黃順利

（山西省陽(yáng)翼高速公路L12A項(xiàng)目部，山西 晉城 048200）

1 概述

北深溝大橋位于山西省晉城市沁水縣城東南約3.5公里，是晉城至侯馬陽(yáng)翼高速公路的重要組成部分，是華北地區(qū)跨度最大的鋼管拱橋。主橋采用凈跨徑260米的中承式鋼管混凝土拱橋，拱軸線(xiàn)形為懸鏈線(xiàn)，矢跨比f(wàn)/l=1/4.5；拱肋斷面形式為桁架式,拱肋高度為5.2米,寬2.7米,由4根φ1000的鋼管組成,鋼材采用Q345C鋼，管壁厚度為26（18）mm；腹桿采用φ400壁厚12mm的鋼管，上下綴板采用壁厚12mm的鋼板。全橋設(shè)置九道桁架式風(fēng)撐，風(fēng)撐弦桿采用φ700mm壁厚為12mm的鋼管。縱向4根鋼管和綴板內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土，其余均為空鋼管。

北深溝大橋每根拱肋鋼管分13節(jié)段進(jìn)行制作安裝，最大節(jié)段質(zhì)量為72.7t。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及施工設(shè)計(jì)要求，北深溝大橋拱肋采用75t纜索吊機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行架設(shè)。為確保施工穩(wěn)妥安全，北深溝大橋拱肋吊裝應(yīng)用雙肋吊裝單肋合攏方案。因拱肋吊裝節(jié)段較多，吊裝節(jié)段質(zhì)量較重，同時(shí)纜索吊機(jī)塔架較高（前塔架高度90m）且纜索吊扣錨索系統(tǒng)與吊裝系統(tǒng)合二為一，增加了鋼管拱肋架設(shè)的難度。為此，在拱肋架設(shè)過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真分析各種影響因素，確保拱肋架設(shè)的安全與質(zhì)量。

2 施工工序

（1）拱座施工及拱腳預(yù)埋件預(yù)埋；（2）75t纜索吊機(jī)拼裝調(diào)試及試吊；（3）拱肋鋼管構(gòu)件工廠制作；（4）鋼管拱肋節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)制作及預(yù)拼裝；（5）鋼管拱肋節(jié)段吊裝；（6）鋼管拱肋合攏。

3 關(guān)鍵工序及吊裝方法

3.1 拱腳預(yù)埋件預(yù)埋

拱腳預(yù)埋件包括拱腳臨時(shí)鉸和拱肋首節(jié)鋼管。此兩部分均在澆筑拱座混凝土?xí)r預(yù)先進(jìn)行精確定位預(yù)埋。

北深溝大橋在施工中按設(shè)計(jì)及業(yè)主要求，澆筑拱座混凝土?xí)r先進(jìn)行首節(jié)預(yù)埋鋼管的精確定位及固定，使首節(jié)預(yù)埋鋼管上面的錨固進(jìn)鋼筋與拱座內(nèi)的鋼筋連成整體，增強(qiáng)拱腳混凝土的整體性。

3.2 75t纜索吊機(jī)拼裝調(diào)試及試吊

纜索吊主跨L=287m，陽(yáng)城側(cè)后錨跨徑134.5m，關(guān)門(mén)側(cè)為139.5m。布置簡(jiǎn)圖示意如圖1：

纜索吊塔架分東西兩個(gè)，形狀為“h”形，前塔架均支撐在拱座上，后塔架采用樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，塔架采用N型萬(wàn)能桿件拼裝，局部為新制桿件，其順橋向“h”式結(jié)構(gòu)，橫橋向?yàn)殚T(mén)式結(jié)構(gòu)，前塔架東西塔均為90m高，后塔架分別為66m和62m高，前后塔架中心距為23m，塔架橫向凈跨為30m。纜索吊設(shè)置兩組主索，每組主索負(fù)責(zé)吊裝一側(cè)拱肋，兩岸對(duì)稱(chēng)懸拼。拱肋扣錨系統(tǒng)與吊裝系統(tǒng)合二為一，充分發(fā)揮纜索吊的塔架受力性能。拱肋1、2、3、4號(hào)扣錨索張拉端設(shè)在后塔架頂部橫梁上，5、6號(hào)扣錨索張拉端設(shè)在前塔架第二道橫梁（從上往下）上?？坼^系統(tǒng)布置如圖2所示：

