張永生

（中鐵十五局集團有限公司 上海 200070）

1 引言

連續(xù)梁拱橋兼具連續(xù)梁橋和拱橋的特點，充分發(fā)揮了梁橋受拉和拱橋受壓的結構特性，其具有結構受力好、跨越能力強、建筑高度低、造型美觀等特點，在高速鐵路橋梁建設中已得到越來越多的應用。連續(xù)梁拱橋拱部結構一般采用豎向轉體法［1-2］和原位支架法［3-4］施工，也有采用異位拼裝頂推就位法的實例［5-8］，要結合項目實際擇優(yōu)選定。

2 工程概況

徐鹽鐵路位于江蘇省北部地區(qū)，連接徐州、宿遷、淮安和鹽城四地市。線路設計等級為高速鐵路標準，正線數(shù)目采用雙線，軌道類型為有砟軌道，設計時速為250 km?？缧焐澈樱?00＋200＋100）m連續(xù)梁拱為全線的控制性工程。該橋梁部為單箱雙室、變截面預應力混凝土結構，拱座處梁體寬17.2 m，主墩支座處梁高12.0 m，采用掛籃懸臂澆筑施工。拱部采用鋼管混凝土結構，設計失高40.0 m。拱肋采用啞鈴形結構，鋼管直徑1.2 m，管內灌注C50自密實混凝土。全橋共設20組吊桿，本橋采用雙吊桿形式，順橋向間距9.0 m，吊桿采用PES（FD）7-61型低應力防腐拉索，配套使用冷鑄鐓頭錨。

3 拱部施工方案比選

根據(jù)項目實際情況，結合類似橋梁施工經(jīng)驗，以及本單位施工技術裝備能力，在確定拱部安裝方案時，對豎向轉體法（施工圖方案）、原位支架法和異位拼裝頂推就位法進行了比選［9］。本橋能實施的異位拼裝頂推就位法是在相鄰已架設的簡支梁兩側施工臨時拼裝支架，在臨時支架上預先拼裝拱肋，連續(xù)梁施工完成后，再進行拱肋整體頂推就位的施工方法。該方法最大優(yōu)點是在連續(xù)梁施工期間可以同步拼裝鋼管拱。下面，將三種方案在工期、安全、質量和費用等方面進行對比，詳見表1。

表1_連續(xù)梁拱拱部施工方案比選

經(jīng)技術經(jīng)濟比選，選定方案二實施，安全質量可控，工期基本滿足要求，但需要進一步優(yōu)化，現(xiàn)場直接費用比方案一節(jié)約177.6萬元，比方案三節(jié)約192.5萬元。

4 拱肋拼裝方案（方案二）

鋼管拱單側拱肋在工廠分為17段（不含拱腳預埋段）完成加工，鋼管拱結構總重約990 t，分為34節(jié)拱肋，4節(jié)拱腳，10節(jié)橫撐及其他配件，拱肋最長節(jié)段為14.1 m，最大起吊重量27.5 t，橫撐不分節(jié)，每段橫撐長11.8 m，重約14.5 t。

方案二采用原位支架法施工，拱肋支架設計如圖1所示。左／右側拱肋節(jié)段從小里程至大里程的編號依次為 A1／X1、A2／X2…A9／X9（合龍段）…A17／X17，橫撐編號依次為 H1、H2…H10。在進行拱肋支架拼裝時，先完成支架拼裝，然后拼裝拱肋。拱肋拼裝采用1套拼裝設備從拱肋兩端交替完成支架拼裝后，然后再從拱肋兩端交替完成拱肋拼裝，從支架拼裝到拱肋拼裝完成理論工期為65 d，拼裝工序見圖2a。拱肋拼裝采用1臺100 t和1臺130 t吊車，支架拼裝采用1臺50 t吊車，支架和拱肋的倒運設備為2臺平板車。

圖1 拱肋支架設計

由于混凝土連續(xù)梁因高壓線遷改及其他因素影響，導致最后合龍工期滯后15 d，所以不得不對拱肋拼裝方案進行優(yōu)化。下面，對如何優(yōu)化拱肋拼裝方案進行研究，以加快拱肋拼裝施工進度。

5 拱肋拼裝方案優(yōu)化

5.1 施工組織優(yōu)化

方案二是采用1套拼裝設備先完成支架拼裝，然后從拱肋兩端交替向拱頂拼裝拱肋，直到完成拱肋拼裝。施工組織優(yōu)化思路為：把拱肋兩端交替流水施工優(yōu)化為拱肋兩端平行施工，把支架完成與拱肋拼裝的大流水施工優(yōu)化為支架單元完成與拱肋拼裝的小流水施工。支架如圖1共分8個單元（4個立柱和相關連接系為1個支架單元，從小里程起依次編號為D1、D2、D3…D8），擬優(yōu)化方案拱肋拼裝工序如圖2b所示。

圖2 拱肋支架拼裝工序對比

5.2 資源配置調整

拼裝設備由1套調整為2套，增加用于拱肋和支架拼裝的設備為1臺100 t吊車和1臺130 t吊車，取消支架拼裝50 t吊車1臺。增加施工人員及相關焊接設備等，具體資源調整如表2所示。

