張桓鋮

摘 要：為探究CFST拱橋轉(zhuǎn)體施工及不平衡技術(shù)，以云南省某CFST拱橋?yàn)槔?，首先研究了轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的重難點(diǎn)及解決措施，其次給出了轉(zhuǎn)體施工技術(shù)設(shè)計(jì)流程，最后對(duì)轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中的不平衡設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究。研究表明：提出的轉(zhuǎn)體施工重難點(diǎn)解決措施及不平衡設(shè)計(jì)可減少轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和不安全問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；CFST拱橋；轉(zhuǎn)體施工；不平衡設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：U445 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0022-03

0 引言

鋼管混凝土拱橋（CFST拱橋）由于主拱處于受壓狀態(tài)，同時(shí)結(jié)構(gòu)體系相對(duì)穩(wěn)定，故常用在跨越山河、溝谷等不良地段。CFST拱橋在設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)過(guò)方案比選[1]、理論模型計(jì)算[2-3]、施工方案對(duì)比、施工監(jiān)控[4-5]及施工專項(xiàng)技術(shù)探究等幾個(gè)關(guān)鍵階段。近年來(lái)轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[6-7]在拱橋施工過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，故基于上述研究情況和相關(guān)內(nèi)容，以山區(qū)某大跨徑CFST拱橋施工為例，探究轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中的重難點(diǎn)、施工流程及不平衡設(shè)計(jì)[8-9]，為同類橋梁施工做技術(shù)參考。

1 工程概況

1.1 基本概況

以云南某上承式CFST橋?yàn)楣こ瘫尘埃摌蚩缭缴钋泻庸劝姿?，橋梁全長(zhǎng)為760 m，包含引橋和主梁，主跨330 m，跨孔樣式為2個(gè)33.5 m預(yù)制T梁+1個(gè)330 m鋼管混凝土拱+11個(gè)30 m預(yù)制T梁。交接墩采用矩形空心墩。矢高60 m，矢跨比1/5.5，拱軸系數(shù)1.5。

1.2 施工難點(diǎn)及措施

該大橋采用轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，受地形地質(zhì)、橋梁質(zhì)量等因素的制約，在施工過(guò)程中存在許多施工難點(diǎn)。為保證施工過(guò)程中的橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，針對(duì)施工難點(diǎn)提出以下4點(diǎn)有針對(duì)性的解決措施。

第一，為保證安全生產(chǎn)，確保拼裝線性正確和線性質(zhì)量可靠，盡量減少高空作業(yè)，故此主拱肋采用單鉸非平衡轉(zhuǎn)法施工。

第二，為確保交界墩和上盤的安全，扣索不能一次張拉到位，必須分批、分級(jí)與背索和上盤預(yù)應(yīng)力交替張拉。當(dāng)轉(zhuǎn)體到位，拱肋合攏后，扣索、背索、上盤預(yù)應(yīng)力等仍需分批、分級(jí)、交替釋放。

第三，轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中，必須采取可靠的方案對(duì)上盤、交界墩及拱肋的控制部位進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，且對(duì)交界墩、拱肋的重點(diǎn)部位也要進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

第四，鋼梁在架設(shè)過(guò)程中采用機(jī)械設(shè)備分段拼裝，完成后縱向頂推就位，過(guò)程中對(duì)墩身的應(yīng)力、位移監(jiān)控至關(guān)重要。

1.3 主橋施工方案

主拱拱座基礎(chǔ)基坑開(kāi)挖采用“控制爆破+挖掘機(jī)出渣”的方法進(jìn)行施工。拱座上下轉(zhuǎn)盤澆筑采用分層澆筑，并采用大體積混凝土溫控措施。墩身均采用大塊鋼模分節(jié)澆注、塔機(jī)配合的施工方案。主拱采用工廠制造、單元件運(yùn)輸，岸邊依地形搭建支架，通過(guò)桅桿吊機(jī)組拼焊接成半拱，然后平轉(zhuǎn)合攏。主拱合攏后拱肋內(nèi)壓注混凝土采用頂升法施工。拱上立柱采用鋼模澆筑成型，纜索吊配合施工。拱上鋼箱梁采用頂推法施工。引橋上部結(jié)構(gòu)鋼混凝土結(jié)合梁，采用頂推法施工。

