張宏博，王祥國，袁本哲，崔 健，張子正

（中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司路橋公司，山東 青島 266000）

0 引言

隨著現(xiàn)代路橋工程快速發(fā)展，大跨度簡(jiǎn)支拱橋結(jié)構(gòu)日益增多。一方面簡(jiǎn)支拱橋?qū)儆趬簭澖Y(jié)構(gòu)，具有抗壓承載力高、柔韌性及動(dòng)力穩(wěn)定性好、工期短等優(yōu)點(diǎn)[1]；另一方面大跨度簡(jiǎn)支拱橋的拱肋截面往往是空間變截面鋼管混凝土組合體系，混凝土拱橋結(jié)構(gòu)比較笨重。因此，這些因素對(duì)簡(jiǎn)支拱橋支架體系的設(shè)計(jì)與施工要求很高，所以大跨度簡(jiǎn)支拱橋的設(shè)計(jì)與施工成為行業(yè)研究的主要課題。根據(jù)已有文獻(xiàn)資料研究發(fā)現(xiàn)，大跨度簡(jiǎn)支拱橋在支架體系施工過程中存在桿搭設(shè)不成直線、立柱垂直度有偏差等質(zhì)量通病[2-3]。據(jù)此，本文結(jié)合某144m簡(jiǎn)支拱橋工程案例，提出大跨度簡(jiǎn)支拱橋及支架設(shè)計(jì)方案，并通過進(jìn)一步深入研究，提出施工工藝關(guān)鍵控制點(diǎn)與加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)措施。通過施工驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)方法及施工工藝切實(shí)可行。

1 工程概況

濰坊至萊西高速鐵路（簡(jiǎn)稱濰萊高鐵）是山東省內(nèi)“三橫”快速鐵路網(wǎng)的“中部通道”。其中跨海青鐵路特大橋全長(zhǎng)2 856.48m，該橋線路與榮濰高速公路夾角149.42°，以鋼管混凝土簡(jiǎn)支拱結(jié)構(gòu)形式跨越。簡(jiǎn)支拱橋梁全長(zhǎng)144m，是濰萊鐵路全線控制性工程之一。144m簡(jiǎn)支拱橋BIM建模效果如圖1所示。

圖1 144m簡(jiǎn)支拱橋BIM效果

2 大跨度簡(jiǎn)支拱橋及其支架體系設(shè)計(jì)方案

2.1 簡(jiǎn)支拱橋設(shè)計(jì)方案

簡(jiǎn)支拱采用先梁后拱法施工，計(jì)算跨度144m，拱肋矢跨比1∶5，拱肋立面投影矢高28.52m，拱肋采用二次拋物線線形，鋼結(jié)構(gòu)采用Q345qE鋼材。全橋共32對(duì)吊桿，采用尼爾森吊桿體系。拱肋截面采用空間變截面啞鈴形鋼管混凝土組合體系，拱管內(nèi)灌注C55補(bǔ)償性收縮混凝土。144m簡(jiǎn)支拱立面如圖2所示。

圖2 144m簡(jiǎn)支拱橋立面

2.2 支架設(shè)計(jì)方案

144m簡(jiǎn)支拱橋系梁施工采用梁柱式支架施工方案，鋼管立柱高度不同，其中跨高速公路段支架高度最高8m，高速公路外側(cè)支架高度最高12.5m。簡(jiǎn)支拱支架基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)與施工要求，全橋共布置14排鋼管立柱，其中1號(hào)和14號(hào)立柱位于327號(hào)和328號(hào)承臺(tái)基礎(chǔ)上。

立柱均采用 529mm×10mm螺旋焊管，鋼管柱頂端安裝砂筒。主橫梁采用雙拼I56a，緊貼立柱中心線布置；橫梁上設(shè)置縱梁（貝雷片），橋位處跨榮濰高速公路范圍內(nèi)垂直布置116組貝雷片，在高速公路外側(cè)順橋向布設(shè)貝雷片，同跨越高速公路處的貝雷片采用異形貝雷片過渡；縱梁之上設(shè)置I12分配梁，分配梁上設(shè)置100mm×100mm木方。支架材料除貝雷片采用16Mn鋼材外，其余材料均為Q235鋼材。橫向立柱之間設(shè)置剪刀撐及橫撐，采用∟75×75焊接安裝，剪刀撐高3m，寬距按照立柱間距執(zhí)行。144m簡(jiǎn)支拱支架施工圖及貝雷梁部分平面布置如圖3，4所示。

