丁照安

(1.華東交通大學,南昌 330013;2.京廣客專河南公司鄭州黃河公鐵兩用橋建設(shè)指揮部,鄭州 450003)

1 工程概況

新建鄭州黃河公鐵兩用橋鐵路引橋在南岸跨越黃河大堤,設(shè)計為 1-92m下承式鋼管混凝土系桿拱橋,與黃河大堤夾角 74.3°,主橋位于曲線半徑 7 000m的圓曲線上,橋式立面布置如圖1所示。

圖1 橋式立面布置(單位:cm)

本橋拱肋軸線跨度 92 m,矢高 18.4m,矢跨比為1/5。拱肋采用提籃式鋼管混凝土結(jié)構(gòu),單片拱肋向內(nèi)傾角為 14.036°,兩片拱肋軸線間距:拱腳處為 15.6 m,拱頂處為 6.4m。拱肋上、下弦采用 φ1 000mm×20mm鋼管各 1根;腹桿采用 φ500mm×12mm鋼管;兩片拱肋間共設(shè) 3道橫撐,把兩片拱肋連接為整體結(jié)構(gòu)并加強拱的橫向剛度。拱橋主梁采用現(xiàn)澆整體灌注,截面形式為由中間 π形和兩側(cè)箱形組成的整體截面,順橋向每隔 6 m設(shè)置 1道標準橫梁,標準橫梁厚0.5m,支座附近設(shè) 2道 1.2m厚端橫梁。全橋共 28根吊索,間距 6.0m,錨固于橫梁底部,吊索采用外擠雙層彩色 PE的成品拉索,由 109根 φ7mm低松弛鍍鋅高強鋼絲組成;拱橋系桿設(shè)于兩側(cè)邊箱之內(nèi),系桿、主梁縱向橫梁預應力均采用高強度低松弛環(huán)氧鋼絞線。拱座設(shè)于主梁之上,與主梁固結(jié)。拱座內(nèi)設(shè) φ32 mm預應力高強精軋螺紋粗鋼筋。

2 總體施工方案

本橋采用先梁后拱的施工方式。地基處理后搭設(shè)碗扣式滿堂支架,進行 110%超載壓重消除支架變形,鋪設(shè)主梁和拱腳段底模,綁扎主梁鋼筋,安裝預應力索,預埋拱座勁性骨架及拱肋第一節(jié)鋼管桁架定位板,澆筑主梁及拱座部分混凝土,養(yǎng)生至設(shè)計強度的85%,張拉部分系桿及主梁部分縱向預應力索。

拱肋采用在主梁上搭設(shè)定位支架,通過汽車吊吊裝施工,由拱腳至拱頂共分 4個節(jié)段,節(jié)段之間先以螺栓臨時連接,待第 4節(jié)段(合龍段)就位合龍以后,再進行接頭鋼管的現(xiàn)場焊接。

鋼管拱肋施工完成后,澆筑拱座混凝土并張拉拱座預應力粗鋼筋,拆除拱肋定位支架后,張拉部分系桿及主梁縱向預應力索,張拉主梁橫向預應力索。利用混凝土高壓泵由拱腳至拱頂壓注下弦鋼管微膨脹混凝土,待下弦鋼管內(nèi)混凝土達到設(shè)計強度的 85%后,按照同樣的方法壓注上弦鋼管混凝土,形成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

吊索在拱肋鋼管內(nèi)混凝土壓注施工完成后進行掛設(shè)并分兩次張拉到位。接著張拉剩余系桿及主梁縱向預應力索,拆除主梁現(xiàn)澆支架。在橋面二期恒載施工完成后,根據(jù)索力及主梁位移實測情況,對全橋索力進行調(diào)整。

