■ 謝建民 楊秉輝

0 引言

大跨度連續(xù)梁拱橋鋼管拱肋的施工方法較多，常用的有原位支架法、矮支架拼裝豎轉(zhuǎn)就位法、異橋位拼裝頂拉就位法。鄭萬(wàn)鐵路河南段趙河鎮(zhèn)跨南水北調(diào)干渠特大橋工程原設(shè)計(jì)施工方案為矮支架拼裝豎轉(zhuǎn)就位法，但因?yàn)樯峡缒纤闭{(diào)干渠的環(huán)保問題及手續(xù)批復(fù)、工期等原因，施工方案變更為異橋位拼裝頂拉就位法（見圖1）。

該方案拱肋高空吊裝作業(yè)需要大型吊裝設(shè)備，在連續(xù)梁附近簡(jiǎn)支梁橋面上進(jìn)行拱肋拼裝，拱肋吊裝的費(fèi)用較高。拱部頂拉施工技術(shù)難度較大，但可快速展開施工，可以和連續(xù)梁施工平行作業(yè)。實(shí)踐證明該方案可有效節(jié)約工期2個(gè)月，優(yōu)越性顯著。

圖1 異橋位拼裝頂拉就位法示意圖

1 工程概況

鄭萬(wàn)鐵路河南段趙河鎮(zhèn)跨南水北調(diào)干渠特大橋主橋采用（74+160+74）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-鋼管混凝土拱組合結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)309．6 m。主墩北岸為430#，南岸為431#。主梁采用單箱雙室變高度箱形截面，跨中至邊支點(diǎn)處最低點(diǎn)梁高4．0 m，中支點(diǎn)處梁高8．5 m，梁底按圓曲線變化。

主梁共分69個(gè)節(jié)段，邊孔梁段編號(hào)為K1'—K15'、K19'，中孔梁段編號(hào)為K1—K18，梁拱結(jié)合部0號(hào)段長(zhǎng)為17．0 m，K18號(hào)中孔合龍段長(zhǎng)3．0 m，K19'號(hào)邊孔直線段長(zhǎng)5．3 m。

拱肋采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，計(jì)算跨徑160 m，設(shè)計(jì)矢高32 m，矢跨比為1/5，拱軸線采用二次拋物線。拱肋采用啞鈴形截面，截面高度3 m，拱肋弦管直徑1 m，拱肋壁厚16 mm。

2 異橋位拼裝頂拉就位施工工藝

2.1 拱肋加工[1]

構(gòu)件加工前，采用Revit 2016建立拱肋三維模型，直觀反映各構(gòu)件的連接情況；采用Navisworks 2016進(jìn)行碰撞檢查，核對(duì)構(gòu)件及構(gòu)件間相互連接的幾何尺寸和連接是否存在不當(dāng)現(xiàn)象。經(jīng)過模型核對(duì)，檢查出發(fā)生碰撞3處，優(yōu)化2處，同時(shí)對(duì)圖紙工程量進(jìn)行了修訂。

施工以單元件制作為基礎(chǔ)：鋼拱劃分為鋼管筒節(jié)、拱肋分段、橫撐單元、拱腳單元及下錨箱單元等。

施工組織管理以各單元件為中間產(chǎn)品，進(jìn)行托盤管理，采用成組技術(shù)組織批量生產(chǎn)。按照定人員、定設(shè)備、定作業(yè)對(duì)象、定工藝方案、定場(chǎng)地的“五定原則”組織生產(chǎn)，形成單元件的物流網(wǎng)生產(chǎn)。

工程所有構(gòu)件全部采用計(jì)算機(jī)放樣，非次要構(gòu)件均采用數(shù)控編程下料，以保證構(gòu)件精度，為現(xiàn)場(chǎng)拼裝及安裝創(chuàng)造條件。放樣前，放樣人員必須熟悉施工圖和工藝要求，如發(fā)現(xiàn)施工圖有遺漏或錯(cuò)誤，以及其他原因需要變更施工圖時(shí)，必須取得原設(shè)計(jì)單位簽具的設(shè)計(jì)變更文件，不得擅自修改。放樣工作完成后，對(duì)放大樣和樣桿、樣板（或下料圖）進(jìn)行自檢，無(wú)誤后報(bào)專職檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)。

