王曉棠

（中鐵二局第五工程有限公司　四川　成都　610091）

納界河特大橋總體施工方案研究

王曉棠

（中鐵二局第五工程有限公司四川成都610091）

結(jié)合林織鐵路納界河上承式鋼桁提籃拱橋工程的特點和難點，重點研究了主橋拱座基礎(chǔ)、鋼桁提籃拱橋階段吊裝、拱上立柱吊裝及鋼混結(jié)合梁施工等關(guān)鍵施工技術(shù)，順利實現(xiàn)各種構(gòu)件的吊裝，圓滿完成了提籃鋼桁拱的合龍。

納界河特大橋；上承式鋼桁提籃拱橋；吊扣分離

引言

納界河特大橋全長810.10m，是林織鐵路全線控制性工程，位于貴州省清鎮(zhèn)與織金交界地段。主橋橫跨納界河，納界河兩側(cè)為絕壁，兩岸地形高陡，橋位處于“U”型峽谷，橋梁軌面至水面高差約為320m。主橋結(jié)構(gòu)為352m上承式鋼桁提籃拱橋，為國內(nèi)外同類橋梁的最大跨度，該橋建設(shè)技術(shù)含量高。再加上大橋位于貴州偏遠山區(qū)，地形錯綜復(fù)雜，交通不便等因素給主橋長大構(gòu)件運輸及安裝帶來極大困難。

1　工程概況

橋梁結(jié)構(gòu)：

納界河特大橋全長810.10m，主橋長352m，引橋及拱上孔跨布置為3×24m簡支梁+1×32m簡支梁+2×48mT構(gòu)+11×24m鋼梁+2×48mT構(gòu)+7×32m簡支梁。全橋平面位于直線上，縱斷面線路為平坡。主橋結(jié)構(gòu)為上承式鋼桁提籃拱橋，理論跨徑352m，主拱矢高64.5m。主橋由拱座、主拱、拱上立柱、鋼混結(jié)合梁、交界墩、48mT型剛構(gòu)等組成。拱座與交界墩、48mT型剛構(gòu)連成一體，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

圖1　納界河特大橋總體布置圖

2　工程特點和重難點

（1）工程地處貴州省偏遠山區(qū)，道路條件惡劣，大型船舶無法進入內(nèi)河，主橋構(gòu)件運輸困難。

（2）納界河特大橋為目前世界上最大跨度的單線鐵路上承式鋼桁拱橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計的獨特性，隱含了大量先進的設(shè)計、施工和監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。內(nèi)傾式提籃鋼拱肋吊裝、拱上立柱垂直度線形控制及過程監(jiān)控等，施工難度大、安全風(fēng)險高。

（3）新穎、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系的最終實現(xiàn)需要先進的技術(shù)支持和可靠的工藝保證，臨時架空索道系統(tǒng)、扣錨索體系、主橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝方案、安裝施工幾何精度控制等是關(guān)鍵。

（4）作為大跨桁架拱和整體節(jié)點板結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件制造及拼裝精度控制要求高，線形控制難度大。

3　施工方案研究的主要內(nèi)容

針對本橋的特點及難點，總體方案主要從拱座基礎(chǔ)施工、主拱吊裝、拱上立柱吊裝、鋼混疊合梁及48mT構(gòu)施工等5個方面進行研究。

3.1拱座基礎(chǔ)

大橋東西岸各有一個拱座，其中6#墩外輪廓尺寸為28m× 35m×20m，混凝土標號為C35。拱座開挖量大，基坑平均開挖深度約30m，開挖時拱座基坑沿鉛垂方向分為四部分，各部分基坑均分層開挖，每層開挖深度不大于2m。為保證坑壁平面效果及減小對拱座背山側(cè)和基底巖石爆破擾動，同時保證受力基巖整體性，采用光面爆破原理進行開挖，開挖嚴格按照多打眼少裝藥的原則進行爆破。拱座前方設(shè)置深約25m，寬6m的拖槽作為運輸通道進行渣土外運。

