144m簡支拱橋支架體系施工工藝＊

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，大跨度簡支拱橋結(jié)構(gòu)日益增多。一方面簡支拱橋?qū)儆趬簭澖Y(jié)構(gòu)，具有抗壓承載力高、柔韌性及動力穩(wěn)定性好、工期短等優(yōu)點[1]；另一方面大跨度簡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，這些因素對簡支拱橋支架體系的設(shè)計與施工要求很高，所以大跨度簡支拱橋的設(shè)計與施工成為行業(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簡支拱橋工程案例，提出大跨度簡支拱橋及支架設(shè)計方案，并通過進(jìn)一步深入研究，提出施工工藝關(guān)鍵控制點與加強(qiáng)質(zhì)量技術(shù)措施。通過施工驗證，本設(shè)計方法及施工工藝切實可行。

1 工程概況

濰坊至萊西高速鐵路（簡稱濰萊高鐵）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°，以鋼管混凝土簡支拱結(jié)構(gòu)形式跨越。簡支拱橋梁全長144m，是濰萊鐵路全線控制性工程之一。144m簡支拱橋BIM建模效果如圖1所示。

圖1 144m簡支拱橋BIM效果

2 大跨度簡支拱橋及其支架體系設(shè)計方案

2.1 簡支拱橋設(shè)計方案

簡支拱采用先梁后拱法施工，計算跨度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簡支拱立面如圖2所示。

圖2 144m簡支拱橋立面

2.2 支架設(shè)計方案

144m簡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。簡支拱支架基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計與施工要求，全橋共布置14排鋼管立柱，其中1號和14號立柱位于327號和328號承臺基礎(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簡支拱橋支架施工圖

3 大跨度簡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 簡支拱橋支架基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計及施工方案要求，全橋范圍內(nèi)共需布置14排鋼立柱。在承臺施工時預(yù)埋700mm×700mm×16mm鋼板，其余2～13號鋼立柱基礎(chǔ)位于“換填級配碎石+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)實測標(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。長度需接長時，用20mm厚鋼板全斷面幫條工藝焊接，焊口搭接長度10mm，2根工字鋼接頭要錯開，放在不同立柱上，接頭不能懸空。

3.5 貝雷片安裝

對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)吊裝至臨時支墩設(shè)計位置，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)壓時避免平均分布壓重，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“支墩梁”支架先卸落砂箱，對“滿堂型”支架先卸落頂托。對于每跨貝雷片應(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相同。

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

4.1 施工關(guān)鍵控制點

分析大跨度簡支拱橋支架施工工藝，針對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[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。大跨度簡支拱橋支架施工關(guān)鍵控制點如圖6所示。

圖6 大跨度簡支拱橋支架施工關(guān)鍵控制點

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。

2）分析大跨度簡支拱橋支架體系設(shè)計，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。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 施工驗證

5.1 動態(tài)監(jiān)測

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

5.2 施工驗證

按本文提出的設(shè)計與施工方案，在整個施工過程中，定時觀測支架各節(jié)點沒有偏移[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)計及監(jiān)理單位工程驗收，按本文提出的大跨度簡支拱橋支架設(shè)計方案進(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)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。

6 結(jié)語

1）在支架設(shè)計中，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、水平荷載對兩端部支撐系統(tǒng)的作用，對大跨度簡支拱橋支架體系進(jìn)行深化設(shè)計，提出大跨度簡支拱橋支架施工方案，并深化大跨度簡支拱橋支架體系施工工藝。

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