謝嘉斌,汪晨徽

（南昌公路橋梁工程有限公司,江西 南昌 330000）

0 引言

隨著我國(guó)交通建設(shè)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，跨越河流及深切峽谷的大跨度橋梁也越來(lái)越多。對(duì)于建設(shè)在陡峻斜坡及陡壁地形處的橋梁結(jié)構(gòu)，將預(yù)制吊架部件全部起吊至掛籃結(jié)構(gòu)后展開(kāi)組拼和安裝，結(jié)束后再安裝主拱吊桿，高空作業(yè)量大，施工質(zhì)量及安全性受外界環(huán)境影響較大。此外，深溝山區(qū)橋梁架設(shè)還面臨場(chǎng)地限制和工期限制，使此類橋梁工程施工難度和風(fēng)險(xiǎn)大大增加?；诖?，該文依托某跨河特大橋工程，對(duì)主梁吊索彈性吊架安裝施工技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)研究，以期克服常規(guī)施工過(guò)程弊端，保證質(zhì)量，提升工效。

1 工程概況

某跨河特大橋?yàn)橹谐惺教峄@拱橋形式，拱肋全部采用鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)，拱軸系數(shù)為3.5，矢高115 m，兩岸拱座和拱腳固結(jié)。拱上主梁按照等高三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)，跨徑為（32+272+32）m，主梁中心處梁高3.167 m；中跨及邊跨標(biāo)準(zhǔn)截面頂板寬22.0 m和15.2 m，主梁邊跨支撐在兩側(cè)拱上立柱及拱肋支撐橫梁處，中跨主梁則借助吊桿連接拱肋，吊桿由φ7 mm鍍鋅平行鋼絲制成，并按照8.0 m間距順橋向布置。兩岸均布置跨徑32.7+2×61.75 m連續(xù)剛構(gòu)引橋，橋面與主橋連續(xù)。

該拱橋施工時(shí)先通過(guò)纜索吊機(jī)整節(jié)段吊裝拱肋鋼桁架，并采用斜拉扣掛法輔助懸臂拼裝，直至合龍，再借助拱肋鋼桁架澆筑拱肋混凝土，以形成鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)拱肋，搭設(shè)支架并整體澆筑邊跨主梁混凝土，安裝掛籃，按照每個(gè)節(jié)段8.0 m的長(zhǎng)度懸臂澆筑中跨主梁，直至合龍。該橋梁地處峽谷溝壑地區(qū)，施工環(huán)境惡劣，施工場(chǎng)地受限，工序復(fù)雜繁多，且工期緊，中跨主梁從原小節(jié)段掛籃懸臂對(duì)稱澆筑方案調(diào)整為整體吊架支撐的大節(jié)段現(xiàn)澆方案，施工節(jié)段長(zhǎng)度翻倍[1]，相應(yīng)的施工節(jié)段數(shù)縮減了50%，工效提升，工期縮短，但是施工節(jié)段長(zhǎng)度的增大使主梁線形控制難度大幅增加，主梁吊索彈性吊架安裝施工也相應(yīng)成為控制要點(diǎn)和難點(diǎn)所在。

2 主梁吊架體系施工方案

2.1 主梁施工方案

該中承式提籃拱橋主梁施工時(shí)，一次性澆筑拱外跨梁段，完成后再一次性澆筑拱內(nèi)無(wú)吊桿區(qū)梁段；分段掛設(shè)彈性支撐吊架，并從兩側(cè)開(kāi)始依次向中間對(duì)稱澆筑拱內(nèi)吊桿區(qū)梁段，直至中跨主梁合龍。以上主梁施工方案可細(xì)化為具體施工步驟：①通過(guò)纜索吊機(jī)從兩側(cè)開(kāi)始逐步向中間吊裝中跨吊桿的吊架系統(tǒng)，并相應(yīng)掛設(shè)吊桿，以形成彈性吊架；待結(jié)束吊架系統(tǒng)安裝后將其兩端錨固于澆筑后并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的混凝土主梁端截面。②進(jìn)行各吊桿初張拉，以使其吊架系統(tǒng)線形滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)設(shè)置主梁預(yù)拱度；將砂桶抄墊于吊點(diǎn)處橫梁，以保證主梁橫向預(yù)拱度。③支立模板并綁扎鋼筋，從兩側(cè)開(kāi)始向跨中首次對(duì)稱澆筑箱梁混凝土，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行相應(yīng)節(jié)段預(yù)應(yīng)力束張拉。④在首節(jié)段混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，進(jìn)行下一節(jié)段模板支立及鋼筋綁扎，完成首節(jié)段預(yù)應(yīng)力束張拉后澆筑下一節(jié)段混凝土。如此循環(huán)往復(fù)，完成兩側(cè)至跨中剩余梁段混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力束張拉。⑤在環(huán)境溫度穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行中跨合龍段混凝土澆筑，張拉預(yù)應(yīng)力束，最終完成主梁合龍。⑥從兩側(cè)開(kāi)始依次向跨中拆除吊架體系；清理臨時(shí)荷載，二次張拉吊桿，并進(jìn)行主梁線形及吊桿索力微調(diào)，保證安裝精度。

2.2 吊架體系布置

拱內(nèi)吊桿區(qū)彈性支撐吊架系統(tǒng)包括吊桿、吊帶、承重橫梁、聯(lián)結(jié)系、砂桶、縱梁及分配梁、模板及預(yù)緊鎖定裝置等部分。其中，承重橫梁為30 mm厚、1 500 mm長(zhǎng)、1 500 mm寬的箱型截面，按照8 m間隔順橋向布置；小縱梁為16 mm厚、500 mm長(zhǎng)、200 mm寬的工字型截面，順橋向布置。聯(lián)結(jié)系為40b雙工字鋼；接長(zhǎng)吊帶長(zhǎng)200 mm、寬60 mm。以上鋼材全部采用Q345qB材質(zhì)。