單個拱座混凝土約9214m3，為大體積混凝土[1]，根據(jù)設(shè)計及施工工藝要求，采取分塊、分層方法進行澆筑，單層高度不大于4m。根據(jù)實際情況，本拱座擬分為四個區(qū)，各區(qū)分層澆筑。Ⅱ區(qū)混凝土施工時，進行交界墩墩身預(yù)埋鋼筋施工，當(dāng)Ⅱ區(qū)混凝土施工完成后，接著進行交界墩施工，同時進行Ⅲ區(qū)混凝土施工。為有效降低混凝土水熱化，各區(qū)內(nèi)采用冷卻循環(huán)水管進行混凝土內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)和控制。

圖2　拱座分區(qū)分層澆筑圖（單位：cm）

3.2主拱架設(shè)施工

3.2.1鋼桁拱吊裝方案比選

（1）單構(gòu)件吊裝與節(jié)間吊裝比選（如表1）

由表1可知，單構(gòu)件吊裝在構(gòu)件運輸、臨時措施投入及施工工藝等方面均有明顯優(yōu)勢。

（2）臨時索塔吊扣分離[2]與吊扣合一比選

表1　單構(gòu)件吊裝與節(jié)間吊裝比選

①從安全可靠角度比較。吊扣分離的索塔形式優(yōu)點：避免了吊裝作業(yè)引起的塔架偏移對主拱的線形產(chǎn)生影響；扣索空間布置為“內(nèi)八字”，扣索面基本平行于拱肋平面，拱肋扣點受力明確，可靠性高；索塔受力明確，安全易受控。缺點：扣索內(nèi)八字布置，吊裝過程中桿件會與扣塔和扣錨索體系產(chǎn)生一定干擾。需在交界墩頂另設(shè)置鋼扣塔，一定程度影響T構(gòu)的施工進度。吊扣合一的索塔形式優(yōu)點：不需另設(shè)扣塔，在不影響吊裝作業(yè)的情況下，可以進行T構(gòu)懸臂灌注施工。缺點：吊裝引起的塔架偏移影響主拱構(gòu)件拼裝就位和主拱線形，對主拱的合龍精度也有極大影響；扣索空間布置為“外八字”，導(dǎo)致扣索面不平行拱肋平面，需對拱肋扣點進行加強設(shè)計；拱肋扣點受力不明確，索塔受力不明確，安全可靠性較低。

②從經(jīng)濟角度比較。采用吊扣分離的索塔形式，扣塔設(shè)置利用主橋主體永久結(jié)構(gòu)（交界墩）作為扣塔一部分，減少扣塔臨時措施的投入。采用吊扣合一的索塔形式，雖減少了交界墩扣塔的設(shè)置，吊扣共用索塔，但同樣增加索塔工程量。

通過比較，決定采用吊扣分離的索塔結(jié)構(gòu)形式，進行納界河特大橋的施工。

3.2.2鋼桁架吊裝方案比選結(jié)果

結(jié)合工程地理位置、主橋施工難度等實際情況，經(jīng)過從桿件吊裝方式和臨時索塔設(shè)計兩大方面的比較，鋼桁拱梁用“吊扣分離，單桿件吊裝”方案在構(gòu)件運輸、主拱肋線形控制、安全可靠性、可實施及施工措施投入等方面均有明顯優(yōu)勢，決定采用該方案進行納界河特大橋的施工。