圖1

纜索吊機(jī)試吊時(shí)分靜載超載（施工最大荷載的125%）和動(dòng)載（110%）試吊，試吊重物利用預(yù)拼場(chǎng)的現(xiàn)有鋼管構(gòu)件進(jìn)行調(diào)配。先進(jìn)行動(dòng)載試吊，依次按最大荷載的80%→100%→110%進(jìn)行試吊，動(dòng)載試吊過(guò)程中要加強(qiáng)跑車(chē)的制動(dòng)及纜索吊機(jī)各關(guān)鍵部位的檢查，同時(shí)檢查通訊、指揮系統(tǒng)的通暢性能和各作業(yè)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)情況，測(cè)量人員要進(jìn)行纜索吊機(jī)主索垂度、塔頂位移、后錨碇位移等項(xiàng)目的觀測(cè)記錄。最后按最大荷載的125%進(jìn)行靜載超吊，此時(shí)重物約吊離地面50cm即靜止進(jìn)行觀測(cè)和檢查。通過(guò)試吊，纜索吊機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行良好，各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)及規(guī)范允許范圍內(nèi)，為下一步進(jìn)行拱肋的架設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.3 鋼管拱肋節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)制作及預(yù)拼裝

北深溝大橋拱肋焊接鋼管節(jié)段均在工廠制作和試裝，驗(yàn)收合格后用平板車(chē)將預(yù)制鋼管節(jié)段拖運(yùn)至工地預(yù)拼場(chǎng)進(jìn)行拱肋節(jié)段焊接。鋼管進(jìn)行拱肋加工前，應(yīng)作除銹防護(hù)處理。受地形限制，北深溝大橋現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼場(chǎng)共設(shè)置4個(gè)預(yù)拼胎架，分別進(jìn)行各自1/2拱肋節(jié)段的組拼。每個(gè)胎架上的拱肋節(jié)段均采用兩節(jié)段試拼裝的形式，在整平的胎架上按設(shè)計(jì)圖和施工方案的要求確定鋼管拱肋考慮了預(yù)拱度的放樣坐標(biāo)，進(jìn)行拱肋第一、第二節(jié)段的組拼，焊接外法蘭，擰緊連接高強(qiáng)螺栓，檢查驗(yàn)收合格后將兩節(jié)段解體，先吊走第一節(jié)段準(zhǔn)備架設(shè)，將第二節(jié)段移位到第一節(jié)段的原胎架位置上，再進(jìn)行新一節(jié)段的預(yù)拼。

3.4 鋼管拱肋節(jié)段吊裝

北深溝大橋每側(cè)拱肋個(gè)分為13個(gè)節(jié)段，其中1～6#節(jié)段為對(duì)稱(chēng)節(jié)段，第7節(jié)段為合攏段，最重節(jié)段(第3節(jié)段)重量為72.7t。

3.4.1 吊裝前準(zhǔn)備

纜索吊機(jī)系統(tǒng)作為本橋拱肋架設(shè)的主要設(shè)備，在每個(gè)拱肋節(jié)段進(jìn)行吊裝前應(yīng)全面檢查，確保吊裝工作的順利進(jìn)行。每個(gè)拱肋節(jié)段在吊裝前應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，驗(yàn)收合格后方可轉(zhuǎn)運(yùn)至纜索吊機(jī)跨中下方放平準(zhǔn)備架設(shè)。同時(shí)安裝節(jié)段上的爬梯及節(jié)段端頭的對(duì)接操作平臺(tái)，并做好測(cè)量控制點(diǎn)。