2 轉(zhuǎn)體施工設(shè)計(jì)

2.1 主拱轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)體施工工藝復(fù)雜，施工工序較多。當(dāng)鋼管桁架拱在支架上拼裝焊接完成后，要通過(guò)張拉扣索來(lái)使鋼管桁架脫離支架呈懸臂狀態(tài)才能實(shí)施轉(zhuǎn)體。

2.2 管內(nèi)混凝土施工

本橋鋼管拱混凝土灌注采用泵送頂升灌注法施工，鋼管拱拱肋微膨脹混凝土泵送施工順序嚴(yán)格按以下步驟進(jìn)行：上外側(cè)鋼管→上內(nèi)側(cè)鋼管→下外側(cè)鋼管→下內(nèi)側(cè)鋼管→上蓋板→下蓋板→外側(cè)腹板→內(nèi)側(cè)腹板。灌注應(yīng)縱橫向?qū)ΨQ進(jìn)行，兩岸自拱腳分段對(duì)稱壓注至拱頂。

2.3 拱上建筑物施工

2.3.1 墩身施工

該CFST橋拱上剛架墩（π型蓋梁）最高墩約40 m，最矮墩約5.85 m，墩身及橫撐均為矩形空心截面。立柱底座均為鋼箱混凝土墩座，在鋼管拱轉(zhuǎn)體合攏后焊接在拱肋鋼管頂面上。

墩座鋼箱在工廠整體制作后運(yùn)抵工地，在鋼管拱轉(zhuǎn)體合攏后，鋼管拱混凝土灌注之前，先進(jìn)行墩位放樣，在主弦鋼管及蓋板上焊接φ16 mmL65 mm栓釘，再把墩座鋼箱焊接于主弦鋼管頂部。在鋼管混凝土灌注完成后，再灌注鋼箱內(nèi)C50微膨脹混凝土。在地面組裝萬(wàn)能桿件施工平臺(tái)，用纜索起重機(jī)整體吊裝，將其焊接于上下拱肋頂部墩位鋼管上。在萬(wàn)能桿件施工平臺(tái)上鋪設(shè)鋼管腳手架，墩身混凝土采用分節(jié)灌注，分節(jié)高度2.5 m，K型鋼結(jié)構(gòu)橫撐采用纜索吊吊裝。

2.3.2 橋面施工

在小里程路基上設(shè)置頂推平臺(tái)，拼裝鋼梁，再頂推至設(shè)計(jì)位置，焊接結(jié)合梁頂面剪力連接件，澆筑跨中附近混凝土橋面板。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，澆筑墩頂附近剩余部分橋面板混凝土。待強(qiáng)度達(dá)到100%后，安裝支座。60 d后施工二期恒載，完成全橋施工。

2.4 結(jié)合梁施工

結(jié)合梁主要施工內(nèi)容包括以下步驟：

第一，腹板與翼板的縱向焊縫采用埋弧自動(dòng)焊，受拉區(qū)、受壓區(qū)應(yīng)符合相關(guān)焊縫要求，焊縫全長(zhǎng)超聲探傷。腹板豎向加勁肋采用成型好的二氧化碳保護(hù)焊，焊址處不允許“咬肉”。

第二，鋼梁運(yùn)輸安裝過(guò)程中嚴(yán)防扭轉(zhuǎn)、翹曲和側(cè)傾，吊裝時(shí)注意輕吊輕放、緩慢移動(dòng)、支墊平穩(wěn)。

第三，鋼梁節(jié)段間上翼緣為便于剪力釘布置，采用工地對(duì)接焊連接，腹板和下翼緣采用高強(qiáng)度螺栓連接。施工順序?yàn)橄群负笏ā?/p>

第四，鋼梁的架設(shè)采用在小里程路基上設(shè)置頂推平臺(tái)，拼裝鋼梁，拼裝完成后縱向頂推就位的方法。

第五，橋面板鋼筋整體綁扎，橋面墊層與橋面混凝土一同灌注。灌注前清除結(jié)合面污物，使其表面保持清潔。

第六，按設(shè)計(jì)劃分區(qū)段，結(jié)合梁橋面混凝土連續(xù)澆筑、一次成型。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后方可拆模。