圖3 144m簡(jiǎn)支拱橋支架施工圖

3 大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架體系施工工藝

3.1 鋼管立柱條形基礎(chǔ)施工

1）鋼立柱基礎(chǔ)布置 簡(jiǎn)支拱橋支架基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)及施工方案要求，全橋范圍內(nèi)共需布置14排鋼立柱。在承臺(tái)施工時(shí)預(yù)埋700mm×700mm×16mm鋼板，其余2～13號(hào)鋼立柱基礎(chǔ)位于“換填級(jí)配碎石+C30鋼筋”混凝土條形基礎(chǔ)上。

圖4 貝雷片部分平面布置

圖5 砂筒構(gòu)造

2）條形基礎(chǔ)混凝土澆筑工藝 條形基礎(chǔ)均采用C30混凝土，為防止基礎(chǔ)滑動(dòng)及污染路面，澆筑高速公路上的條形基礎(chǔ)前，先在路面上鋪設(shè)1層塑料薄膜，然后鋪設(shè)1層油毛氈；條形基礎(chǔ)內(nèi)部安放 20鋼筋骨架，間距200mm；箍筋采用 12鋼筋，間距200mm，在條形基礎(chǔ)頂面螺旋管位置處預(yù)埋700mm×700mm×20mm鋼板。

3.2 鋼立柱安裝

鋼立柱采用 529mm×10mm螺旋焊管，材質(zhì)為Q235。鋼管頂端用厚20mm、邊長(zhǎng)600mm的正方形鋼板焊接封口，底部與預(yù)埋定位鋼板滿焊焊接。橫向立柱之間設(shè)置剪刀撐及橫撐，采用∟75×75焊接安裝，剪刀撐高3m，寬距等于立柱間距，豎向兩支撐間步距3m。管節(jié)高度根據(jù)實(shí)測(cè)標(biāo)高下料，管節(jié)安裝以人工配合25t起重機(jī)安裝。

3.3 砂筒安裝

鋼管柱頂端安裝砂筒，用于施工完畢后支架拆除。砂筒內(nèi)裝標(biāo)準(zhǔn)砂，便于砂筒拆除時(shí)砂能夠順利流出。砂筒構(gòu)造如圖5所示。

3.4 主橫梁安裝

主橫梁采用雙拼I56a，材質(zhì)為Q235，緊貼立柱中心線布置。長(zhǎng)度需接長(zhǎng)時(shí)，用20mm厚鋼板全斷面幫條工藝焊接，焊口搭接長(zhǎng)度10mm，2根工字鋼接頭要錯(cuò)開，放在不同立柱上，接頭不能懸空。

3.5 貝雷片安裝

對(duì)橋位處跨榮濰高速公路范圍內(nèi)垂直布置116組貝雷片，每幅道路58組。在高速公路外側(cè)順橋向布設(shè)貝雷片，同跨越高速公路處的貝雷片采用異形貝雷片過渡。

貝雷片在吊裝位置附近拼裝成整體后，由起重機(jī)吊裝至臨時(shí)支墩設(shè)計(jì)位置，片與片之間增加橫連槽鋼與U形螺栓連成整體。貝雷片頂部橫橋向平鋪I12，間距600mm。

3.6 支架預(yù)壓

支架預(yù)壓方法為:先半幅通車另半幅封閉加載預(yù)壓，這部分卸載后再預(yù)壓另外半幅，先前預(yù)壓的半幅車道通車。預(yù)壓時(shí)避免平均分布?jí)褐?，按梁的重量分布情況布載，其預(yù)壓重量不小于梁體混凝土+拱肋支撐架+拱肋重量的1.1倍。預(yù)壓塊用兩側(cè)塔式起重機(jī)提升，預(yù)壓加載過程中采取有效措施，確保加載物穩(wěn)定不滑脫。

加卸載順序:按荷載總重的0→60%→80%→100%→110%→100%→80%→60%→0進(jìn)行加載及卸載。

3.7 支架卸落

系梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢且吊桿張拉完成后進(jìn)行支架拆除工作。支架的拆除工作采用人工配合起重機(jī)進(jìn)行，由上至下逐層拆除。拆除前對(duì)“支墩梁”支架先卸落砂箱，對(duì)“滿堂型”支架先卸落頂托。對(duì)于每跨貝雷片應(yīng)自最外側(cè)片依次橫向拖至系梁翼緣外，由起重機(jī)吊出，如果貝雷片底有防護(hù)板應(yīng)先拆除。其他拆除程序是支架安裝的逆過程，拆除過程中需封閉部分道路，其封閉方式與支架安裝時(shí)相同。

4 施工關(guān)鍵控制點(diǎn)與加強(qiáng)施工質(zhì)量技術(shù)措施

4.1 施工關(guān)鍵控制點(diǎn)