_表2_主要資源配置調整

5.3 受力檢算及工序優(yōu)化

擬優(yōu)化方案改變了拱肋支架拼裝工序，需要根據(jù)拱肋拼裝工序進行拱肋支架各種工況下的強度、剛度和穩(wěn)定性檢算。同時增加了連續(xù)梁跨中荷載，還需要對連續(xù)梁梁體結構進行檢算［10］。

5.3.1 拱肋支架受力檢算

擬優(yōu)化方案雖然采用了平行施工作業(yè)，但支架結構未進行改變，拼裝過程中拱肋支架受力情況變化不大。拱肋支架安裝檢算荷載主要考慮結構自重及風荷載。

用Midas-civil軟件根據(jù)工況建模檢算，經(jīng)檢算最大應力值和最大位移值出現(xiàn)在 A8／X8和 A10／X10安裝完成后，即拱肋合龍前的工況，最大應力37.8 MPa，最大位移21.8 mm，最大立柱反力出現(xiàn)在拱肋合龍后的先合龍拱肋側最靠近拱腳處立柱，反力值為439 kN，拱肋支架的強度、剛度和穩(wěn)定性均滿足要求。建模計算情況如圖3～圖6所示。

圖3 支架計算模型

圖4 最不利工況應力

圖5 最不利工況位移

圖6 完成拼裝后反力

5.3.2 連續(xù)梁結構受力檢算及工序優(yōu)化

由于增加了拼裝設備，從而加大了連續(xù)梁梁部施工荷載，對連續(xù)梁結構受力產生了一定影響，需要對梁體自身結構進行受力檢算。連續(xù)梁受力檢算是在原計算模型上，將梁部增加的荷載加載上去，然后對各工況進行受力檢算。計算考慮拱肋、支架、吊車荷載及吊裝沖擊荷載，采用西南交通大學橋梁電算軟件BSAS對梁部進行檢算，當檢算到擬優(yōu)化方案的“同步吊裝 A7／X7、A11／X11”工序時，梁體結構受力不能滿足要求。經(jīng)工序調整、受力檢算并結合現(xiàn)場情況，在完成“同步吊裝A6／X6、A10／X10”工序后采用1套拼裝設備（另1套拼裝設備吊下橋）施工，即接下來工序按照方案二實施。在調整拼裝工序后，經(jīng)工況受力計算，最不利工況出現(xiàn)在“同步吊裝 A6／X6、A10／X10”工序時，計算結果見表3。由計算可知，梁體最大應力出現(xiàn)在梁體1／4跨附近，最大壓應力為16.39 MPa。該拼裝工序下，支架受力及橋梁結構受力滿足要求。

_表3_梁體結構最不利工況受力計算結果 MPa

5.3.3 拱肋優(yōu)化方案

經(jīng)上述分析和計算可知，優(yōu)化方案為上節(jié)調整拼裝工序后的拼裝方案。

優(yōu)化方案從支架拼裝到拱肋拼裝完成理論工期為45 d，縮短施工工期20 d。優(yōu)化方案增加了施工資源配置，但又縮短了施工工期，經(jīng)綜合測算現(xiàn)場直接費用262.4萬元，增加成本68.7萬元，仍比方案一節(jié)約108.9萬元，比方案三節(jié)約123.8萬元。所以，確定拱肋優(yōu)化方案為實施方案。

6 拱肋拼裝方案實施

6.1 支架搭設施工

拱肋支架共設32根立柱，立柱采用φ1 000×10 mm的螺旋鋼管，鋼管質材為Q235B鋼，鋼管之間采用φ529×8 mm的鋼管作為水平連接系，φ406×6 mm作為斜向連接系。鋼管底采用δ＝12 mm的鋼板封底，封底鋼板下澆筑C30混凝土基礎，封底鋼板預埋件如圖7設置。為保證封底鋼板下的混凝土密實，在鋼板中間開設400 mm×400 mm的振搗孔。

圖7 立柱基礎設計（單位：mm）

D1、D2、D7、D8單元立柱由 1臺 100 t吊車吊裝，D3、D4、D5、D6單元立柱由 2臺 100 t（或 1臺100 t和1臺130 t吊車）吊裝，立柱下端均利用4個5 t千斤頂調節(jié)立柱的垂直度，垂直度滿足要求后與封底鋼板滿焊連接。連接系采用100 t吊車整體吊裝，鋼管立柱每兩根安裝到位后，立即安裝立柱間連接系固定。

6.2 拱肋拼裝施工

拱肋分段按照制作方案分為17節(jié)，拱肋最大吊裝重量為27.5 t，橫撐最大吊裝重量小于14.5 t，每段拱肋、橫撐需焊吊耳，安裝后割掉并打磨平整。拼裝時采用對稱拼裝，兩端最大允許一個節(jié)段不對稱安裝。