圖3　索道系統(tǒng)及扣錨索系統(tǒng)布置圖

3.2.3主拱架設(shè)工藝

（1）施工步序

步序一：①拱腳預(yù)埋段定位安裝；②安裝1#、2#、3#節(jié)間后，澆注拱腳段混凝土；③安裝4#、5#節(jié)間，對稱張拉第一組扣錨索。

步序二：①依次安裝6#、7#、8#節(jié)間，對稱張拉第二組扣錨索；②安裝9#～21#節(jié)間，依次對稱張拉第三、四、五、六、七組扣錨索。

步序三：①精確測量拱頂合龍口標高及東西岸拱肋相對尺寸；②安裝合龍段22#節(jié)間，完成主拱施工。

步序四：①對稱放張七對扣錨索，完成體系轉(zhuǎn)換；②拆除扣錨索、扣索聯(lián)結(jié)器、扣塔。

（2）拱腳預(yù)埋段[3]安裝

拱腳預(yù)埋段的準確定位，是整個主橋結(jié)構(gòu)施工控制中的一道關(guān)鍵程序，是關(guān)系到主橋拱肋是否能夠順利安裝和精確合龍的決定性環(huán)節(jié)。

圖4　拱腳預(yù)埋段定位圖

為保證拱腳預(yù)埋段能夠順利實現(xiàn)精確定位，采用豎向和橫向的千斤頂，對拱肋節(jié)段進行精確定位。鋼支座和萬能桿件支架作為主要承力支撐結(jié)構(gòu)，拱肋側(cè)面采用手拉葫蘆懸拉于拱腳預(yù)埋孔側(cè)面混凝土預(yù)埋錨環(huán)作為精調(diào)定位時的安全防護措施，保證拱腳定位的可操作性與安全性。拱腳定位所需要的預(yù)埋件預(yù)埋位置，通過確定預(yù)埋點的三維坐標方法控制埋設(shè)，施工時要求平面位置誤差不超過±20mm，標高誤差不超過-20～0mm。

（3）主拱桿件安裝

主拱各桿件在工廠完成制作并試拼裝檢驗合格后，通過陸路運輸至施工現(xiàn)場存放。為減少索鞍橫移次數(shù)，提高吊裝施工效率，其弦桿、豎桿、腹桿采用主索道吊裝施工，而上下平聯(lián)、橫聯(lián)采用工作索道吊裝。

索道索鞍橫移至拼裝弦桿前端的設(shè)計位置，平車轉(zhuǎn)運桿件至吊點處。在腹桿的頂端靠線路外側(cè)的設(shè)計螺栓孔上安裝吊耳。通過電腦計算內(nèi)外側(cè)吊索長度、重心，使桿件起吊后初步接近理論傾斜角度，把數(shù)顯角度測量儀貼于桿件上，測量復(fù)核下弦桿的旋轉(zhuǎn)角度，通過前吊點的鏈條葫蘆調(diào)至8.37867°。

圖5　桿件吊裝施工圖

單桿件拼裝時，先安裝20％螺栓孔位總數(shù)的臨時螺栓和10％沖釘，待一個節(jié)間拼裝完成后再替換為高強螺栓進行節(jié)間固定。

桿件拼裝至扣點段時，安裝扣錨索鋼絞線。根據(jù)監(jiān)控單位提供的數(shù)據(jù)進行扣錨索張拉，使其達到設(shè)計線形。上下游扣錨索應(yīng)同時張拉，以確?？鬯M向受力平衡。然后，進行下一節(jié)段桿件安裝。受扣塔上張拉空間限制，扣錨索張拉均采用單根鋼絞線張拉的方式。

（4）主拱合龍[4]

提前一周連續(xù)2h觀測溫度，合攏溫度選擇15℃，主拱拼裝至21#段后，在合攏溫度范圍，分次測量拱肋合龍口標高及上下游拱肋相對位置，利用扣錨索體系精確調(diào)整標高達到合攏條件。采用臨時架空索道，將合龍段下弦桿及下平聯(lián)桿件的一端與21#節(jié)間進行連接，合龍溫度達到15℃，采取適當(dāng)?shù)睦斴o助措施，通過沖釘快速連接另一端并安裝高強螺栓，實現(xiàn)下平面合龍；然后，根據(jù)合龍口尺寸將腹桿及上弦桿拼接板現(xiàn)場鉆孔，再安裝腹桿、上弦桿、上平聯(lián)，完成主拱合龍。

