許健 聶尚杰

摘 要：以某山區(qū)大跨徑中承式鋼管混凝土拱橋?yàn)槔?，詳?xì)介紹了300 m中承式鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土拱橋;設(shè)計(jì);山區(qū);中承式

中圖分類號：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

鋼管混凝土是一種高強(qiáng)輕質(zhì)的材料，鋼管管壁對內(nèi)灌混凝土起到了套箍作用，同時(shí)內(nèi)灌混凝土也提高了鋼管受壓時(shí)的穩(wěn)定性。正是這種特性，將兩種材料可以有機(jī)地組合起來，充分發(fā)揮材料各自的特性，已被公認(rèn)是大跨徑拱橋的一種理想材料。同時(shí)施工時(shí)，鋼管可以作為內(nèi)灌混凝土的模板，省掉了模板工程，而鋼管吊裝重量輕，施工進(jìn)度快，運(yùn)輸也較為方便，尤為適合山區(qū)橋梁建設(shè)。

1 總體設(shè)計(jì)

某高速公路工程需跨越V形河谷，兩岸基巖裸露，地質(zhì)條件好，適合作為有推力拱橋的基礎(chǔ)。結(jié)合該橋位處的路線線位及山谷地形，采用300 m左右的中承式拱橋是較為適宜的。目前已通車運(yùn)營的跨徑300 m左右及以上的拱橋中，大多數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)形式為鋼箱拱或鋼管拱橋，相比較于鋼箱拱，鋼管拱橋具有明顯的造價(jià)優(yōu)勢。因此本橋位采用鋼管混凝土拱橋方案是適宜的，橋型效果圖如圖1所示：

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 主拱圈

該橋拱軸線采用懸鏈線，計(jì)算跨徑為300 m，計(jì)算矢高60 m，計(jì)算矢跨比為1/5，其拱軸系數(shù)1.384。鋼管混凝土四管格構(gòu)體系，拱肋截面徑向高6.1 m，肋寬3.1 m。

考慮吊裝能力等因素，主拱拱肋劃分為32個(gè)節(jié)段。單根拱肋弦桿第1、2節(jié)段弦桿采用φ1 100×32 mm鋼管，第3節(jié)段弦桿采用φ1 100×28 mm鋼管，第3節(jié)段上、下弦桿采用φ1 100×24 mm鋼管;其余節(jié)段上、下弦桿均采用φ1 100×20 mm鋼管。拱肋第一節(jié)段弦桿間橫向通過綴板連接，綴板厚24 mm，其余拱肋弦桿間橫向通過平聯(lián)鋼管連接。吊點(diǎn)及第2節(jié)段位置平聯(lián)采用φ660×16 mm鋼管，非吊點(diǎn)位置平聯(lián)采用φ660×12 mm鋼管。弦管及吊桿位置上平聯(lián)鋼管灌注C55微膨脹高性能混凝土。

拱肋上下弦桿豎向通過斜、豎腹桿連接。除前兩個(gè)節(jié)段豎斜、腹桿采用φ500×16 mm鋼管外，其余節(jié)段斜、豎腹桿均采用φ500×12 mm鋼管。拱肋節(jié)段對接接頭采用管外焊接信使，管內(nèi)法蘭盤栓接形式。拱肋與拱肋橫撐間焊接連接。拱肋節(jié)段最大的吊裝重量約為104 t。

拱肋采用Q345C鋼材，全橋共設(shè)12道橫撐，其中10道K型橫撐，2道拱腳X型橫撐。K型橫撐水平弦桿采用φ660×16 mm鋼管，斜向弦桿采用φ660×16 mm。K型橫撐豎腹桿、斜腹桿、水平腹桿均采用φ400×10 mm鋼管。X型橫撐水平弦桿采用φ800×20 mm鋼管，斜向弦桿采用φ800×20 mm。

2.2 吊桿

吊桿縱向間距為10 m，共26對，采用GJ15-27、GJ15-37整束擠壓成型鋼絞線。吊桿上端采用張拉端錨具，上錨頭采用球型支座和墊板錨固于拱肋上平聯(lián)，通過調(diào)節(jié)螺母位置對吊桿長度進(jìn)行調(diào)整。吊桿下端采用固定端錨具，叉形耳板通過銷軸與橫梁處耳板連接。

2.3 橋面系

主橋橋面系由鋼縱梁、鋼橫梁及混凝土橋面板三部分組成，這三部分形成了組合梁格構(gòu)體系。

鋼橫梁分為吊桿橫梁、次橫梁、立柱處主橫梁及端橫梁4種。吊桿橫梁橫向長度為30.2 m，采用跨中梁高為2.2 m的工字型斷面，縱向間距10 m。頂板寬度在吊點(diǎn)范圍局部加寬至1.5 m，其余位置寬度為0.7 m，頂板厚28 mm;底板寬1.0 m，厚32 mm，腹板厚18 mm。次橫梁斷面為梁高0.9 m的工字型斷面，其頂板全寬0.6 m，厚16 mm，底板寬0.6 m，厚16 mm;腹板厚14 mm。立柱處橫梁斷面為跨中梁高2.2 m的工字型斷面，其頂板全寬0.7 m，厚28 mm，底板寬1.0 m，厚32 mm，腹板厚18 mm，支座處腹板加厚至28 mm。端橫梁設(shè)于縱橋向兩端，梁長30.2 m，跨中梁高2.2 m，頂板厚28 mm，寬0.8 m，底板厚32 mm，寬0.8 m，腹板厚18 mm，在支座處腹板加厚至28 mm。

