下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)探析

陳 瑞 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

項(xiàng)目主橋設(shè)計(jì)采用120m 下承式鋼管混凝土系桿拱，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主橋設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)，采用剛性系梁剛性拱，計(jì)算跨徑L=120m，拱軸線(xiàn)為二次拋物線(xiàn)，矢跨比為1/5，矢高24m。拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，每個(gè)鋼管外徑110cm，鋼管及腹板壁厚1.6cm，內(nèi)充C50 微膨脹混凝土。系梁采用箱形斷面，系梁高為250cm，寬為180cm，壁厚30cm～40cm。每一系梁內(nèi)設(shè)有24 束預(yù)應(yīng)力束，每束為10～12Фs15.2mm 鋼絞線(xiàn)。

2 技術(shù)特點(diǎn)

①主橋現(xiàn)澆采用承插型滿(mǎn)堂支架進(jìn)行施工，滿(mǎn)足裝拆簡(jiǎn)單高效、支撐穩(wěn)定有效的施工需求。主橋支架將針對(duì)全橋受力情況，在鋼管拱施工完成后，再進(jìn)行拆除，保證施工過(guò)程中質(zhì)量安全。

②通過(guò)箍環(huán)板上的箍板控位栓使上墊板和下墊板與拱肋連接牢固，可有效降低第二平臺(tái)板的安裝難度；同時(shí)在縱向相對(duì)的第二平臺(tái)板之間設(shè)置提拉平臺(tái)板，降低了橫撐安裝施工平臺(tái)搭設(shè)的難度。

③通過(guò)立柱校位栓、立柱套管及其內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向連接槽限定支撐立柱的空間位置，提升了支撐立柱定位的準(zhǔn)確度。

④在拱腳底模和拱腳頂模與拱墩接縫端設(shè)置底模密閉板和頂模密閉板，另一端設(shè)置端模，可有效提升模板拱腳模板支設(shè)的密閉性。同時(shí)，拱腳底模和拱腳頂模通過(guò)模板緊固栓連接，可降低模板連接的難度。另外，本發(fā)明通過(guò)預(yù)設(shè)于拱肋上部和下部的第二掛板和第一掛板固定上撐架和下?lián)渭?，可有效降低支撐體系布設(shè)的難度。第一支撐體、第二支撐體、第三支撐體和第四支撐體的長(zhǎng)度均可根據(jù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，提高了支撐控位的準(zhǔn)確度。在拱墩內(nèi)預(yù)設(shè)與拱腳套管連接的墩內(nèi)承壓板，并將拱肋的底端插入拱腳套管的管腔內(nèi)，可有效降低局部應(yīng)力，改善拱墩結(jié)構(gòu)的受力性能。

3 工藝原理

鋼管拱施工采用少支架法進(jìn)行施工，由鋼管樁、型鋼組拼成支架，下部與系梁預(yù)埋鋼筋連接，并在支架頂面安裝分配梁及拱肋調(diào)整設(shè)施，形成上層操作平臺(tái)，以方便拱肋拼裝?？v向每處支架由左右幅各2 根鋼管及橫向連接系組成。優(yōu)化鋼拱肋運(yùn)輸及安裝體系，有效降低空中對(duì)焊施工難度，提升成拱質(zhì)量。同時(shí)，采用支架法，減少了現(xiàn)澆梁上的施工荷載，有效地保證了現(xiàn)澆梁的質(zhì)量及安全。

建立施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，跟蹤施工過(guò)程結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。應(yīng)力監(jiān)控測(cè)量包括滿(mǎn)堂支架預(yù)壓、澆筑及線(xiàn)型、拱肋的施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)、系桿的施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)和橫梁的施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)兩大部分。

3.1 施工工藝流程

基本流程：基礎(chǔ)處理→測(cè)量放樣→支架搭設(shè)→預(yù)壓（合格）→底模整形及檢測(cè)量測(cè)點(diǎn)布置→鋼筋施工→現(xiàn)澆施工→預(yù)應(yīng)力第一次張拉→鋼管拱支架搭設(shè)→鋼管拱施工→鋼管拱混凝土頂升→預(yù)應(yīng)力第二次張拉→鋼管拱支架拆除→現(xiàn)澆支架拆除。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 基礎(chǔ)處理

地基處理范圍為橋梁投影每側(cè)各超出3.0m，周?chē)O(shè)置排水溝。支架區(qū)域?yàn)樵坊?，原狀土層地基承載力經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)滿(mǎn)足要求。

3.2.2 支架搭設(shè)

