紅水河特大橋270m跨徑剛架系桿拱橋施工技術(shù)研究

任治名

（中國鐵建投資集團(tuán)有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

鹿寨-欽州港高速公路（柳州至覃塘段）是廣西實(shí)施國家戰(zhàn)略高速公路網(wǎng)規(guī)劃“縱5”線的重要組成部分，項目建成后，將為柳州、來賓、貴港三市新增一條出海大通道，極大地緩解泉南高速的交通壓力，并大大提升廣西高速公路網(wǎng)的溝通轉(zhuǎn)換能力，為促進(jìn)沿線地區(qū)發(fā)展發(fā)揮重要作用，也將有力推動來賓經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展。而紅水河特大橋是連通柳州至覃塘段的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，且由于此次施工跨徑比較大，主跨達(dá)到270m，再加上該橋梁須跨越廣西紅水河來賓段珍稀魚類自治區(qū)級自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)，無形中增大了施工難度。因此，針對紅水河特大橋270m跨徑剛架系桿拱橋施工技術(shù)的研究具有重要意義。

1 紅水河特大橋項目概況

紅水河特大橋主橋?yàn)榻M合梁剛架系桿拱橋，主跨跨徑270m，矢高58.9m，矢跨比1/4.585，拱軸系數(shù)=1.32；主梁采用橫縱梁體系，鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，頂面全寬38.2m，梁高2m，主梁縱向設(shè)置橫系梁，吊桿間距10m，縱向設(shè)置水平系桿平衡推力；單榀拱肋采用鋼管混凝土桁架，主拱圈由4根直徑1m的鋼管混凝土組成，弦桿橫向間距1.8m，豎向間距5.0m；兩肋中心距31.4m，設(shè)置“米”字、“K” 字橫撐。上下弦采用550×12mm鋼管，斜向弦桿采用550×12mm鋼管。橫撐豎腹桿、斜腹桿、水平腹桿均采用350×10mm鋼管。紅水河特大橋主橋示意圖如圖1所示。

圖1 紅水河特大橋主橋示意圖

2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

紅水河特大橋跨度大，達(dá)270m；且單側(cè)拱肋最大節(jié)段吊裝質(zhì)量達(dá)95t，須采用大型纜索吊裝設(shè)備；全橋設(shè)9道橫撐，其中8道K型橫撐，24對吊桿，施工節(jié)點(diǎn)繁多，工藝復(fù)雜，技術(shù)難度高。因此，如何在保障安全的情況下，高效完成該剛架系桿拱橋施工是該項目的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

3 主橋施工

3.1 拱座施工

根據(jù)橋位總平面圖和測圖控制網(wǎng)中所設(shè)置的控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)等構(gòu)建相應(yīng)的平面及立面控制網(wǎng)，然后將拱腳鋼管及鉸座吊裝到勁性骨架上，并用手動葫蘆對拱腳鋼管及鉸座位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整并固定（圖2）。按照“先架立鋼筋、再其他鋼筋”的順序安裝鋼筋，然后安裝模板，墩柱外模板采用大塊平面鋼模板，內(nèi)模板采用木模，并搭設(shè)鋼管型鋼支架將墩柱一次澆筑成型，以保證拱座外觀光潔密實(shí)及整體質(zhì)量。

圖2 拱腳預(yù)埋示意圖（單位：mm）

3.2 鋼結(jié)構(gòu)加工

鋼管拱主拱肋制造采用筒節(jié)、單元件、弦管片裝分段、單側(cè)主拱肋臥拼裝順序進(jìn)行的制造加工方案。橋面系格子梁采用縱、橫梁工字梁制造、格子梁預(yù)拼裝制造的工藝方案。主拱肋臥拼、格子梁預(yù)拼采用半拱全拼。

