铁路大跨度连续梁拱组合桥系杆拱安装施工技术

铁路大跨度连续梁拱组合桥系杆拱安装施工技术

摘要：新建广州至珠海铁路白坭河特大桥（中心里程：DK7+293.10）全长5696.715m，共设有157墩2台158跨。本文主要分析论述了白坭河特大桥系杆拱钢管拱肋吊装、焊接、钢管混凝土浇筑及吊杆安装及张拉等方面，可供同行参考，不足之处望请指出。

关键词：广珠铁路大跨度连续梁拱组合桥系杆拱钢管混凝土施工监测

Abstract: new guangzhou to zhuhai railway white river super major bridge video (center: DK7 + 293.10 miles) is a 5696.715 m, a total of 157 2 sets pier 158 cross. This paper mainly discusses and analyzes the white river video large bridge bowstring arch bridge steel tube arch rib hoisting, welding, steel tube concrete casting and the installation and tension, available for reference to fellow, the deficiency please point out.

Keywords: wide bead railway of long span continuous girder and arch bridge concrete filled steel tube combination bowstring arch bridge construction monitoring

1工程概况

新建广州至珠海铁路白坭河特大桥主桥为（70.7+145+69.2）m连续梁拱组合桥，主桥梁体采用预应力混凝土连续梁结构，单箱单室变高度箱形截面，三向预应力体系，C55高性能混凝土。

箱梁顶宽12.5m（中支点处局部顶宽15m），底宽8m（中支点处局部底宽10.4m），梁高3.5～7.8m，梁底按圆曲线变化。

主跨系杆拱拱肋采用φ900mm钢管混凝土结构，内矢高29m，拱轴线为二次抛物线。拱肋横截面为哑铃形，截面高2.9m；两榀拱肋中心距11.1m，拱肋间设置9道横撑，横撑均采用钢管构成空间桁架撑，钢管内部不填充混凝土；拱肋与主梁间设置14组双吊杆，顺桥向间距9m。钢管拱外露面防腐涂装水性无机富锌防锈底漆2道，环氧云铁中间漆1道，氟炭面漆2道。

图1白坭河特大桥（70.7+145+69.2）m连续梁拱结构示意图

2施工方案

系杆拱采取在钢结构加工厂按照设计图纸及规范要求加工成标准节段，汽车运至施工现场，在已完成合拢后的梁面上采用汽车吊吊到拼装支架上按照拱肋设计线形拼装焊接成拱肋结构，随后顶升灌注钢管混凝土，安装吊杆并按设计指定次序张拉吊杆，调整吊杆力，施工桥面系后，调整吊杆力到设计索力。

3临时支架设计

临时支架的设计根据桥面的几何尺寸及荷载情况，并充分考虑支撑架的安全性，同时考虑汽车吊的作业空间，采用φ300*6与∠100*100*6角钢制作成1600*1600的方形桁架作为支撑立柱，上下游两组支撑立柱形式一样，编号为1、2、……、14号支柱。支架纵向2-13号支撑立柱间采用∠100*100*6角钢方形桁架加固，横向加固4#、6#、9#、11#上下游支撑立柱间采用∠100*100*6角钢方形桁架，另在支架立柱φ300钢管顶加3.6m长2I32a横梁。以使支架纵横向之间形成排架结构，确保整体稳定性。

拱肋拼装临时支架各立柱钢管顶标高通过拱肋安装时施工拱轴线线形确定，支架钢管顶2I32a横梁上设楔形垫块调节弧线，楔形垫块布置限位卡板，横梁与支架钢管、横梁与楔形垫块采取焊接固定。为保证临时支架与桥面连接稳定，主梁施工时应按照支架布置图在桥面上预埋钢板。预埋钢板在浇注主梁混凝土时，根据拱肋拼装临时支架各立柱钢管设计位置预埋，规格为500×500×14，下设有φ25长度为30cm螺纹钢筋作为锚固筋，支架立柱采用焊接方式与预埋钢板固接。

临时支架钢管杆件采取现场加工成标准节段，安装采用主墩塔吊及桥面汽车吊吊装钢管杆件，现场栓接拼装成型。

图2临时支架立面布置图

4系杆拱安装

钢管拱肋节段的划分按设计适当调整，安装采用两台徐工QY-80汽车吊分别从拱脚往跨中对称进行，中间合拢段由于重量较大，采用两台汽车吊抬吊。

拱肋节段吊装、安装顺序如下：

4.1试吊

试吊前对吊机及拱肋进行全面检查，准备工作全部到位后，选定天气较好的日子进行试吊。试吊时观测吊机在各种受力状态下的稳定性、提升设备是否正常运行、拱肋吊耳受力是否正常等。