分析大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架施工工藝，針對(duì)支架體系施工過程中的質(zhì)量通病，提出以下施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)[4-5]:[1]檢查立柱間距軸線是否合格；[2]檢查立柱垂直度是否合格；[3]檢查剪刀撐高度及豎向支撐布局是否合理；[4]檢查主橫梁是否緊貼立柱中心線；[5]檢查貝雷片步距是否合格；[6]檢查木方布局是否合格。大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架施工關(guān)鍵控制點(diǎn)如圖6所示。

圖6 大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架施工關(guān)鍵控制點(diǎn)

圖7 鋼管立柱底部連接構(gòu)造

圖8 鋼管立柱頂部連接構(gòu)造

4.2 加強(qiáng)施工質(zhì)量技術(shù)措施

1）對(duì)使用的鋼管立柱、主橫梁、貝雷片、分配梁、木方等材料，選樣進(jìn)行破壞性力學(xué)試驗(yàn)。

2）分析大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架體系設(shè)計(jì)，支架兩端支撐系統(tǒng)受水平荷載影響較大，靠近水平力作用處一端立桿將承受豎向上拔的傾斜力；另一端靠邊立桿承受豎向最大附加軸力，有首先被壓壞的危險(xiǎn)。因此，支撐體系中應(yīng)加強(qiáng)豎向和橫向剪刀撐，以提高支撐體系剛度和整體穩(wěn)定性[6]。

3）鋼管頂部周圍8個(gè)方向焊接20mm厚小塊鋼板作為加強(qiáng)肋板。鋼管底部除了與鋼板焊接外還要用鋼筋進(jìn)行綁焊，焊接長(zhǎng)度不小于150mm，確保施工質(zhì)量，提高構(gòu)件剛度。鋼管立柱底部連接構(gòu)造如圖7所示。

4）砂筒與主橫梁雙拼工字鋼之間用∟50×6限位。鋼管立柱頂連接構(gòu)造如圖8所示。

5 施工驗(yàn)證

5.1 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

在施工中對(duì)大跨度簡(jiǎn)支拱橋支撐架體系進(jìn)行沉降位移監(jiān)測(cè)[7]。每5m布置1個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中邊腹板設(shè)置2個(gè)，中腹板設(shè)置2個(gè)，頂?shù)装逶O(shè)置2個(gè)。采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)與測(cè)量，測(cè)定各測(cè)點(diǎn)加載前標(biāo)高值1，加載后標(biāo)高值 2，卸載后標(biāo)高值 3。同一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)前后2次沉降差小于1mm、日總沉降量小于2mm時(shí)（沉降報(bào)警值設(shè)置為10mm），支架已沉降到位，可進(jìn)行分級(jí)卸載。加載至最大重量后，第1天按每2h觀測(cè)1次，之后按每6h觀測(cè)1次。經(jīng)監(jiān)測(cè)，支撐架體系的沉降和位移均滿足規(guī)范要求。

5.2 施工驗(yàn)證

按本文提出的設(shè)計(jì)與施工方案，在整個(gè)施工過程中，定時(shí)觀測(cè)支架各節(jié)點(diǎn)沒有偏移[8]、桿件未被壓彎或變形、木方?jīng)]有被壓裂等現(xiàn)象；模板搭接嚴(yán)密平順，未出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)混凝土板未發(fā)生裂紋、蜂窩麻面、脹模等質(zhì)量問題。模板上的預(yù)留孔位置準(zhǔn)確，位置偏差為±12mm，均符合規(guī)范要求。由于施工質(zhì)量控制良好，有效縮短了建設(shè)工期。經(jīng)過建設(shè)、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位工程驗(yàn)收，按本文提出的大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工的支撐架體系施工質(zhì)量符合TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。

6 結(jié)語

1）在支架設(shè)計(jì)中，結(jié)合TB10110—2011《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》，綜合考慮荷載產(chǎn)生的水平力、水平荷載對(duì)兩端部支撐系統(tǒng)的作用，對(duì)大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架體系進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，提出大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架施工方案，并深化大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架體系施工工藝。

2）在研究大跨度簡(jiǎn)支拱橋支架體系設(shè)計(jì)及施工方案的基礎(chǔ)上，提出大跨度簡(jiǎn)支拱橋支撐體系施工關(guān)鍵控制點(diǎn)及加強(qiáng)施工質(zhì)量技術(shù)措施。最終通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與施工驗(yàn)證，證明該拱橋支架沉降量、垂直度等均符合規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)方法及施工工藝切實(shí)可行，并有效縮短建設(shè)工期。