首先是節(jié)段劃分及對接。根據(jù)上弦管、下弦管、腹管和橫聯(lián)管等設(shè)計要求將管材切割成合適的尺寸及規(guī)格（例如：上下弦管設(shè)計長度為10m，腹管設(shè)計長度為4.8m，橫聯(lián)管設(shè)計長度為6.1m），控制管節(jié)長度公差為±1.5mm，并打磨坡口，確保平整度達(dá)到±20um。然后對所有截好的弦管進(jìn)行編號，并根據(jù)編號將其焊接在胎架上，焊縫應(yīng)錯開500mm。

其次是預(yù)埋拱腳、鉸軸底座制造。根據(jù)圖紙要求將預(yù)埋拱腳管、鉸軸圓弧板、法蘭盤、加勁板及其他相關(guān)附件等切割成相應(yīng)的形狀及尺寸，并在組裝平臺上劃線及安裝定位板，然后焊接管內(nèi)縱肋及管內(nèi)徑向隔倉板，將預(yù)埋拱腳及鉸軸底座組裝好。

首先檢查工作平臺胎架及樣板線型是否吻合，控制誤差＜3mm，檢驗(yàn)合格后，再在平臺上開始組裝節(jié)段單桁片。

該項目中節(jié)段單桁片采用臥拼法進(jìn)行組裝，即先按“先下弦管再上弦管”的順序?qū)⑾夜艿踔撂ゼ苌喜⒑蠘樱蝗缓笫褂盟絻x對上下弦管進(jìn)行抄平，并根據(jù)上下弦管位置畫出腹管中心線，再根據(jù)要求采取對稱焊接方式將直腹管、斜腹管焊接牢固，形成單片桁架結(jié)構(gòu)（圖3）；并按《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（Q/CR9211—2015）要求，使用超聲波對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查，焊縫應(yīng)達(dá)到Ⅰ級，且不能出現(xiàn)裂紋、夾渣及焊瘤等。

圖3 單片桁架結(jié)構(gòu)示意圖

K撐共有4個部分，即橫向連接桁片、斜撐連接桁片、連接撐及接頭。先在胎架上將橫向連接桁片及斜撐連接桁片組焊成桁片單元件，再將提前預(yù)制好的連接撐斜安在橫向連接桁片及斜撐連接桁片之間進(jìn)行進(jìn)一步加固，最后利用接頭將橫向連接桁片與拱肋相連，并將斜撐連接桁片與拱肋焊接牢固，具體如圖4所示。

圖4 K撐平面圖

格子梁采取正裝法進(jìn)行組裝，以胎架為外胎，根據(jù)縱橫基線將各桿件安裝就位，并加設(shè)加固措施，以保障格子梁加工的精度及安全。同時，為了便于后續(xù)梁段對接過程中調(diào)校各板的相互位置，縱梁等端部應(yīng)預(yù)留150mm暫不焊接，等正式安裝架設(shè)時再進(jìn)行焊接。實(shí)際拼裝時使用2個胎架自兩側(cè)拱腳向跨中進(jìn)行對稱拼裝，且每個輪次拼裝2+1個節(jié)段，每拼完一輪要留最后一段作為下一輪次的母梁，反復(fù)如此直至加工完所有的格子梁。

3.3 纜索吊裝及拱肋安裝

現(xiàn)場將地錨系統(tǒng)、卷揚(yáng)機(jī)、塔架及纜索等按設(shè)計要求安裝好，并對纜索吊裝系統(tǒng)各部分進(jìn)行試吊前的全面檢查驗(yàn)收，合格后開始進(jìn)行試吊。試吊按照“最大吊重的50%→100%→120%→卸載”順序進(jìn)行分級加載吊裝試驗(yàn)，該項目中最大拱肋節(jié)段吊重約為95t，故實(shí)際試吊時按“47.5t→95t→114t→卸載”順序進(jìn)行分級加載，以檢驗(yàn)該吊裝系統(tǒng)的吊重能力及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到施工要求后，再進(jìn)行正式起吊。