6.2.1 拱肋拼裝設備組合

A1／X1-A3／X3、A15／X15-A17／X17拱肋節(jié)段采用兩端同時吊裝，各利用1臺130 t吊車。A4／X4-A6／X6、A12／X12-A14／X14拱肋節(jié)段采用兩端同時吊裝，每端1臺130 t與1臺100 t吊車配合吊裝，即橋面共設置2臺100 t與2臺130 t吊車。A7／X7、A11／X11節(jié)段采用交替吊裝，利用1臺130 t與1臺100 t吊車配合，即橋面共設置1臺100 t與1臺130 t吊車。剩余節(jié)段采用1臺130 t吊車吊裝。

6.2.2 拱肋拼裝施工

拱肋拼裝按照實施方案工序進行，以下僅將拱肋吊裝步驟進行列述。

步驟一：采用2臺130 t吊車同時吊裝A1／X1和A17／X17拱肋，見圖8。

圖8 A1／X1、A17／X17同步拼裝

步驟二：采用2臺130 t吊車同時吊裝A2／X2和 A16／X16。

步驟三：采用2臺130 t吊車同時吊裝A3／X3和 A15／X15。

步驟四：分別采用一臺130 t吊車與一臺100 t吊車同時抬吊安裝A4／X4和A14／X14，低端為100 t吊車。

步驟五：分別采用一臺130 t吊車與一臺100 t吊車同時抬吊安裝A5／X5和A13／X13，低端為100 t吊車，見圖9。

圖9 A5／X5、A13／X13同步拼裝

步驟六：分別采用一臺130 t吊車與一臺100 t吊車同時抬吊安裝A6／X6和A12／X12，低端為100 t吊車，為梁體結構最不利受力工況。

步驟七：分別采用一臺130 t吊車與一臺100 t吊車抬吊安裝 A7／X7和 A11／X11，低端為 100 t汽車。

圖10 合龍段A9／X9現(xiàn)場拼裝照片

步驟八：采用一臺130 t吊車吊裝 A8／X8和 A10／X10。

步驟九：采用一臺130 t吊車吊裝合龍段A9／X9，見圖 10。

在步驟一至步驟四

期間采用2臺100 t吊車進行 D3、D4、D5、D6單元立柱節(jié)段的橋上組拼。

6.3 拱肋線形控制

每一節(jié)段實際拼裝都需要設置預抬值，計算預抬值主要考慮因素有［11］：（1）拱肋及橫撐荷載作用下的梁體變形；（2）支架鋼管拆除后，拱肋及橫撐在自重荷載下的拱肋變形；（3）鋼管拱混凝土澆筑完成時拱肋變形；（4）吊桿張拉變形。施工監(jiān)控單位根據(jù)現(xiàn)場提供資料，計算了每個拱肋節(jié)段連接節(jié)點處的施工拱軸線、拱肋上緣線和拱肋下緣線的三維坐標。

拱肋定位采用測設拱肋上邊緣線的方法來確定拱軸線，同時測定拱肋下弦管上緣進行復核。測設點位計算如圖11所示，在計算實測坐標點A′至曲線的豎直距離時可以用過理論里程點A的切線代替曲線來計算。點位到曲線的高差dH和到切線的高差dH′差別很小，計算誤差可控制在0.1 mm以內，可得到實際標高為設計標高±dH′。

圖11 測設點位計算

立柱頂端設置拱肋支點，支點標高與拱肋下弦管底部標高一致，在實際的放樣過程中，支點比下弦管底部設計標高略低3 cm以便進行拱肋的標高調整。拱肋安裝時設置豎向及橫向微調裝置進行精確對位，對位后應及時通過定位銷和臨時連接裝置進行連接，然后施焊定位。在拱肋拼裝過程中，每拼裝一節(jié)拱肋都會對前面拼裝的拱肋產生影響，因此每拼裝一節(jié)拱肋都應對前面架好的拱肋接口進行復測檢查，如發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾偏。

7 其他注意事項

（1）拱肋拼裝屬于危險性較大的分部分項工程，必須編制專項施工方案，并組織專家進行論證，實施方案必須按程序審批后嚴格執(zhí)行。

（2）拱肋構件加工要派員駐場監(jiān)造，并按照1∶1的比例進行廠內試拼裝，把好構件源頭質量關，出廠時應按規(guī)范［12］附齊資料。

（3）嚴格進行廠內焊接工藝試驗和現(xiàn)場焊接工藝試驗，按照審批后焊接工藝作業(yè)指導書進行施焊，并及時進行焊縫檢測。

（4）做好現(xiàn)場安全和技術交底工作，抓好過程安全質量控制和現(xiàn)場文明施工。

8 結束語

在連續(xù)梁拱拱部施工前，應根據(jù)項目實際情況經(jīng)技術經(jīng)濟比選確定拱部拼裝方案，并根據(jù)現(xiàn)場施工情況及時進行優(yōu)化，監(jiān)控現(xiàn)場執(zhí)行方案。該連續(xù)梁拱拱部2018年10月4日開始支架拼裝，2018

年11月11日完成拱肋拼裝，2018年11月23日完成拼縫焊接，歷時51 d（滿足工期要求）。經(jīng)現(xiàn)場檢查，拼裝線形、焊縫質量等滿足設計和規(guī)范要求。該橋拱肋拼裝施工技術對同類橋梁施工有借鑒作用。