現(xiàn)澆梁采用承插型盤(pán)扣式滿(mǎn)堂支架施工，具體布置為支架立桿采用60 mm×3.2mm 鋼 管，鋼 材 材 質(zhì) 均 為Q345B。橫桿采用48mm×2.5mm 鋼管，鋼材材質(zhì)為Q235B，豎向斜桿采用48mm×2.5mm 鋼 管，鋼 材 材 質(zhì) 為Q195，扣件式水平剪刀撐采用48.3 mm×3.6mm 鋼 管，鋼 材 材 質(zhì) 為Q235B。采用橫桿豎向步距為0.5m/1.0m，立桿縱橋向間距為0.3m/0.6m/0.9m；橫橋向間距為0.3m/0.6m/0.9m；水平及豎向斜桿布置嚴(yán)格按照《建筑施工承插型盤(pán)扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ 231-2010)模板支架構(gòu)造要求設(shè)置；所有模板均為15mm 厚優(yōu)質(zhì)竹膠板。模板下方布置：沿主橋跨度方向布置10cm×10cm 的方木，方木下為（間距同立桿間距）普通10 號(hào)工字鋼。必須設(shè)置掃地桿，掃地桿距離地面20cm。

3.2.3 模板整形及監(jiān)控

支架搭設(shè)完成后、底模鋪設(shè)前進(jìn)行支座的安裝工作。進(jìn)行支座安裝前應(yīng)認(rèn)真閱讀支座的使用說(shuō)明書(shū)，嚴(yán)格按照支座說(shuō)明進(jìn)行安裝。支座的安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制支座的平面位置、方向、頂面高程，確保其位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，在支模前進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。

3.2.4 鋼筋工程

嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖和施工規(guī)范要求進(jìn)行安裝，成形的鋼筋應(yīng)保證一定的剛度，不導(dǎo)致下一步施工造成大的變形，安裝完成后進(jìn)行全面檢查，特別注意預(yù)埋鋼筋和錨下鋼筋檢查，切不可少裝或漏裝。

3.2.5 混凝土澆筑

混凝土輸送采用泵送，振搗采用插入式振搗器，澆筑一次性完成。澆筑順序?yàn)椋憾藱M梁→兩側(cè)系梁→中橫梁，為避免系梁與橫梁接觸部位產(chǎn)生施工縫，系梁、端橫梁、中橫梁同時(shí)進(jìn)行澆筑。采用對(duì)稱(chēng)澆筑，混凝土澆筑至頂面時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制其頂面標(biāo)高。澆筑時(shí)，應(yīng)邊澆筑、邊抹平。在初凝前進(jìn)行第二次抹面，消除收水裂縫。

3.2.6 預(yù)應(yīng)力施工

張拉順序：嚴(yán)格按照?qǐng)D紙順序進(jìn)行張拉。系梁及橫梁預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，必須對(duì)稱(chēng)張拉。

鋼束張拉完畢，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行孔道壓漿。壓漿要求飽滿(mǎn)密實(shí)，水灰比為0.4～0.45，不允許摻氯鹽，抗壓強(qiáng)度不低于混凝土強(qiáng)度。

3.2.7 架拱支架

鋼管拱安裝采用少支架法進(jìn)行安裝，由鋼管樁、型鋼組拼成支架，下部與系梁預(yù)埋鋼筋連接，并在支架頂面安裝分配梁及拱肋調(diào)整設(shè)施，形成上層操作平臺(tái)，以方便拱肋拼裝。縱向每處支架由左右幅各2 根鋼管及橫向連接系組成。選用φ325×6 鋼管作為主管，所有立柱連接系采用[16a、[8 組成的桁架連接系。

3.2.8 鋼管拱施工

拱肋分段按照制作方案分為7 節(jié)（不含拱腳），拱肋最大吊裝重量小于20.0t，橫撐最大吊裝重量小于4t，每段拱肋、橫撐須焊吊耳，安裝后割掉并打磨平整。

鋼管拱在運(yùn)輸及存放過(guò)程中拼裝節(jié)段位置鋼管的外露端會(huì)出現(xiàn)失圓，橢圓度要求f/d≤3/1000，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)橢圓度的處理步驟：

①檢查拱肋橢圓度；

②利用千斤頂及頂架處理；

③及時(shí)用斜撐固定。

拱肋節(jié)段在安裝過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)要求h≤0.2t,t，現(xiàn)場(chǎng)安裝對(duì)錯(cuò)臺(tái)的處理步驟：