該剛架系桿拱橋每側(cè)拱肋均分有10個節(jié)段，采取纜索分節(jié)吊裝。試吊合格且檢驗(yàn)纜索吊裝系統(tǒng)各項性能均正常后，開始進(jìn)行正式吊裝：1）吊裝按照先吊裝左幅拱肋節(jié)段，再吊裝右幅拱肋節(jié)段的順序進(jìn)行。先是將預(yù)制好的拱肋節(jié)段運(yùn)輸?shù)綐蛭?，然后將首?jié)拱肋用天線合吊到設(shè)計位置扣掛，再使用斜拉扣掛體系安裝。2）主拱圈節(jié)段采取兩岸對策懸拼+單肋吊裝，每半跨拱圈分為5個吊裝節(jié)段。吊裝第一節(jié)段拱肋時，先將第一段拱肋吊至設(shè)計位置，跟拱腳采取臨時連接措施，并安裝臨時扣索支撐。接著吊裝第二節(jié)段拱肋，吊至指定位置后，使用內(nèi)法蘭栓將第二節(jié)段拱肋跟第一節(jié)段連接牢固，安裝臨時扣掛和橫撐，并調(diào)整拱肋標(biāo)高，調(diào)好后扣掛錨固。這樣依次逐段吊裝完所有節(jié)段的拱肋。主拱圈拼裝過程中要注意控制拱肋鋼管接縫的錯臺應(yīng)≤0.1倍鋼管壁厚且≤2mm，保證主拱圈拼裝質(zhì)量。3）吊裝完各拱肋后，按設(shè)計要求對所有拱肋的線形及位置進(jìn)行調(diào)整，準(zhǔn)備進(jìn)行合龍。該橋梁合龍設(shè)計溫度為18℃，且不能超過20℃，故在合龍前10天便開始監(jiān)測每天的溫度變化，并每隔3h記錄一次。待溫度達(dá)到要求后，采取瞬時合龍，具體合龍步驟如下：首先，在合龍定位板及拼接板上鉆好32mm沖釘孔，備用；使用螺栓把拼接板固定到合龍定位板上；使用攬風(fēng)索及扣索對拱圈的位置及合龍段高程進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到設(shè)計要求和合龍溫度要求后，對好沖釘孔，并及時打入沖釘，鎖定拱圈并完成合龍；檢驗(yàn)合龍口的尺寸，滿足設(shè)計要求后，焊接合龍段，完成拱肋合龍。之后對拱腳做封鉸處理，形成無鉸拱。最后，逐級松扣、卸扣，使拱圈在自重作用下呈無鉸拱狀態(tài)。

3.4 管內(nèi)混凝土灌注

該項目中管內(nèi)混凝土采取真空輔助泵送頂升壓注法進(jìn)行灌注，混凝土為C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。待完成拱肋合龍且質(zhì)量檢驗(yàn)均合格后，即可進(jìn)行上下弦管內(nèi)混凝土灌注施工：1）按照試驗(yàn)所得的配合比（表1）配制好C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，確?；炷列阅軡M足表2要求。2）在拱頂架設(shè)好抽真空系統(tǒng)及灌注系統(tǒng)，并試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行正常后，先用高揚(yáng)程抽水機(jī)對鋼管內(nèi)部進(jìn)行沖洗，把鐵銹及其他雜物都清理干凈，接著泵送砂漿對一級進(jìn)漿管進(jìn)行潤滑。上述工作完成后，開啟泵機(jī)，開始泵送混凝土，待混凝土界面超出泵管0.5m后，關(guān)閉泵機(jī)并開啟真空系統(tǒng)，抽真空到-0.7MPa，然后繼續(xù)向管內(nèi)泵送混凝土。待拱頂出漿管開始出漿后，暫停泵機(jī)，并慢慢釋放負(fù)壓。這個過程中，為防止因混凝土回落而使空氣進(jìn)到弦管中，則每釋放0.02MPa負(fù)壓，便泵送一次混凝土。同時，要適當(dāng)?shù)厍脫舫鰸{管，若出現(xiàn)混凝土回落，則應(yīng)立即停止負(fù)壓釋放，開啟泵機(jī)，把出漿管泵滿混凝土。釋放完負(fù)壓之后，將真空系統(tǒng)退出，并使用泵機(jī)繼續(xù)泵送混凝土，直到拱頂出漿管將浮漿排干凈，排出良好混凝土后，暫停泵送，靜置10min，然后再泵送兩手，再靜置10min。當(dāng)出漿管沒有明顯氣泡排出后，便關(guān)閉進(jìn)漿管閥門，即完成單條主弦管混凝土灌注。然后根據(jù)該方法將其他弦管都灌注混凝土。3）灌注混凝土?xí)r，要注意兩半跨要同步進(jìn)行灌注，且灌注密實(shí)度應(yīng)＞90%。完成灌注施工后，要及時封閉所有開孔，對管內(nèi)混凝土進(jìn)行保水養(yǎng)護(hù)。