（5）體系轉(zhuǎn)換

主拱合龍段吊裝完畢，高強螺栓施擰完成后，進行體系轉(zhuǎn)換。體系轉(zhuǎn)換即是將扣索索力釋放，通過主拱肋承受自身重力并把力傳遞至拱座。對稱解除兩岸扣錨索，單組扣錨索解除按照兩岸、上下游、扣索、錨索對稱同時進行；扣錨索采用單根鋼絞線退張方式。監(jiān)控單位根據(jù)拱肋線形測量數(shù)據(jù)及扣塔位移數(shù)據(jù)，下達體系轉(zhuǎn)換步驟指令。

3.3拱上立柱施工

主拱合攏完成后，拆除扣錨索體系，進行拱上立柱安裝。利用臨時架空索道，從跨中#6拱上立柱往#1立柱依次進行對稱吊裝，根據(jù)索道的起吊能力，4#～6#拱上立柱采用整體吊裝，1#～3#拱上立柱分節(jié)段吊裝。立柱安裝后，復(fù)測拱上立柱頂面標高，采用墊片調(diào)整支座底平面，通過螺栓孔安裝鋼混結(jié)合梁固定支座。

3.4鋼混結(jié)合梁施工

結(jié)合梁從加工廠家分節(jié)段通過陸路運至現(xiàn)場存梁處，根據(jù)節(jié)段劃分焊接成吊裝節(jié)段，采用兩組臨時架空索道抬吊安裝就位。全橋共分11個吊裝節(jié)段，最大節(jié)段吊裝重量87t；安裝順序從跨中向兩岸對稱進行，首先進行跨中第一孔安裝，然后依次向兩岸對稱進行安裝。

鋼混結(jié)合梁的橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過剪力釘構(gòu)造與鋼梁連接成整體。待鋼梁安裝完成后，在鋼梁兩側(cè)和內(nèi)側(cè)分別設(shè)置托架、支架及模板系統(tǒng)，然后按照設(shè)計要求分段進行鋼筋安裝、混凝土澆筑施工。

3.5T構(gòu)懸臂灌筑施工

48mT構(gòu)采用掛籃懸臂灌注施工。T構(gòu)0#段采用托架法進行施工，主拱合龍后，拆除T構(gòu)墩頂鋼扣塔，采用臨時架空索道組拼三角掛籃。掛籃拼裝完畢，待底模等鋪設(shè)就位后，進行鋼筋吊裝、綁扎，預(yù)應(yīng)力管道安裝及預(yù)埋件埋設(shè)等施工。待混凝土等強后，進行預(yù)應(yīng)力穿束、張拉、壓漿，然后移動掛籃，進行下一段懸臂施工。

5　結(jié)束語

納界河特大橋主橋結(jié)構(gòu)新穎，工程地處貴州偏遠山區(qū)，施工技術(shù)難度極大，安全風(fēng)險極高。主橋吊裝采用“扣吊分離”的方案，使主拱扣掛體系受力明確，確保了主拱鋼桁桿件拼裝及合龍精度；利用交界墩作為扣塔基礎(chǔ)，扣、錨索分別采用“內(nèi)、外八字”的布置方式，確保了在未設(shè)置側(cè)向纜風(fēng)的情況下扣塔的整體穩(wěn)定；通過總體施工方案的研究為大橋順利施工完成打下了堅實基礎(chǔ)。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2]湯偉，張鵬勃.斜拉扣掛法分離式扣掛系統(tǒng)在鋼管拱橋的應(yīng)用與淺析.公路工程，2013.

[3]賀修軍.大跨度鋼管混凝土系桿拱橋系梁施工技術(shù)研究.鐵道建筑技術(shù)，2011.

[4]胡輝躍.大勝關(guān)長江大橋主拱合龍措施及監(jiān)控計算分析.鐵道工程學(xué)報，2010.

U448

A

1673-0038（2015）04-0125-03

2015-1-9

王曉棠（1983-），男，工程師，本科，主要從事橋梁施工技術(shù)、施工輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的研究。