4.2拱脚预埋段吊装安装

在正式吊装拱肋节段之前，必须首先安装拱脚预埋段，两岸均利用塔吊将拱脚预埋段吊至桥面拱脚处，进行安装。定位支架和预埋段采用钢支撑作加固，确保新浇混凝土产生的侧压力不会使预埋件发生偏移。预埋段安装必须严格控制安装精度。

4.3拱肋及横撑吊装、安装

将检验合格且已编号的拱肋节段按起吊顺序依次运输至安装位置，吊机在起吊位置就位后，放下起重吊具，系住钢管拱肋节段吊耳，解除临时固结支撑，完毕后操作人员离开至安全位置，指挥人员确认各项情况正常后通过通讯设备发出起吊指令，起重司机启动起重卷扬机，将节段吊离运梁车10cm，静待观察10min，检查确定吊装系统一切正常后，方可继续将拱肋节段起吊至桥面，然后纵横向移动至安装位置上方。并在已安装定位完成的拱脚段上下弦杆接口处底、侧各焊接一块限位钢板，然后指挥起重司机缓慢放下拱肋节段，在拱肋节段下放的过程中，施工人员利用绳索捆绑拱肋节段两端，操作绳索调整拱肋节段位置，尽量精确地把拱肋节段放于支架上，拱肋节段的尾部放置于拱脚节段接口上的限位板里，前部也要放置于支架横梁楔形垫块上的限位板上，拱肋节段安放完成后，立即对拱肋节段进行纵向、横向位置及标高的精确测量，确保拱肋节段位于拱轴线上，如其位置误差超过要求，则需进行调整，直到安装精度达到要求，焊接人员对拱肋节段与拱脚节段接口进行局部焊接临时固定，并加临时支撑约束另一端，保证拱肋稳定。临时固定完成后，方可拆除吊重钢丝绳与拱肋节段吊耳的连接。

接着，按同样方法完成（上）下游对称拱肋节段吊装安装，再吊装安装横撑。横撑吊装采用同样方法起吊至桥面位置后移至安装位置，左右两端调平，缓慢操作至接口，当两端接口完全对齐时，同时缓慢下放，如果横撑接口有错台等原因导致无法精确对齐时，适当修整接口，使横撑就位。然后焊接人员对横撑两端接口进行部分焊接以临时固定横撑，待焊接完成后，方可松开吊具。同理按吊装安装顺序逐次吊装完成剩余节段及横撑的安装。

合拢段长度可多留2cm，待合拢时根据合拢口实际测量长度进行修整至精确的合适长度。合拢前，需进行温度观测，测量合拢长度，切割合拢段余量，采用节段吊装同样方法就位合拢段，合拢口采用内面带衬垫单面施焊双面成型工艺，以确保工艺满足要求。合拢段的控制最终以线型控制为主，合拢段会预留余量，合拢段的内力最终以监测单位、设计单位的要求为准，通过实际监测数据作调整。

4.4钢管拱肋节段焊接

结构焊接在工厂内采用CO2气体保护半自动焊和药芯焊丝的焊接工艺、现场焊接均采用手工焊，全熔透的焊接工艺。

临时连接采取在加工时每节拱肋两头设置法兰，法兰采用14mm厚钢板

制作，每个接头的法兰上预留了六个φ27mm的螺栓孔，在钢管拱吊装到支架顶时，一头套入上一节拱肋的衬管内，并用φ25mm的螺栓将拱肋定位，并用50t手动千斤顶进行标高调整，调整到位后用马凳“抄死”，然后立即进行临时焊接，临时焊接采用220×150×16mm的A3钢加劲板与上一节拱肋进行焊接牢固，每个拱肋的接头焊接16个加劲板，上下弦管接头各均匀布置8个加劲板，加劲板与拱肋双面满焊，焊缝高不得小于8mm。临时焊接采用安装一节，焊接一段，直至合拢。每节拱肋临时焊接完成后方可进行下一段拱肋的安装。

永久性焊接在钢管拱合拢后进行，接头施焊应拱脚向拱顶对称进行，避免拱肋移位或变形。拱肋和横撑现场所有焊接均采用手工焊，全熔透。焊接时先焊对接环缝，每节拱肋的对接环焊缝至少焊三道，焊接完成后割掉临时连接的加肋板，再将加肋板处的焊缝补齐，焊接完成后将焊缝打磨平整，并进行无损探伤合格后，再安装瓦管并进行焊接。拱顶合拢节段焊接时间选择在气温15℃-20℃之间时进行。