3 工程的重點和難點

(1)主梁結(jié)構(gòu)復雜,模板樣式上百種,一次澆筑 1 800m3,混凝土方量大,施工組織需嚴密緊湊。

(2)拱腳定位板自重較大,空間位置復雜,放線定位困難,在主梁混凝土澆筑中保持位置不發(fā)生位移是施工的另一個難點。

(3)本橋為空間結(jié)構(gòu)體系,受力復雜,各施工階段內(nèi)力、應力、位移變化頻繁,支架和梁體變形檢測貫穿整個施工過程。

(4)鋼管拱肋的分段拼裝和空間定位工藝將直接決定該橋能否按設(shè)計狀態(tài)成橋和運營。

(5)本橋跨越黃河大堤,施工期間必須確保黃河大堤道路暢通,同時保證施工支架需滿足防洪要求。

(6)由于主梁預應力需要進行多次張拉,嚴格按照施工程序進行施工,是保證質(zhì)量的關(guān)鍵;另外吊桿的張拉及索力調(diào)整,嚴格按照設(shè)計的順序和索力進行,對于保證成橋后的線形及內(nèi)力狀態(tài)達到設(shè)計要求至關(guān)重要。

4 施工工藝及要點

4.1 地基處理

黃河大堤兩側(cè)先采用整體回填方式處理,大堤斜坡位置采用臺階方式處理,回填土表層采用 30 cm厚三七灰土,地基壓實處理后要求密實度達到 90%以上。地基處理前和處理完成后均作靜力觸探,檢查其承載力。在灰土層上澆筑 C20混凝土,厚度 15 cm。在地基兩側(cè)做 30 cm×30 cm排水溝。

4.2 支架搭設(shè)

大堤路面上的滿堂支架搭設(shè)采用 φ48mm,壁厚3.5mm的鋼管,立桿縱向間距30 cm(黃河大堤交通門洞)、60 cm(橫梁處)、90 cm(其他位置),橫桿層距 60 cm,120 cm;縱橫分別布置剪刀撐,沿線路方向每 5 m在橫截面上設(shè)置 1道,立桿頂托上順橋向放置10 cm×15 cm方木,方木上再橫向放置間距 20 cm(凈距 10 cm)10 cm×10 cm方木,作為模板肋板在上面鋪設(shè)固定主梁底模。支架高程的微調(diào)通過頂托和頂托絲桿實現(xiàn)。

4.3 支架預壓

支架搭成后,用砂袋按照 110%超載壓重進行堆載預壓,測出彈性變形,清除非彈性變形,并與理論的撓度值進行比較,調(diào)整底模高程。

4.4 模板安裝

拱腳定位板和梁端索導管定位控制方面,主要采取下列措施:

(1)準確計算控制點坐標。使用 Auto CAD建立三維坐標系,以其中一拱腳為原點,拱平面為 XY平面,兩拱腳連線為 X軸,另一軸為 Y軸,垂直與拱平面的軸為 Z軸。在拱平面內(nèi)畫出定位板及其控制點,然后進行 1∶4角度偏轉(zhuǎn),查詢出偏轉(zhuǎn)后坐標,再轉(zhuǎn)換為大地坐標進行實地放樣;

(2)定位板下方焊接三角勁性骨架,骨架采用

75mm×75mm角鋼,并與主梁鋼筋連接,形成一整體,有效地保證了在混凝土澆筑過程中骨架偏位。索導管放線定位后也與主梁鋼筋焊接成一體;

(3)考慮到混凝土收縮徐變,定位板和索導管預留一定的預偏量。

4.5 鋼筋綁扎

按鋼筋細部尺寸圖將加工好的鋼筋在底模上現(xiàn)場綁扎,在鋼筋與模板間設(shè)置墊塊,保護層厚度應符合圖紙要求,綁扎成形的鋼筋應滿足施工規(guī)范要求。鋼絞線穿束采用人工單根穿束,穿束時鋼絞線頭部套橢圓形鋼套,以免損傷波紋管。整束穿齊后要仔細檢查根數(shù),并將外露的鋼絞線用塑料布包裹,以免生銹。

4.6 混凝土施工

拱腳、主梁采用泵送 C50混凝土。為縮短灌注時間,澆筑時用 4臺泵車對稱現(xiàn)澆主梁混凝土?；炷量v向澆筑順序:由主梁兩端分別向跨中連續(xù)澆筑,并就每箱的底板、腹板高度,沿結(jié)構(gòu)橫截面以斜坡層向前推進,直到中間合龍,目的就是保持支架變形均勻和最小。澆筑時應保證振搗密實。

