝拱肋，由纜索吊安裝風(fēng)撐、中橫梁、橋面板等構(gòu)件，同時(shí)利用纜索吊的塔扣索固定已安放到位的邊段拱肋。用此施工方案，在實(shí)際施工時(shí)累計(jì)斷航24h，對航道有影響的時(shí)間累計(jì)48h。
2.2纜索吊
根據(jù)工程要求，本次采用的纜索吊的索塔為人字形，由鋼管和角鋼分段焊接成三棱體后拼接而成；索塔高36.0m，塔架底腳鉸接在兩輛平板車上，兩輛平板車間用二根鋼管聯(lián)系支撐，塔架的基礎(chǔ)是利用主墩的承臺，各種纜索為不同規(guī)格的鋼絲繩，其規(guī)格通過計(jì)算確定。?
塔架設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括塔架高度、桿件強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性等。?
塔架的高度由下式計(jì)算：?
H=f+h1+h2
式中：f——主索的工作垂度；
h1——索塔底面與吊物需越過障礙物最高點(diǎn)之間的高差；
h2——主索荷載后的最低點(diǎn)距障礙物最高點(diǎn)之間的高度。?
塔架的受力特點(diǎn)是作用于塔架上的垂直荷載比水平荷載大，塔架以受壓為主；由于采用的塔架為下端鉸接的單排扣架，其水平荷載由塔架風(fēng)纜承受，塔架本身按兩端鉸接的受壓構(gòu)件計(jì)算。?
風(fēng)纜是穩(wěn)定塔架的一種臨時(shí)措施，其受力特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，幾根風(fēng)纜的安裝張力互相平衡；當(dāng)結(jié)構(gòu)物在外荷載作用下發(fā)生位移時(shí)，引起風(fēng)纜的張緊或松馳，從而產(chǎn)生張力差來平衡外荷；通過計(jì)算，采用了4根28mm主后風(fēng)纜，錨錠距塔架110m，4根15.5mm副后風(fēng)纜，錨鏡距塔架40m；安裝拱肋等構(gòu)件時(shí)由主后風(fēng)纜來保證塔架的穩(wěn)定，橫向移動(dòng)塔架時(shí)，由副后風(fēng)纜來保持穩(wěn)定。?
塔扣索是為了暫時(shí)固定分段拱肋，本橋施工時(shí)第一段拱肋即拱腳段采用支撐固定，第二段拱肋即邊段拱肋采用扣索固定；扣索中的拉力主要由邊段拱肋自重、邊段拱肋風(fēng)纜拉力和擱置中段拱肋時(shí)產(chǎn)生的力組成的，通過計(jì)算采用了?17.5mm鋼絲繩組成的滑輪組，由慢速卷揚(yáng)機(jī)松緊。
2.3拱肋段接頭的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)圖拱肋采用分七段安裝、且每段拱肋間采用現(xiàn)澆混凝土聯(lián)接，這樣要使接頭混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求，至少需要48h，此將對工程的安全可靠性和通航的要求產(chǎn)生影響，所以決定采用剛性接頭(見圖1)，使拱肋安裝到位即形成整體，短期內(nèi)將四根拱肋安裝完畢，以便開放交通，恢復(fù)通航。
2.4拱肋的安裝
該橋構(gòu)件預(yù)制場設(shè)于橋位東側(cè)約200m處的河邊，拱肋采用整體放樣、整體立模分段預(yù)制，分段尺寸如圖2所示。邊段拱肋重45t，中段拱肋重約80t，各拱肋段由浮吊出坑裝船，由載荷噸位為120t的運(yùn)輸船運(yùn)送到位。?
施工時(shí)首先安裝拱腳段和端橫梁，為了加強(qiáng)兩片拱肋間的橫向聯(lián)接剛度，同時(shí)避免由于拱肋的順橋向水平位移對端橫梁的影響，在拱腳和端橫梁安裝就位后，只將端橫梁接頭鋼筋與預(yù)埋在拱腳的鋼筋進(jìn)行焊接，而暫不澆筑接頭混凝土。?