表1 C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土（kg/m3）

表2 C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土性能

3.5 系桿、吊桿與鋼格構(gòu)梁及橋面板安裝

該橋每側(cè)拱肋分別設(shè)有16根MXGK15-37型可換索式鋼絞線系桿，采取分批張拉，即利用索架旋轉(zhuǎn)軸及工作索吊起牽引繩，把系桿從一岸拱肋下掛的鋼絲繩之間穿過，并通過各“橫梁系統(tǒng)”上方，到達(dá)另一側(cè)。同時，利用安有定位滑輪和限位裝置的臨時系桿托架-橫梁系統(tǒng)進(jìn)行系桿安裝，這樣既能預(yù)防系桿外PE層被橫梁棱角刮傷，也能起到定位作用。另外，對上游、下游的系桿都加設(shè)了永久壓力式傳感器，以便實(shí)時監(jiān)測系桿張力。

吊桿采取工程預(yù)制，且吊桿系統(tǒng)為縱向單吊桿形式，各吊點(diǎn)均按一根吊桿，并采用工作索輔助安裝，具體工藝流程為吊桿孔清理→吊桿錨具檢查→實(shí)測各吊點(diǎn)標(biāo)高值→工廠放樣制作→吊桿運(yùn)輸至現(xiàn)場并松展開→吊點(diǎn)垂直提吊就位→按加載程序張拉吊桿，調(diào)整標(biāo)高→錨具封閉并作防護(hù)處理。安完吊桿后，應(yīng)根據(jù)橋面線形要求，調(diào)整所有吊桿的索力，防止因吊桿索力偏差過大而影響整體橋面線形美觀。

該項目中橋面板有行車道板、人行道板兩種，均使用纜索按照“縱從端部到跨中、從中間到兩邊”的順序進(jìn)行吊裝，吊至拱頂空位后，下放到指定位置。且吊裝過程中，應(yīng)注意使預(yù)制板鋼筋避開縱橫梁頂面的剪力釘。安裝完所有橋面板之后，檢驗(yàn)橋面標(biāo)高，滿足設(shè)計要求的標(biāo)高96.83m后，澆筑橋面板，澆帶混凝土并養(yǎng)護(hù)。

4 總結(jié)

綜上所述，剛架系桿拱橋施工涉及環(huán)節(jié)、內(nèi)容比較多，加上通?？缍缺容^大，所以實(shí)際施工具有一定難度。鑒于此，施工單位必須要結(jié)合項目實(shí)際采取針對性的技術(shù)方案，并嚴(yán)格控制各項技術(shù)落實(shí)質(zhì)量，才能使剛架系桿拱橋施工實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量及效益目標(biāo)，進(jìn)而為區(qū)域社會及經(jīng)濟(jì)發(fā)展助力。