4.7 預應力索張拉

當系梁混凝土強度達到設(shè)計強度的 85%時,進行第一次預應力筋張拉,張拉完成后立即進行真空輔助壓漿。為了保證系桿預應力張拉質(zhì)量,張拉準備工作必須細致到位。

(1)防止鋼絞線打絞,在鋼絞線兩端編號并分層穿入錨板相應的孔位。

(2)用汽油類或酒精等溶劑擦拭去除工作錨板錐孔內(nèi)的防銹油脂,直至孔表面發(fā)亮。

(3)如果錨墊板和鋼絞線表面有灰漿,必須清除干凈,防止滑絲。

(4)錨板、頂壓器及千斤頂各部分安裝必須位置對準,軸線同心。

(5)為保證整體張拉時各根鋼絞線受力均勻,張拉前對單根鋼絞線進行預緊處理。

4.8 施工要點

(1)地基處理按照路基壓實標準進行檢查,同時做好周邊防排水措施。

(2)支架搭設(shè)完畢后,應對其平面位置、頂面高程、縱橫向穩(wěn)定性作全面檢查,合格后方可進行下道工序。

(3)澆筑應對稱均衡進行,同時在支架上設(shè)觀測點,隨時監(jiān)測支架沉降情況。

(4)派專人跟蹤觀察模板及支架變形情況,及時消除模板變形和漏漿。

(5)吊桿預埋件采用定位措施,防止?jié)仓^程中發(fā)生位移。

5 鋼管拱安裝

5.1 鋼管拱施工流程

鋼管拱制造加工(由具有鋼結(jié)構(gòu)制造資質(zhì)的專業(yè)隊伍承擔)→在主梁上搭設(shè)鋼管拱肋拼裝支架→拱肋鋼管運送至現(xiàn)場、接長→逐段吊裝鋼管拱肋節(jié)段至合龍→拆除拱肋定位支架→采用頂升法壓注鋼管、腹板內(nèi)混凝土→吊索安裝并張拉。

5.2 拱肋定位支架搭設(shè)

拱肋定位支架采用 φ60 mm鋼管和型鋼結(jié)合搭設(shè),搭建完成后,由項目部組織并邀請監(jiān)理單位共同對支架進行驗收,驗收合格后方可進行鋼管拱肋的安裝。

5.3 拱肋節(jié)段安裝

拱肋分段按照制作方案分為 7節(jié),現(xiàn)場采用 100 t汽車吊將鋼管拱節(jié)段吊至拱肋定位支架上空緩慢下放,支架頂安放的 30 t手動千斤頂上迎托住鋼管后再下落,將拱肋節(jié)段的水平位置和高程調(diào)整到施工設(shè)計值后,用高強螺栓將該拱肋節(jié)段與上一節(jié)段臨時固定后,進行下一節(jié)段的安裝。鋼管拱各節(jié)段的安裝應對稱進行,最大不平衡安裝段不超過一個節(jié)段,待兩側(cè)拱肋均安裝到合龍段時,從拱腳向合龍段對稱進行線形調(diào)整后,安裝合龍節(jié)段和橫撐。

鋼管拱合龍節(jié)段,在加工時預留了 10 cm的富余量,合龍段安裝前進行實地測量,根據(jù)測量結(jié)果確定合龍段的余量切割長度。合龍段長度的實地觀測應根據(jù)當時具體氣溫情況進行,每小時觀測 2次,持續(xù)觀測24 h以上,詳細記錄溫度與合龍段長度變化量的數(shù)據(jù),繪制溫度-變化量變化曲線,按照設(shè)計合龍溫度計算合龍段長度,以確定最佳的合龍溫度,并報監(jiān)理工程師批準。然后在批準的合龍溫度下進行合龍段余量的劃線切割,并按圖紙要求將切割端打磨出坡口,以上工作完成后,在第 2天相同溫度條件下進行合龍節(jié)段的安裝。合龍段安裝前,將邊段的待合龍端抬高 15 cm左右。待合龍段起吊、調(diào)整至設(shè)計高度后,將邊段合龍端同時緩慢下降,以邊段碰中段實現(xiàn)合龍。合龍節(jié)段按左、右幅分別安裝,合龍溫度控制在 15℃,并盡快進行。