①檢查拼裝節(jié)段錯(cuò)臺(tái)量；

②利用千斤頂及頂架處理；

③及時(shí)用碼板固定。

3.2.9 主拱肋混凝土灌注

圖1 鋼管拱頂節(jié)合攏

①主拱肋弦管內(nèi)填充C50微膨脹混凝土。

②泵送順序：先下弦管，后上弦管，再腹腔。

③在拱腳處的上鋼管、下鋼管及綴板上各開(kāi)設(shè)一個(gè)灌注孔（Φ150mm），并在灌注孔口焊接一根帶有閥門(mén)的短管，保證混凝土灌注密實(shí)，此短管伸入拱肋內(nèi)腔約5cm 左右。在每條鋼管拱頂部的上鋼管、下鋼管、腹箱設(shè)置灌注混凝土?xí)r的排氣孔（Φ100mm），出氣孔高出鋼管最高位置1m左右。

④主拱肋弦管內(nèi)混凝土一次性連續(xù)澆筑，以單根為單元縱向?qū)ΨQ(chēng)由兩岸同步采用泵送頂升法灌注(全橋同時(shí)進(jìn)行需用4 臺(tái)泵機(jī)），從每管下端灌進(jìn)，順管而上，泵送速度盡量協(xié)調(diào)一致，嚴(yán)格按對(duì)稱(chēng)、均勻的原則加載，灌注過(guò)程中通過(guò)錘擊法，確定混凝土在管內(nèi)的位置，以此來(lái)嚴(yán)格控制兩對(duì)稱(chēng)半跨的進(jìn)度差不超過(guò)2m。

⑤管內(nèi)混凝土灌注完成后，應(yīng)將鋼管的所有開(kāi)孔封閉，防止管內(nèi)水分蒸發(fā)。在養(yǎng)護(hù)初期，若遇高溫天氣，鋼管溫度高于30℃時(shí)，應(yīng)給鋼管淋水降溫。

⑥管內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，才能進(jìn)行下一條管的灌注。

⑦管壁與混凝土應(yīng)結(jié)合緊密，檢查中如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)進(jìn)行鉆孔復(fù)檢存在不密實(shí)的部位，應(yīng)用鉆孔壓漿法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)（補(bǔ)強(qiáng)宜采用不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的高強(qiáng)合成環(huán)氧樹(shù)脂材料），然后鉆孔補(bǔ)焊封固。

3.2.1 0鋼管拱支架拆除

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拱肋混凝土灌注完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可拆除支架，拆除時(shí)先解除支架上支撐鋼管的托盤(pán)，使支架不承受鋼管拱載荷后，再進(jìn)行支架系統(tǒng)的拆除。鋼管拱永久固接→解除6#、7#立柱頂抄墊→解除5#、8#立柱頂抄墊→解除4#、9#立柱頂抄墊→解除3#、10#立柱頂抄墊→解除2#、11#立柱頂抄墊→解除1#、12#立柱頂抄墊→拆除5#、6#及7#、8#立柱連接系→拆除7#、8#和5#、6#立柱→拆除3#和4#立柱連接系→拆除3#和4#立柱→拆除1#和2#立柱連接系→拆除1#和2#立柱，按跨中對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。

圖2 支架拆除

3.2.1 1施工監(jiān)控

①立模標(biāo)高和軸線(xiàn)偏位控制

結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)施工控制的主要工作內(nèi)容之一，根據(jù)施工完成的各施工狀態(tài)及成橋后的內(nèi)力、位移計(jì)算，進(jìn)而確定出結(jié)構(gòu)各施工階段結(jié)構(gòu)的控制參數(shù)。

②線(xiàn)形控制

線(xiàn)形控制包括拱肋和系桿的線(xiàn)形及軸線(xiàn)偏位控制。在橋梁施工過(guò)程中，為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件的要求，保證橋梁的線(xiàn)形和軸線(xiàn)偏位，就必須在關(guān)鍵的施工階段對(duì)系桿和拱肋的線(xiàn)形和軸線(xiàn)偏位進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

③應(yīng)力監(jiān)控

在每片拱肋的拱腳、L/4 截面、拱頂截面、3L/4 截面的上下緣位置布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；在系桿的L/4截面、跨中截面、3L/4截面上下緣位置設(shè)置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；在兩側(cè)端橫梁和中間橫梁的跨中截面上下緣位置布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。

另外在施工過(guò)程中要求施工單位對(duì)布置的應(yīng)力傳感器進(jìn)行必要的保護(hù)。為避免傳感器損壞對(duì)監(jiān)控工作的影響，根據(jù)以往的監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，在傳感器易受破壞的重要控制截面布置備用應(yīng)力傳感器。選擇拱肋的拱腳和拱頂位置截面、系桿的跨中位置截面分別在截面的上緣或下緣原傳感器附近布置一個(gè)備用傳感器。