3.4.2 拱肋節(jié)段吊裝

（1）扣錨索控制力值和控制點(diǎn)標(biāo)高值計(jì)算

拱肋吊裝過(guò)程，其實(shí)就是扣錨索控制力和控制點(diǎn)標(biāo)高值的調(diào)試過(guò)程，因此，拱肋扣錨索控制力和控制點(diǎn)標(biāo)高值的計(jì)算尤為重要。由于拱肋吊裝過(guò)程中各節(jié)段的坐標(biāo)都處于變化之中，為了保證最終的拱肋合攏線(xiàn)型滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該通過(guò)仿真計(jì)算，預(yù)先給出一套拱肋吊裝的優(yōu)化方案，即在每一拱肋節(jié)段的吊裝過(guò)程中，設(shè)置一個(gè)合理的預(yù)設(shè)標(biāo)高值，然后隨著后續(xù)拱肋節(jié)段的吊裝，各段的預(yù)設(shè)標(biāo)高值不斷被消耗，當(dāng)施工到合龍時(shí)，拱肋拱軸線(xiàn)恰好落在設(shè)計(jì)拱軸線(xiàn)上。采用這種施工方法不但可以克服傳統(tǒng)的拱肋吊裝施工中索力調(diào)整次數(shù)過(guò)多的難題，而且將會(huì)大大簡(jiǎn)化方便施工，縮短工期。由于拱肋吊裝過(guò)程是一個(gè)多次超靜定結(jié)構(gòu)，在合龍拱軸線(xiàn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)精度的前提下，有多組不同的預(yù)設(shè)標(biāo)高方案，同時(shí)又要保證每一節(jié)段吊裝時(shí)的鋼管拱肋受力安全，扣索索力合理，因此拱肋吊裝的預(yù)測(cè)是一個(gè)優(yōu)化過(guò)程。根據(jù)此法利用專(zhuān)業(yè)橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil 6.71進(jìn)行建模，采用基于迭代理論的前進(jìn)分析法進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算與優(yōu)化，即根據(jù)一組假設(shè)的預(yù)抬高值進(jìn)行施工過(guò)程的前進(jìn)模擬計(jì)算，將新的計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，從而獲得修正的預(yù)抬高值，繼續(xù)進(jìn)行前進(jìn)分析，經(jīng)過(guò)若干輪迭代后，得到了最終拱肋線(xiàn)形、應(yīng)力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的一組拱肋吊裝方案。通過(guò)此法建模計(jì)算得出拱肋階段吊裝過(guò)程控制點(diǎn)的標(biāo)高值和扣索力值用于指導(dǎo)施工,吊裝過(guò)程中的錨索控制力值則通過(guò)扣索控制力值按每組扣錨索水平方向受力平衡的方法算出。

（2）拱肋節(jié)段吊裝

北深溝大橋拱肋節(jié)段較重，吊裝時(shí)采用兩端兜底的方式吊裝，這不僅可以避免因焊接吊耳而在吊耳處產(chǎn)生的應(yīng)力集中，也可加快施工進(jìn)度。起吊前，先將拱肋“翻身”(即拱肋上下弦桿處在同一鉛垂面上)，緩慢提升，再橫移至對(duì)接位置進(jìn)行對(duì)接，擰上外法蘭連接高強(qiáng)螺栓（但不擰緊），裝上扣錨索和側(cè)向攬風(fēng)，此時(shí)，扣錨索均先不進(jìn)行張拉。緩慢的松開(kāi)節(jié)段后端的吊鉤，使吊裝節(jié)段的部分重力通過(guò)高強(qiáng)螺栓傳至已架設(shè)的拱肋（對(duì)第1節(jié)段則傳至臨時(shí)鉸），完成吊裝階段第一次受力轉(zhuǎn)換。當(dāng)節(jié)段后端吊鉤完全松開(kāi)后，開(kāi)始初測(cè)節(jié)段前端控制點(diǎn)坐標(biāo)及標(biāo)高，如控制點(diǎn)坐標(biāo)偏差超過(guò)允許值，先用側(cè)向攬風(fēng)調(diào)整至偏差允許范圍之內(nèi)，再在節(jié)段后端外法蘭連接處插打鋼墊板，使拱肋節(jié)段控制點(diǎn)坐標(biāo)符合設(shè)計(jì)值。此時(shí)，節(jié)段前端控制點(diǎn)標(biāo)高比設(shè)計(jì)值高約10～20cm。

北深溝大橋扣錨索均采用φ15.24鋼絞線(xiàn)，每根扣錨索均要求分級(jí)對(duì)稱(chēng)張拉，不平衡水平力控制在20噸以?xún)?nèi)，施工時(shí)每次均要求先張拉錨索，再?gòu)埨鬯髋c其平衡，循環(huán)此過(guò)程直至張拉扣錨索到設(shè)計(jì)要求，禁止交替上升張拉。