其次安裝拱肋邊段，由于邊段的重量為45t，故采用一艘起吊能力為50t的浮吊進(jìn)行安裝；安裝時(shí)由船運(yùn)送到位，浮吊吊起后，下端頭先對準(zhǔn)拱腳上接頭落位，上端用上下游風(fēng)纜使其中線位置大體符合，對好接頭安上接頭螺栓，然后將上端頭標(biāo)高調(diào)整到比設(shè)計(jì)標(biāo)高高出10cm后收緊扣索并卡緊；徐徐松完起重索但不取走吊鉤，再調(diào)整扣索至端頭標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高值高3cm，然后旋緊接頭螺栓，卡緊扣索，固定風(fēng)纜，取走吊鉤。另一側(cè)工序同上。?
拱頂段重80t，由兩艘50t浮吊起吊，吊運(yùn)就位后，徐徐放下，防止碰撞已安裝就位的拱肋邊段，保證兩個(gè)接頭同時(shí)合攏，安裝接頭螺栓，調(diào)整拱軸線，校正中線，用薄鋼板嵌塞拱肋接頭縫隙，焊接接頭鋼筋，固定風(fēng)纜，張拉柔性系桿的預(yù)應(yīng)力鋼絞線索(鋼絞線張拉的束數(shù)和噸位按張拉力比拱肋自重產(chǎn)生的水平推力略大一點(diǎn)控制)，全部松索成拱，澆筑拱肋接頭混凝土。?
以上前兩步均不需斷航，只要進(jìn)行交通管理即可，拱頂段合攏時(shí)需臨時(shí)斷航。?
在兩片拱肋合攏成拱后，立即安裝風(fēng)撐，然后逐步拆除橫向穩(wěn)定風(fēng)纜。拱肋安裝完畢后，由纜索吊安裝中橫梁及橋面板等。
3預(yù)應(yīng)力張拉
該橋的主要特點(diǎn)是剛性拱柔性系桿，整個(gè)橋梁的恒載及所承受的活載在每片拱肋上產(chǎn)生的水平推力，由置于體外的12束高強(qiáng)度低松馳鋼絞線(標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=1860MPa)來承受。由于鋼絞線束較長，編束時(shí)應(yīng)做到梳理順直，防止交叉扭結(jié)，每隔1.5m用鐵絲綁扎牢固。為了不影響航道的通行，需作一水平向索梯，以支撐鋼絞線，穿束采用卷揚(yáng)機(jī)牽引。?
由于該橋系梁是柔性的，在橋面系未形成整體前，鋼絞線的張拉力直接作用于拱肋上，在系桿張拉力大于橋梁自重產(chǎn)生的水平推力時(shí)，拱肋將產(chǎn)生負(fù)彎矩；拱肋主要是承受壓力的，所以預(yù)應(yīng)力張拉前一定要認(rèn)真計(jì)算，使每一批鋼絞線張拉力控制在一定范圍(一般可略大于恒載產(chǎn)生的水平推力)，同時(shí)注意觀測，嚴(yán)格控制拱腳的位移；在橋面系形成整體后，張拉鋼絞線至設(shè)計(jì)噸位。?
由于該橋預(yù)應(yīng)力束為體外束，且安裝橋面系需時(shí)較長，所以在每束鋼絞線張拉到設(shè)計(jì)噸位后，立即壓漿，以防錨具受力時(shí)間較長而產(chǎn)生滑絲，壓漿采用50#水泥漿摻適量膨脹劑和環(huán)氧樹脂。
葉遇春
【江蘇省高速公路建設(shè)指揮部南京市210004】
摘要：本文結(jié)合蘇州平望運(yùn)河大橋的施工實(shí)踐，簡要介紹了鋼筋混凝土系桿拱橋無支架施工的施工工藝及預(yù)應(yīng)力張拉等。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土系桿拱橋無支架施工
1工程概況
平望運(yùn)河大橋位于蘇州吳江平望鎮(zhèn)西側(cè)，是318國道跨越京杭運(yùn)河和省道205的一座橋梁。?