第七，橋面防水層及保護(hù)層在擋碴墻、電纜槽豎墻澆筑后鋪設(shè)。

3 不平衡轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)

3.1 基本原理

橋梁施工過(guò)程中的轉(zhuǎn)體方法較多，其中最為常見(jiàn)的轉(zhuǎn)體技術(shù)為平面內(nèi)的轉(zhuǎn)體施工，故依托工程也采用平面內(nèi)轉(zhuǎn)體施工技術(shù)。不平衡轉(zhuǎn)體施工的轉(zhuǎn)體體系見(jiàn)圖1。

不平衡轉(zhuǎn)體施工最重要的即是計(jì)算不平衡彎矩，不平衡力矩計(jì)算示意見(jiàn)圖2。

不平衡彎矩計(jì)算公式如式（1）：

M=F·L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：M為球鉸支座處的不平衡彎矩；F為千斤頂反力；L為千斤頂?shù)角蜚q支座處的水平距離。

3.2 設(shè)計(jì)方法

在退沙箱，拆除上盤模板過(guò)程中，由于拆除沙箱和上盤模板，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力重分布，且結(jié)構(gòu)為偏心受壓結(jié)構(gòu)，故會(huì)產(chǎn)生不平衡彎矩。為減小該影響，在上盤底部設(shè)置多個(gè)千斤頂（見(jiàn)圖2），進(jìn)而通過(guò)監(jiān)控千斤頂在施工過(guò)程中的受力情況，來(lái)掌握整個(gè)主拱的受力情況。只有千斤頂保持受壓狀態(tài)，主拱才穩(wěn)定安全，方可拆除沙箱；反之千斤頂不受壓，則需在上盤處通過(guò)施加重力或壓重來(lái)調(diào)節(jié)主拱受力，確保千斤頂受壓方可拆除沙箱。

不平衡轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，就是通過(guò)計(jì)算千斤頂?shù)撞颗c轉(zhuǎn)體滑道之間的變化量來(lái)計(jì)算不平衡彎矩，進(jìn)而得出在轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中的主拱受力情況。

3.3 設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方法及相關(guān)參數(shù)，可得出千斤頂、不平衡彎矩及千斤頂?shù)撞颗c轉(zhuǎn)體滑道之間的變化量的相對(duì)關(guān)系，見(jiàn)表1。表1中編號(hào)列中的“0”表示初始情況，即此時(shí)千斤頂不受力，“F”表示千斤頂壓力，“M”表示不平衡彎矩，“L”表示千斤頂?shù)撞颗c轉(zhuǎn)體滑道之間的變化量。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，可采用MATLAB等程序擬合不平衡彎矩與變化量之間的相對(duì)函數(shù)關(guān)系。建立函數(shù)關(guān)系后，即可在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)定千斤頂?shù)撞颗c轉(zhuǎn)體滑道之間的變化量相對(duì)關(guān)系，來(lái)計(jì)算不平衡彎矩，同時(shí)設(shè)置對(duì)應(yīng)千斤頂?shù)呐渲兀员ＷC轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中的主拱結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題。不平衡彎矩與變化量之間的相對(duì)函數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖3和圖4所示。

分析圖3和圖4可知：當(dāng)采用三次多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合時(shí)，曲線的相關(guān)性指數(shù)R2=0.99778；當(dāng)采用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合時(shí)，曲線的相關(guān)性指數(shù)R2=0. 992 08。三次多項(xiàng)式指數(shù)最接近1，因此擬合趨勢(shì)線越可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

主要結(jié)論如下：①在轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中要明確具體施工流程，同時(shí)不同步驟有不同的技術(shù)重難點(diǎn)，要有針對(duì)性地提出解決措施，才能確保轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全問(wèn)題。②在退沙箱，拆除上盤模板過(guò)程中，要通過(guò)不平衡設(shè)計(jì)試驗(yàn)，建立不平衡彎矩與變化量之間的相對(duì)函數(shù)關(guān)系，方便施工時(shí)計(jì)算不平衡彎矩和配重，確保轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中主拱結(jié)構(gòu)安全。

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