因每根扣錨索均由若干根鋼絞線(xiàn)組成，張拉前應(yīng)先將鋼絞線(xiàn)收齊，使每根鋼絞線(xiàn)受力大小相同，垂度一致，再用150t千斤頂進(jìn)行整索張拉，使扣錨索鋼絞線(xiàn)受力均勻。張拉扣錨索時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按上述要求進(jìn)行分級(jí)張拉，每張拉一級(jí)，吊裝節(jié)段前端吊鉤即進(jìn)行一次緩慢點(diǎn)松，測(cè)量人員觀測(cè)前端控制點(diǎn)標(biāo)高，如此反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，直至節(jié)段前端吊鉤完全不受力，此時(shí)，節(jié)段前端標(biāo)高略低于設(shè)計(jì)值，完成吊裝節(jié)段的第二次受力轉(zhuǎn)換。緊接著通過(guò)扣錨索調(diào)整節(jié)段前端標(biāo)高到設(shè)計(jì)值即完成本節(jié)段的吊裝。之后請(qǐng)監(jiān)控單位對(duì)扣錨索及纜索吊機(jī)塔架等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，確保結(jié)構(gòu)體系的安全與穩(wěn)定?？紤]溫度對(duì)拱肋線(xiàn)形的影響，拱肋節(jié)段吊裝完成時(shí)間應(yīng)盡量處于一天中的相同時(shí)刻,這樣拱肋的線(xiàn)形將比較平順，與設(shè)計(jì)線(xiàn)形比較相符。北深溝大橋拱肋節(jié)段的吊裝完成時(shí)間均在19：00左右，從 19：00到拱肋合攏時(shí)間（凌晨 0：00）段內(nèi)，拱肋溫度變化較小，有利于合攏段的控制。

對(duì)于第1節(jié)段，吊裝就位后，因其下口通過(guò)銷(xiāo)軸與拱座臨時(shí)鉸進(jìn)行連接，故只需將其頂口控制點(diǎn)標(biāo)高調(diào)至設(shè)計(jì)值即可。而對(duì)于第2、3、4、5、6節(jié)段，除了將其頂口控制點(diǎn)標(biāo)高調(diào)至設(shè)計(jì)值，還應(yīng)注意測(cè)量已架設(shè)節(jié)段個(gè)控制點(diǎn)的標(biāo)高并將其與各安裝階段的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，以復(fù)核各控制點(diǎn)標(biāo)高。

（3）拱肋合攏

北深溝大橋拱肋自重較大，跨中合攏前，懸臂段較長(zhǎng)，為確保施工穩(wěn)妥安全，先進(jìn)行拱腳合攏，焊接拱腳接頭套管，完成拱腳體系轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行跨中合攏段的合攏。本橋合攏段重60.3噸，長(zhǎng)22.549米；陽(yáng)城岸端設(shè)計(jì)為外法蘭構(gòu)造，翼城岸端為合攏裝置，合攏裝置主要由楔體（2塊）、鋼楔子、緊固螺栓、加勁板和墊板等組成，合攏裝置如圖3、4所示：

圖3

圖4

本橋采用先對(duì)接外法蘭、再對(duì)接合攏裝置方式實(shí)現(xiàn)合攏。按設(shè)計(jì)要求，拱肋合攏應(yīng)在一天之內(nèi)的較低氣溫下進(jìn)行。根據(jù)本地氣溫監(jiān)測(cè)，凌晨0：00左右為較佳合攏時(shí)間。合攏段合攏時(shí)，先將準(zhǔn)備好的鋼楔子同時(shí)對(duì)好位，采用重鐵錘敲打鋼楔子，并用扳手?jǐn)Q緊緊固螺栓，實(shí)現(xiàn)合攏，使拱肋結(jié)構(gòu)體系由單鉸拱轉(zhuǎn)換為無(wú)鉸拱，再及時(shí)焊接搭接套管，完成拱肋合攏。合攏期間，應(yīng)做好合攏前、楔形槽焊接時(shí)、合攏后（第二天早6點(diǎn)）及松鉤后拱肋線(xiàn)形和軸線(xiàn)偏位的測(cè)量工作，便于指導(dǎo)下一步施工。

結(jié)論

北深溝大橋拱肋于2009年10月21日實(shí)現(xiàn)合攏。根據(jù)監(jiān)控單位武漢理工大學(xué)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，北深溝大橋合攏后各控制點(diǎn)標(biāo)高最大偏差值為69mm<87mm，最大軸線(xiàn)偏位為19mm<43mm（依據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范《JTJ041-2000》的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，拱圈高程允許偏差：±L/3000=87mm，軸線(xiàn)偏位允許偏差：±L/6000=43mm，L=260m），表明本橋所采用的吊裝技術(shù)安全可靠，能夠確保拱肋架設(shè)的安全和質(zhì)量，對(duì)今后同類(lèi)橋型的施工具有一定的參考價(jià)值。

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋.北京:人民交通出版社,2007.

[2]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工.北京:人民交通出版社,1999.