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)要求，構(gòu)件切割應(yīng)首先采用數(shù)控、等離子、自動(dòng)或半自動(dòng)氣割，以保證切割精度。鋼管采用數(shù)控相貫線切割機(jī)下料，以保證相貫線幾何尺寸的精度。管口的光潔度為確保焊接質(zhì)量打下有力基礎(chǔ)。2 m節(jié)段拱肋及長(zhǎng)節(jié)段拱肋制造示意分別見圖2和圖3。

2.2 拱節(jié)現(xiàn)場(chǎng)拼焊

拱肋運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，進(jìn)行精確放樣抄平。在專門制作的馬凳上，將運(yùn)輸節(jié)段拼裝焊成吊裝節(jié)段。

2.3 場(chǎng)地布置

鄭萬(wàn)鐵路河南段趙河鎮(zhèn)跨南水北調(diào)干渠特大橋位于直線上，平坡，較適合采用頂拉就位方案?，F(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置見圖4。鋼管拱節(jié)段進(jìn)場(chǎng)到位后，根據(jù)安裝對(duì)接位置，在433#—438#墩簡(jiǎn)支梁范圍內(nèi)（（74+160+74）m連續(xù)梁大里程側(cè)）設(shè)置鋼管拱安裝支架，在支架上安裝拱肋，采用2臺(tái)130 t輪胎式吊車在橋面上吊裝。

圖2 2 m節(jié)段拱肋制造示意圖

圖3 長(zhǎng)節(jié)段拱肋制造示意圖

2.4 拼拱支架和支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在簡(jiǎn)支梁側(cè)采用Φ920 mm（壁厚10 mm）螺旋鋼管搭設(shè)拼拱支架，每側(cè)拱肋下方共布置4組，每組支架之間縱橫向采用花架支撐連接成整體。搭設(shè)拼拱支架的同時(shí)，在梁面鋪設(shè)2組4條軌道，安裝頂拉輪箱組貝雷梁及臨時(shí)拱座。拼拱支架需經(jīng)過驗(yàn)收方可進(jìn)入下道工序。

支架基礎(chǔ)根據(jù)每根鋼管立柱的豎向荷載和地基承載力進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。地基承載力按150 kPa考慮，支架基礎(chǔ)3、4、5、6長(zhǎng)寬高為3．50 m×3．50 m×0．75 m，支架基礎(chǔ)1、2、7、8長(zhǎng)寬高為1．6 m×1．6 m×0．8 m，均配置雙向鋼筋網(wǎng)片，C30混凝土頂面設(shè)置預(yù)埋鋼板。支架基礎(chǔ)同時(shí)考慮了雨季排水，以避免不均勻沉降[2]。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置

2.5 臨時(shí)拱座設(shè)計(jì)

臨時(shí)拱座和鋼管拱間連接采用抱箍與鋼管拱焊接。承重抱箍和錨箱間采用精軋螺紋鋼連接，錨箱和橫向配梁（貝雷梁）間采用高強(qiáng)螺栓連接。臨時(shí)拱座三維模型及現(xiàn)場(chǎng)見圖5和圖6。

2.6 吊車上橋方式

工程采用130 t吊車在簡(jiǎn)支梁梁面上吊裝拱肋。130 t吊車自質(zhì)量100 t（含配重），大臂按40 t考慮，起吊荷載按照20 t計(jì)算。最不利支腿荷載=（100-40）/4+40/2+20/2=45 t，粗略計(jì)算接近于頂拉行走時(shí)的輪壓46 t。計(jì)算輪壓時(shí)，輪壓荷載在簡(jiǎn)支梁上的分布寬度為1．4 m。所以，為確保安全，在吊車支腿下方設(shè)置縱橋向長(zhǎng)2．0 m、寬0．5 m的墊腳板。墊腳板用14號(hào)工字鋼滿焊組拼。

圖5 臨時(shí)拱座三維模型

圖6 臨時(shí)拱座現(xiàn)場(chǎng)