④應(yīng)力測(cè)試方法

應(yīng)變計(jì)按預(yù)定的測(cè)試方向固定在主筋上，測(cè)試導(dǎo)線(xiàn)引至混凝土表面。施工過(guò)程中注意對(duì)應(yīng)力傳感器和引出導(dǎo)線(xiàn)的保護(hù)。振弦式應(yīng)力（應(yīng)變）傳感器具有較好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，比較適合施工監(jiān)控的要求，本橋采用振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)（同時(shí)具有溫度測(cè)試功能）進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控。

⑤應(yīng)力測(cè)試頻率

在橋梁施工過(guò)程中，每一施工工況的變化都應(yīng)對(duì)已預(yù)埋的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，包括荷載發(fā)生變化、吊桿拉力發(fā)生變化前后都必須測(cè)量應(yīng)力，并整理數(shù)據(jù)加以分析。

⑥吊桿索力監(jiān)控

準(zhǔn)確測(cè)定吊桿施工期間及使用期間吊桿索力，在每根吊桿上安裝磁通量傳感器一個(gè)，用以準(zhǔn)確采集吊桿索力。實(shí)際監(jiān)控工作中，同時(shí)采用振動(dòng)法修正公式測(cè)量吊桿索力，并與磁通量法相互對(duì)比，更確切地掌握吊桿索力的大小和變化。

⑦系桿和拱肋變形監(jiān)測(cè)

在兩側(cè)拱肋跨中和四分點(diǎn)的控制截面懸掛重錘，并在重錘對(duì)應(yīng)的系桿位置，布置高程測(cè)點(diǎn)。用鋼直尺或者百分表測(cè)量重錘對(duì)應(yīng)系桿測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移，同時(shí)用水準(zhǔn)儀測(cè)量系桿測(cè)點(diǎn)的高程，采用這種間接測(cè)量的方式測(cè)量拱肋控制截面的位移。測(cè)量時(shí)，以施工現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，合理選擇儀器架設(shè)位置，保證測(cè)量的可行性和準(zhǔn)確性。

⑧溫度監(jiān)控

溫度是影響系桿拱橋變形和應(yīng)力的主要因素之一。在施工中主要受溫度變化的影響，溫度變化在拱肋中產(chǎn)生溫度應(yīng)力，影響數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此，本橋的溫度監(jiān)控工作主要是為了在相同溫度時(shí)間段內(nèi)測(cè)試監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的連貫性和準(zhǔn)確性，盡量消除溫度變化對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響。監(jiān)控工作中，測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)間段選在凌晨太陽(yáng)未出來(lái)前。

監(jiān)控中所采用的振弦式應(yīng)力計(jì)均具有同時(shí)測(cè)試溫度的功能，因此溫度測(cè)點(diǎn)與應(yīng)力測(cè)點(diǎn)一致，測(cè)試應(yīng)力時(shí)即測(cè)試溫度，也可根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)測(cè)量環(huán)境溫度。

4 質(zhì)量安全主要控制措施

①鋼管拱安裝前必須對(duì)每節(jié)鋼管拱的弦長(zhǎng)、直徑等幾何尺寸進(jìn)行檢查，并按要求標(biāo)識(shí)明確。

②鋼管拱節(jié)段吊裝時(shí)，必須確定每節(jié)拱肋的重心位置，焊好吊耳，并計(jì)算出每吊的千斤繩的長(zhǎng)度，確保其垂直起吊。

③鋼管拱在安裝時(shí)，必須可靠的臨時(shí)連接，臨時(shí)連接所用的管口法蘭螺絲必須全部上齊，加勁板必須與拱肋滿(mǎn)焊焊接。

④鋼管拱拱肋填充混凝土頂升時(shí)，同一弦管必須兩側(cè)對(duì)稱(chēng)頂升，兩端的混凝土面高差控制在2m以?xún)?nèi)。

5 結(jié)論

下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)綜合研發(fā)鋼管混凝土拱橋現(xiàn)澆臨時(shí)支架體系設(shè)計(jì)與施工、鋼拱肋安裝施工技術(shù)、拱橋施工過(guò)程線(xiàn)形控制及穩(wěn)定分析、下承式鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控技術(shù)等，充分利用新型結(jié)構(gòu)、材料的性能，加快施工進(jìn)度，提升下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工質(zhì)量，有效推進(jìn)鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)進(jìn)步，社會(huì)效益明顯，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。