5.4 施工要點

(1)拱肋分段安裝就位后、焊接成型前,應復核拱肋的三維坐標,調(diào)校到與設(shè)計坐標吻合。

(2)本橋為空間體系結(jié)構(gòu),拱肋的不對稱變形對體系的整體受力將產(chǎn)生很大的影響。因此,在拱肋的拼裝對位及焊接過程中,須對稱操作,將偏差值控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

6 拱肋鋼管混凝土施工

6.1 工藝流程

壓注工藝流程為:清洗管內(nèi)污物→潤濕內(nèi)壁→安放壓注頭和閘閥→壓注管內(nèi)混凝土→從拱頂排漿孔振搗混凝土→關(guān)閉壓注口處閘閥穩(wěn)定→拆除閘閥完成壓注。

6.2 施工步驟

(1)鋼管拱肋吊裝焊接完成并檢測拱軸線和高程復核設(shè)計要求,即可進行鋼管混凝土的壓注。

(2)泵送混凝土前,先泵送 1.5m3水泥砂漿潤滑管道,其后對稱泵送混凝土,壓注時設(shè)專人用木錘敲擊管壁,檢查混凝土壓注情況,使泵送均衡進行。

(3)當拱頂排氣孔排完砂漿,露出混凝土后,即可停止泵送,并以振動棒插入拱頂振搗管內(nèi)混凝土。

(4)鋼管混凝土的質(zhì)量檢測方法以超聲波檢測為主,人工敲擊為輔。對不密實部分用鉆孔壓漿法補強,然后將鉆孔補焊封固。

6.3 施工要點

(1)微膨脹混凝土在配合比設(shè)計時摻加適量的微膨脹劑,利用膨脹變形來補償混凝土的收縮變形,減少混凝土收縮量,保證鋼管內(nèi)混凝土的密實。在實際施工時,不能僅僅按照廠家說明書根據(jù)經(jīng)驗摻加,而必須對膨脹劑的摻量進行試驗,根據(jù)試驗效果確定膨脹劑的摻量。

(2)鋼管拱混凝土的頂升對混凝土級配具有較高的要求,拱肋混凝土灌注過程中要保證連續(xù)放料,不得間斷。

(3)混凝土澆筑完成后,及時關(guān)閉壓注口的截止閥,防止混凝土倒流而產(chǎn)生質(zhì)量問題。

(4)壓注順序需嚴格按設(shè)計要求施工,在壓注過程中應建立拱肋變形監(jiān)控點,隨時檢查鋼管拱肋軸線,出現(xiàn)偏差及時調(diào)整拱肋兩端混凝土的泵送速度。

7 吊索安裝及張拉施工

吊索采用外擠雙層彩色 PE的成品拉索,拉索由109根 φ7mm低松弛鍍鋅高強鋼絲組成,錨具采用冷鑄鐓頭,吊索上端錨于拱肋頂面,下端錨固于主梁預留孔底面。搭設(shè)臨時工作平臺,人工配合吊車安裝吊索就位,并張拉部分索力,然后在主梁剩余預應力張拉結(jié)束后第二次調(diào)整吊索至設(shè)計索力,并用阻蝕密封膏填充吊索預留孔道內(nèi)及保護罩空隙。吊索施工流程為:施工準備→安裝吊索桿→張拉吊索的控制力→索力調(diào)整→配套附件的安裝。

吊索是橋面荷載和拱肋間唯一的傳遞通道,施工時必須嚴格按照設(shè)計要求和監(jiān)控結(jié)果進行,并適時做好防護工作,保證安裝質(zhì)量。

8 結(jié)語

鋼管混凝土系桿拱橋是一種結(jié)構(gòu)較為合理的橋梁,充分發(fā)揮了鋼與混凝土兩種材料的優(yōu)點,降低了橋面高度,同鐵路鋼桁梁相比較有明顯的成本優(yōu)勢,并且能夠?qū)崿F(xiàn)大跨度跨越河流、大堤及其他建筑物,在充分節(jié)約總體工程造價的同時,也增強了現(xiàn)代建筑的美感,不失為一種上佳的選擇,但是在提籃拱橋的施工組織中,由于結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造復雜、工序繁多、必須精心組織,超前謀劃,才能安全優(yōu)質(zhì)高效地完成系桿拱施工。

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