2.7 頂拉過梁驗(yàn)算

利用MIDAS軟件建立有限元模型，對(duì)頂拉過梁進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)果顯示，連續(xù)梁主梁縱向受力性能：考慮主梁自質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力、混凝土徐變、頂拉拱架荷載、基礎(chǔ)不均勻沉降和溫度荷載作用下，主梁正截面抗彎承載力、正截面抗裂性能及斜截面抗裂性能均滿足規(guī)范要求，主梁混凝土最大壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。主梁橫向受力性能：在考慮主梁自質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力、混凝土徐變、頂拉拱架荷載、日照及寒潮荷載作用下，主梁正截面抗彎承載力、正截面拉應(yīng)力及斜截面主拉應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，主梁混凝土最大壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。連續(xù)梁計(jì)算模型見圖7。

簡(jiǎn)支梁主梁正截面抗彎承載力、正截面抗裂性能及斜截面抗裂性能均滿足規(guī)范要求，主梁混凝土最大壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。在頂拉拱架荷載作用下，翼緣板混凝土壓應(yīng)力滿足要求，受拉鋼筋拉應(yīng)力也小于HRB400的容許應(yīng)力，結(jié)構(gòu)抗彎承載力滿足規(guī)范要求。在頂拉拱架荷載作用下，翼緣板受拉區(qū)混凝土將開裂，裂縫寬度為0．12 mm，小于規(guī)范限值0．20 mm，翼緣板抗剪能力滿足規(guī)范要求。簡(jiǎn)支梁計(jì)算模型見圖8。

圖7 連續(xù)梁計(jì)算模型

圖8 簡(jiǎn)支梁計(jì)算模型

2.8 頂拉過拱座設(shè)計(jì)

在拱肋頂拉之前，澆筑部分拱腳?；炷磷罡?13 cm處，預(yù)埋拱腳露出混凝土面40 cm。在拱肋頂拉到位后，焊接嵌補(bǔ)段拱肋，然后二次澆筑拱腳。混凝土澆筑完畢，強(qiáng)度滿足要求后，張拉拱座部分的豎向精軋螺紋鋼。拱腳一、二次澆筑分界線處存在切斷鋼筋和精軋螺紋鋼的問題。接茬鋼筋的預(yù)留長(zhǎng)度按規(guī)范施工，精軋螺紋鋼切斷后用連接器連接。431#拱腳澆筑立面示意見圖9。

2.9 頂拉工藝

2.9.1 頂拉前的準(zhǔn)備

頂拉前，需要一邊拆除支架一邊對(duì)臨時(shí)拱腳施加拉力。裸拱產(chǎn)生水平分力，會(huì)產(chǎn)生位移，需要在臨時(shí)拱腳上施加一個(gè)拉力，抵抗水平分力。以單片拱肋為研究對(duì)象，建立鋼管拱模型，荷載施加重力包括拱肋及拱肋上附件、橫撐、縱向貝雷片，每個(gè)拱腳水平分力為1 685 kN，即需要至少1 685 kN的水平拉力才能保證拱腳在理想位置，確保拱腳位移不大于20 mm。在砂筒降低、托盤完全脫離拱肋后拆除支架，轉(zhuǎn)變?yōu)楣澳_受力的裸拱體系。施工中存在多次體系轉(zhuǎn)換，拱肋受力會(huì)發(fā)生多次變化。根據(jù)支架拆除順序，本結(jié)構(gòu)分為4級(jí)張拉?，F(xiàn)場(chǎng)采用4束鋼絞線，每束含8根Φ15．24 mm鋼絞線，每根張拉力為105 kN，有足夠的安全儲(chǔ)備。操作中發(fā)現(xiàn)，第3級(jí)張拉時(shí)，拱腳一端縮小20 mm，另一端未動(dòng)。在支架落架以后，拱腳又恢復(fù)到原來位置，印證了計(jì)算的正確性。

2.9.2 頂拉作業(yè)

2臺(tái)頂推千斤頂安裝在拱腳的前支點(diǎn)，在走行軌道上安裝夾軌器，由2個(gè)操作人員分別操作2臺(tái)夾軌器。同步控制系統(tǒng)操作人員經(jīng)過廠家培訓(xùn)合格后上崗，需要4個(gè)技術(shù)人員監(jiān)測(cè)4個(gè)拱腳的行進(jìn)速度。項(xiàng)目經(jīng)理或總工程師擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)頂拉總指揮，負(fù)責(zé)綜合控制。所有監(jiān)測(cè)人員遇到問題馬上匯報(bào)并暫停頂拉，處理后方可繼續(xù)。