該橋全長332m；設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100；主跨為70m剛性拱柔性系桿下承式拱橋，全寬25.7m，四車道，分上下行兩幅；系桿拱拱肋矢跨比為1/5，拱軸系數(shù)m=1.0，工字形肋，高1.8m，寬0.9m；每根系桿由12束高強(qiáng)度低松馳鋼絞線束組成，置于體外；橋面系及所承受的活載通過中橫梁傳給吊桿，然后通過吊桿傳遞給拱肋和系桿。下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩，基礎(chǔ)為1.5m鉆孔灌注樁。
2無支架施工
2.1總體構(gòu)思
近幾年，我省各地建造了多座系桿拱橋，結(jié)構(gòu)上多為剛性拱剛性系桿，一般采用滿堂支架施工方法。該方法技術(shù)上比較成熟，操作比較簡便，缺點(diǎn)是將在較長時(shí)間內(nèi)妨礙航道的通行。而平望運(yùn)河大橋橋置段航道交通量大，來往的多為大噸位船只或船隊(duì)，航道部門要求橋梁施工時(shí)必須保證不小于30.0m通航凈寬和7.0m的通航凈高，如采用滿堂支架施工將很難達(dá)到要求，因此決定采用無支架施工。?
為了能將橋梁施工時(shí)對航道的影響降低到最小，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、橋置處的地形條件、設(shè)備的起吊能力，經(jīng)過多方案反復(fù)比選，決定將拱肋分成五段，采用浮吊和纜索吊相結(jié)合的方法，由浮吊安裝拱肋，由纜索吊安裝風(fēng)撐、中橫梁、橋面板等構(gòu)件，同時(shí)利用纜索吊的塔扣索固定已安放到位的邊段拱肋。用此施工方案，在實(shí)際施工時(shí)累計(jì)斷航24h，對航道有影響的時(shí)間累計(jì)48h。
2.2纜索吊
根據(jù)工程要求，本次采用的纜索吊的索塔為人字形，由鋼管和角鋼分段焊接成三棱體后拼接而成；索塔高36.0m，塔架底腳鉸接在兩輛平板車上，兩輛平板車間用二根鋼管聯(lián)系支撐，塔架的基礎(chǔ)是利用主墩的承臺，各種纜索為不同規(guī)格的鋼絲繩，其規(guī)格通過計(jì)算確定。?
塔架設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括塔架高度、桿件強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性等。?
塔架的高度由下式計(jì)算：?
H=f+h1+h2
式中：f——主索的工作垂度；
h1——索塔底面與吊物需越過障礙物最高點(diǎn)之間的高差；
h2——主索荷載后的最低點(diǎn)距障礙物最高點(diǎn)之間的高度。?
塔架的受力特點(diǎn)是作用于塔架上的垂直荷載比水平荷載大，塔架以受壓為主；由于采用的塔架為下端鉸接的單排扣架，其水平荷載由塔架風(fēng)纜承受，塔架本身按兩端鉸接的受壓構(gòu)件計(jì)算。?
風(fēng)纜是穩(wěn)定塔架的一種臨時(shí)措施，其受力特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，幾根風(fēng)纜的安裝張力互相平衡；當(dāng)結(jié)構(gòu)物在外荷載作用下發(fā)生位移時(shí)，引起風(fēng)纜的張緊或松馳，從而產(chǎn)生張力差來平衡外荷；通過計(jì)算，采用了4根28mm主后風(fēng)纜，錨錠距塔架110m，4根15.5mm副后風(fēng)纜，錨鏡距塔架40m；安裝拱肋等構(gòu)件時(shí)由主后風(fēng)纜來保證塔架的穩(wěn)定，橫向移動(dòng)塔架時(shí)，由副后風(fēng)纜來保持穩(wěn)定。?
塔扣索是為了暫時(shí)固定分段拱肋，本橋施工時(shí)第一段拱肋即拱腳段采用支撐固定，第二段拱肋即邊段拱肋采用扣索固定；扣索中的拉力主要由邊段拱肋自重、邊段拱肋風(fēng)纜拉力和擱置中段拱肋時(shí)產(chǎn)生的力組成的，通過計(jì)算采用了?17.5mm鋼絲繩組成的滑輪組，由慢速卷揚(yáng)機(jī)松緊。
2.3拱肋段接頭的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)圖拱肋采用分七段安裝、且每段拱肋間采用現(xiàn)澆混凝土聯(lián)接，這樣要使接頭混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求，至少需要48h，此將對工程的安全可靠性和通航的要求產(chǎn)生影響，所以決定采用剛性接頭(見圖1)，使拱肋安裝到位即形成整體，短期內(nèi)將四根拱肋安裝完畢，以便開放交通，恢復(fù)通航。
2.4拱肋的安裝
該橋構(gòu)件預(yù)制場設(shè)于橋位東側(cè)約200m處的河邊，拱肋采用整體放樣、整體立模分段預(yù)制，分段尺寸如圖2所示。邊段拱肋重45t，中段拱肋重約80t，各拱肋段由浮吊出坑裝船，由載荷噸位為120t的運(yùn)輸船運(yùn)送到位。?