钢管拱拱焊接完成后，对焊缝进行100%超声波探伤，对于探伤不合各的焊缝采用碳弧气刨，将不合格的焊缝刨开，重新进行焊接，焊接后再次进行探伤，确保焊缝合格为止。

5.钢管混凝土灌注

钢管拱制作时在拱肋及腹板相应位置设灌注孔和出浆孔，采用高压输送泵顶升灌注弦杆、腹板混凝土，混凝土灌注顺序为先上弦管后下弦管再腹板，两侧拱肋、腹板同时对称灌注。

管内灌注C55微膨胀混凝土，施工之前，进行工艺可靠性试验。管内混凝土灌注前，应进行多种配合比、膨胀率等有关性能测试，并加以比较，择优选定。

拱肋混凝土的灌注采用从低处往高处的泵送顶升法，由拱脚向弦管内的混凝土采用一级泵送，腹板内混凝土采用二级泵送。泵送混凝土除要有合理的配合比与恰当的外加剂外，灌注前压入清水，润湿管壁，再压入一定数量的水泥浆作先导，以有助于排除气泡，然后再泵送微膨胀混凝土。

泵送混凝土的速度应协调一致，遵循对称、均匀的原则（两台混凝土泵对称压注，两端的砼面高差控制在3m以内）。泵送顺序为先上管、后下管、再腹板，当上一环混凝土达到设计强度90%后，才可泵送下一环混凝土。

泵送混凝土时，应确保混凝土的连续供应，严格控制管内不要泵入空气，以防管内混凝土出现空洞，待出浆孔排出合格混凝土后，方可关闭止回阀。

顶升过程中，如出现堵管、混凝土泵达到额定压力，不能继续施工时，应及时换管。当换管时，检查混凝土是否已顶升至该注浆孔位置，如还没有顶升至该管，则应在再次顶升之前，在形成高位抛落段加开排气孔，以避免有空气排

不出，而形成空隙。

泵送过程中，专业质检人员可用敲击法判断管内混凝土的填充情况，如有空隙应及时用体外加震法解决。拱肋混凝土达到设计强度后，使用超声波探测填充情况，局部不符合规范要求的采用钻孔压浆法补强。

6.吊杆安装及张拉

吊杆安装采用自制起吊设备安装。安装前，将已预先编号的吊杆依次吊上桥面预定位置摆放，利用卷扬机从钢管拱上弦处吊杆孔口放下起吊钢丝绳，钢丝绳穿过下弦孔口至桥面，将吊杆安装上起吊器，启动卷扬机缓慢起升，提升吊杆通过钢管拱弦杆吊杆孔使吊杆离桥面10cm，然后下放通过桥面吊杆孔，将吊杆上头与上锚头连接于上弦杆处，最后将吊杆下头与桥面处吊杆位置下锚连接，完成吊杆安装作业。

吊杆安装完成后，待拱肋灌注混凝土强度达90%后对吊杆进行张拉，吊杆张拉按照设计提供的顺序进行。张拉前，千斤顶、油泵和油压表均编号、配套标定。吊杆加初张力后，经过多次调整后达到吊杆索力目标值。最后在桥面防水层、人行道、道碴、线路设备等桥面系全部铺设完成后，进行吊杆最后阶段的张拉，将吊杆力调整到设计索力目标值。

7.施工监测

钢管混凝土连续梁拱组合桥为超静定结构，桥梁上部、下部以及基础甚至地基连成一体，结构的超静定次数较多，受力复杂。桥梁施工监测的任务就是要根据全过程中实际发生的各项影响桥梁内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段主梁内力(应力)与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预期值的差异并找出原因，提出修正对策，以确保在全桥建成以后桥梁的内力和外形曲线与设计值相符合。

为控制悬臂施工时悬臂端竖向挠度、主梁轴线横向的偏差在容许范围内，控制成桥后主梁线形符合设计要求，采用大型桥梁专业有限元软件对现场施工过程进行模拟计算，依据计算数据经综合判断确定主梁挂篮施工立模标高，同时与现场实测标高进行对比、误差分析，以控制主梁竖向位移满足设计要求；对拱肋坐标进行理论计算与实测数据的比较和分析，以使得拱肋线形满足设计要求。同时在主梁上选取9个控制截面，拱肋上选取5个控制截面，预埋应力传感器，进行应力监测，掌握施工过程中桥梁结构的内力状态，保证结构应力在设计要求安全范围内。

8.结语

连续梁拱组合桥在铁路工程中较少采用，该桥施工中采取的连续梁墩顶现浇段大体积混凝土施工及裂缝防治、挂篮的适应性设计、高温环境下合拢段施工、连续梁施工体系转换、钢管拱安装定位控制、钢管混凝土的灌注、吊杆索力

快速调整及线形控制等技术和方法，为铁路大跨度连续梁拱组合桥的建设积累了宝贵的经验。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。