鋼縱梁分為邊縱梁與中縱梁2種。邊縱梁位于主梁兩側(cè)，采用工字型結(jié)構(gòu)，邊縱梁梁高為1.951 m，頂板寬0.6 m，厚18 mm，底板寬0.6 m，厚32 mm，腹板寬18 mm。邊縱梁之間設(shè)置3排橫向間距5 m的中縱梁，中縱梁采用梁高1.0 m工字型結(jié)構(gòu)，頂板寬0.6 m，厚16 mm，底板寬0.6 m，厚16 mm，腹板厚14 mm。

橋面板采用C50混凝土分塊預(yù)制。橋面板厚25 cm，尺寸分為4.5 m×4.58 m、4.5 m×4.5 m、4.45 m×4.58 m、4.45 m×4.5 m四類。預(yù)制橋面板的最大吊裝重量約為16 t。

2.4 拱座

拱座采用擴(kuò)大基礎(chǔ)型式，拱座尺寸為25×35.7×14.475 m，拱座基底階梯狀布置。除拱座與拱腳結(jié)合處7 m范圍內(nèi)采用C40混凝土，拱座其余部位均采用C30混凝土。

3 施工方案

采用斜拉扣掛體系進(jìn)行施工，主要施工步驟分為扣掛吊裝體系安裝、拱肋加工及安裝、鋼管混凝土澆筑、橋面系安裝幾部分，以下分別對各部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 扣掛體系

拱肋鋼管桁架扣掛體系由扣塔錨碇、扣塔、扣索、張拉錨箱、錨碇等構(gòu)成?？鬯苍O(shè)在兩岸拱座外側(cè)，采用格構(gòu)柱形式。扣索采用φs15.2鋼絞線，扣索張拉端采用可調(diào)索低應(yīng)力夾片錨具，錨固端采用擠壓錨具，扣索外纏一層玻璃絲布保護(hù)。

3.2 吊裝體系

吊裝體系由吊塔、吊運(yùn)天線、吊塔錨碇三部分構(gòu)成?？鬯M向采用門柱式結(jié)構(gòu)形式，吊運(yùn)天線由兩組10Φ52鋼絲繩組成。

3.3 拱肋加工及安裝

鋼管桁架加工在具備良好場地環(huán)境、人員及設(shè)備滿足鋼管桁架的加工需求的工廠內(nèi)進(jìn)行。鋼管桁架節(jié)段加工完成后應(yīng)在廠區(qū)進(jìn)行預(yù)拼，合格后運(yùn)送到現(xiàn)場進(jìn)行吊裝。鋼管桁架吊裝順序?yàn)槊抗?jié)段內(nèi)橋中心線左右側(cè)拱肋及對應(yīng)位置的橫撐同步進(jìn)行。每一吊裝節(jié)段就位以后，擰緊拱肋接頭處內(nèi)法蘭螺栓，調(diào)整相應(yīng)的扣索索力使拱肋軸線位于預(yù)定標(biāo)高。待全橋拱肋合龍并調(diào)整拱圈標(biāo)高至指定位置后，焊接全橋主拱鋼管接頭并全部檢驗(yàn)合格后，均衡、分級卸載扣索，完成拱肋的安裝。

3.4 鋼管混凝土澆筑

管內(nèi)灌注混凝土采用C55自密實(shí)微膨脹混凝土，采取泵壓法自拱腳向拱頂灌注，灌注過程中及時(shí)調(diào)整扣索位置及索力。這里特別應(yīng)注意的是，灌注混凝土前，應(yīng)完成成型后鋼拱圈的各項(xiàng)測試，待各項(xiàng)指標(biāo)滿足計(jì)算及規(guī)范要求后方能灌注上、下弦管和其他指定構(gòu)件內(nèi)的混凝土。為了確保鋼管內(nèi)灌注混凝土的密實(shí)性，可在C55中應(yīng)摻入適量減水和膨脹劑，使之具備具有粘聚性好、收縮補(bǔ)償、延后初凝時(shí)間（即初凝時(shí)間大于12小時(shí)）、流動(dòng)性好、不泌水等性能。鋼管內(nèi)混凝土灌注后，可敲擊、超聲波、鉆孔等手段檢驗(yàn)鋼管內(nèi)混凝土的飽滿程度。

3.5 橋面系安裝

橋面梁的施工，吊桿橫梁及橋面板、人行道板安裝要求兩岸交替對稱，其余施工構(gòu)件安裝方案由施工單位根據(jù)現(xiàn)場條件和施工技術(shù)特長，在施工組織設(shè)計(jì)中完善。

4 結(jié)語

本文基于鋼管拱橋的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方案等方面對山區(qū)大跨徑中承式鋼管拱橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了介紹，為同類型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2]交通部.公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG/TD65-06-2015）[S].北京：人民交通出版社，2015.