施工時(shí)首先安裝拱腳段和端橫梁，為了加強(qiáng)兩片拱肋間的橫向聯(lián)接剛度，同時(shí)避免由于拱肋的順橋向水平位移對端橫梁的影響，在拱腳和端橫梁安裝就位后，只將端橫梁接頭鋼筋與預(yù)埋在拱腳的鋼筋進(jìn)行焊接，而暫不澆筑接頭混凝土。?
其次安裝拱肋邊段，由于邊段的重量為45t，故采用一艘起吊能力為50t的浮吊進(jìn)行安裝；安裝時(shí)由船運(yùn)送到位，浮吊吊起后，下端頭先對準(zhǔn)拱腳上接頭落位，上端用上下游風(fēng)纜使其中線位置大體符合，對好接頭安上接頭螺栓，然后將上端頭標(biāo)高調(diào)整到比設(shè)計(jì)標(biāo)高高出10cm后收緊扣索并卡緊；徐徐松完起重索但不取走吊鉤，再調(diào)整扣索至端頭標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高值高3cm，然后旋緊接頭螺栓，卡緊扣索，固定風(fēng)纜，取走吊鉤。另一側(cè)工序同上。?
拱頂段重80t，由兩艘50t浮吊起吊，吊運(yùn)就位后，徐徐放下，防止碰撞已安裝就位的拱肋邊段，保證兩個(gè)接頭同時(shí)合攏，安裝接頭螺栓，調(diào)整拱軸線，校正中線，用薄鋼板嵌塞拱肋接頭縫隙，焊接接頭鋼筋，固定風(fēng)纜，張拉柔性系桿的預(yù)應(yīng)力鋼絞線索(鋼絞線張拉的束數(shù)和噸位按張拉力比拱肋自重產(chǎn)生的水平推力略大一點(diǎn)控制)，全部松索成拱，澆筑拱肋接頭混凝土。?
以上前兩步均不需斷航，只要進(jìn)行交通管理即可，拱頂段合攏時(shí)需臨時(shí)斷航。?
在兩片拱肋合攏成拱后，立即安裝風(fēng)撐，然后逐步拆除橫向穩(wěn)定風(fēng)纜。拱肋安裝完畢后，由纜索吊安裝中橫梁及橋面板等。
3預(yù)應(yīng)力張拉
該橋的主要特點(diǎn)是剛性拱柔性系桿，整個(gè)橋梁的恒載及所承受的活載在每片拱肋上產(chǎn)生的水平推力，由置于體外的12束高強(qiáng)度低松馳鋼絞線(標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Rby=1860MPa)來承受。由于鋼絞線束較長，編束時(shí)應(yīng)做到梳理順直，防止交叉扭結(jié)，每隔1.5m用鐵絲綁扎牢固。為了不影響航道的通行，需作一水平向索梯，以支撐鋼絞線，穿束采用卷揚(yáng)機(jī)牽引。?
由于該橋系梁是柔性的，在橋面系未形成整體前，鋼絞線的張拉力直接作用于拱肋上，在系桿張拉力大于橋梁自重產(chǎn)生的水平推力時(shí)，拱肋將產(chǎn)生負(fù)彎矩；拱肋主要是承受壓力的，所以預(yù)應(yīng)力張拉前一定要認(rèn)真計(jì)算，使每一批鋼絞線張拉力控制在一定范圍(一般可略大于恒載產(chǎn)生的水平推力)，同時(shí)注意觀測，嚴(yán)格控制拱腳的位移；在橋面系形成整體后，張拉鋼絞線至設(shè)計(jì)噸位。?
由于該橋預(yù)應(yīng)力束為體外束，且安裝橋面系需時(shí)較長，所以在每束鋼絞線張拉到設(shè)計(jì)噸位后，立即壓漿，以防錨具受力時(shí)間較長而產(chǎn)生滑絲，壓漿采用50#水泥漿摻適量膨脹劑和環(huán)氧樹脂。