圖9 431拱腳澆筑立面示意圖

頂拉作業(yè)時(shí)，全體人員在總指揮的協(xié)調(diào)下密切配合，技術(shù)人員根據(jù)提前在軌道上標(biāo)注的標(biāo)記檢驗(yàn)鋼管拱的4個(gè)拱腳速度（在鋼軌上畫刻度線，間隔0．5 m，油缸上也要做好刻度標(biāo)記）。當(dāng)出現(xiàn)兩側(cè)輪箱行進(jìn)不一致時(shí)，立即停止頂拉，檢查存在的問題。并利用千斤頂將慢的一側(cè)頂拉相應(yīng)距離，保持兩側(cè)拱肋行進(jìn)速度一致。

在確保拱腳同步的前提下，前支點(diǎn)的頂拉可以采取步履式進(jìn)行：一臺(tái)千斤頂前進(jìn)時(shí)，另一臺(tái)千斤頂做準(zhǔn)備工作（收頂），2臺(tái)千斤頂交錯(cuò)工作。達(dá)到連續(xù)前進(jìn)的工作狀態(tài)時(shí)，每小時(shí)可以頂拉40 m左右。頂拉就位見圖10。

2.10 頂拉合龍精度控制

在鋼管拱異位拼裝過程中，在鋼管拱腳、1/4處吊桿孔以及拱頂矢高等特征點(diǎn)處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控體系轉(zhuǎn)換前后鋼管拱的變形情況。鋼管拱在縱向頂拉就位后，由技術(shù)人員測(cè)量拱肋軸線、拱肋端部的高程是否存在偏差，根據(jù)測(cè)量的數(shù)值在Revit中建立拱肋三維模型（見圖11），在模型中可以直觀地觀察偏差的方向和數(shù)據(jù)，為嵌補(bǔ)段的加工生產(chǎn)提供精確依據(jù)。同時(shí)，也能指導(dǎo)合龍段精調(diào)。精調(diào)是在軌道上作出調(diào)整，將最后一段12．5 m的鋼軌揭起。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，調(diào)整鋼軌下方支墊的薄鋼板厚度，重新調(diào)整鋼軌高程及橫向位置，再將拱肋頂拉至設(shè)計(jì)位置。

經(jīng)過精調(diào)后，合龍位置的偏差見表1，其中偏差允許值依據(jù)GB 50923—2013《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范》。

圖10 頂拉就位

圖11 Revit中建立的拱肋三維模型

表1 合龍位置的偏差 mm

2.11 拱肋線形監(jiān)控

工程中涉及支架拼裝、焊接、鋼絞線張拉、支架拆除、頂拉、位置調(diào)整等多道關(guān)鍵工序，存在多次體系轉(zhuǎn)換，拱肋受力會(huì)發(fā)生多次變化。因此需要對(duì)每一施工階段進(jìn)行詳細(xì)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)拱肋應(yīng)力加以控制。

通過對(duì)拱肋主要截面的應(yīng)力監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解拉動(dòng)時(shí)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，使其在允許范圍內(nèi)變化，避免發(fā)生工程事故。掌握橋梁施工過程中自質(zhì)量、溫度以及由于安裝誤差和其他不定因素產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，得出成橋狀態(tài)的實(shí)際受力狀態(tài)，評(píng)定結(jié)構(gòu)受力的安全性。

3 施工注意事項(xiàng)

施工中，必須保證支架有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。該施工方案進(jìn)行了拼拱支架的計(jì)算及拱肋頂拉時(shí)的動(dòng)力特性計(jì)算，以及拱肋通過24．6 m簡(jiǎn)支梁和32．6 m簡(jiǎn)支梁時(shí)的安全計(jì)算，并對(duì)拱肋頂拉時(shí)的安全性進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果均滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過實(shí)際工程對(duì)比，采用異橋位拼裝頂拉就位法和矮支架拼裝豎轉(zhuǎn)就位法費(fèi)用相當(dāng)。但采用異橋位拼裝頂拉就位法的方案可以和連續(xù)梁平行施工，可有效節(jié)約工期約2個(gè)月。特別是在南水北調(diào)主干渠上施工，對(duì)環(huán)保要求較高，更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，利用BIM技術(shù)可以更好地保證合龍精度。