3 吊索彈性吊架設(shè)計(jì)

3.1 彈性吊架設(shè)計(jì)

按照以上施工方案設(shè)計(jì)思路，該中承式提籃拱橋主梁吊索彈性吊架長(zhǎng)209.5 m，寬24 m，總重量達(dá)到1 608 t，包括底模、承重、限位結(jié)構(gòu)及預(yù)緊鎖定結(jié)構(gòu)等部分。其中，由底模分配梁、方木及竹膠板等組成的底模系統(tǒng)支撐于承重結(jié)構(gòu)上。拱橋主梁中跨設(shè)置吊桿區(qū)域吊索彈性吊架立面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。該體系中的限位結(jié)構(gòu)、預(yù)緊鎖定結(jié)構(gòu)、承重系統(tǒng)是主梁施工的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)，為保證主梁混凝土澆筑質(zhì)量，必須加強(qiáng)以上結(jié)構(gòu)間變形協(xié)調(diào)控制，同時(shí)解決吊架橫向抗風(fēng)問(wèn)題[2]。

圖1 吊索彈性吊架立面結(jié)構(gòu)

承重系統(tǒng)平聯(lián)、縱梁分別設(shè)置在橫梁之間及橫梁頂面，為保證澆筑后主梁節(jié)段和現(xiàn)澆吊架變形協(xié)調(diào)，抑制溫度作用，應(yīng)在橫梁頂面橫橋向交錯(cuò)布置縱梁，同時(shí)通過(guò)銷軸聯(lián)結(jié)橫梁和平聯(lián)。

在主拱C1吊桿斷面設(shè)置預(yù)緊鎖定結(jié)構(gòu)，并通過(guò)向錨筋施加一定的預(yù)緊力，使承重系統(tǒng)縱梁、端橫梁緊壓在主梁底面，有效連接中跨無(wú)吊桿區(qū)已澆筑主梁和吊索彈性吊架端橫梁。在拱上主梁現(xiàn)澆期間通過(guò)設(shè)置預(yù)緊鎖定結(jié)構(gòu)，可以起到順橋向吊索彈性吊架限位及約束兩端主梁轉(zhuǎn)角的作用，確保待澆筑混凝土和已澆筑混凝土的黏結(jié)效果。為加強(qiáng)主梁線形控制，主拱吊桿不設(shè)初張力，僅被動(dòng)承受豎向荷載[3]。

該中承式提籃拱橋主梁吊桿和接長(zhǎng)結(jié)構(gòu)全部為柔性結(jié)構(gòu)，為抑制其在主梁施工期間因遭受橫風(fēng)而引發(fā)橫向位移，必須將限位裝置焊接在承重系統(tǒng)端橫梁兩側(cè)，與已澆筑主梁牢固連接，并充分利用承重系統(tǒng)相鄰橫梁間的直、斜平聯(lián)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化系統(tǒng)橫向剛度，以增強(qiáng)吊架橫向抗風(fēng)性能。

3.2 吊架受力

主梁吊索彈性吊架和拱上主梁荷載最終由主拱承擔(dān)，故必須以主梁澆筑工況為計(jì)算工況，按照施工階段累加模型，展開(kāi)彈性吊架受力計(jì)算。

通過(guò)Midas/Civil軟件構(gòu)建該中承式提籃拱橋主梁吊桿施工過(guò)程有限元模型，其中，包括主梁、拱肋混凝土及鋼桁架等在內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)以及包括吊架體系、扣塔塔架等在內(nèi)的主要臨時(shí)結(jié)構(gòu)全部采用梁?jiǎn)卧M，吊桿、扣錨索則采用拉索單元模擬。主梁支撐橫梁處設(shè)橫向、豎向、縱向約束。扣塔底部及拱腳處設(shè)置固結(jié)約束。拱上立柱處則設(shè)置豎向支撐。模型共包括11 985個(gè)單元和5 870個(gè)節(jié)點(diǎn)。按照正裝分析法展開(kāi)彈性吊架搭設(shè)、主梁混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力束張拉、吊架拆除、索力調(diào)整等過(guò)程受力模擬；激活吊架體系和主梁節(jié)點(diǎn)后，得出各施工階段主梁位移變化以及最終累積量，并據(jù)此確定主梁預(yù)拱度[4]。

拱上主梁混凝土現(xiàn)澆以吊索彈性吊架為主要施工平臺(tái)，故必須展開(kāi)彈性吊架、主梁、吊桿及拱肋受力驗(yàn)算。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，彈性吊架在結(jié)構(gòu)自重+混凝土現(xiàn)澆施工+風(fēng)荷載下受力最為不利；橫、縱梁組合應(yīng)力最大值為184.1 MPa和175.9 MPa，剪應(yīng)力最大值為45.2 MPa和39.9 MPa，均未超出所使用鋼材應(yīng)力允許范圍。

在澆筑完成中跨吊桿拱上主梁、拆除彈性吊架并調(diào)整好主拱吊桿索力后，頂板混凝土主拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最大值為0.22 MPa和2.01 MPa；底板混凝土主拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最大值為0.67 MPa和2.56 MPa（見(jiàn)圖2）；拱肋外包混凝土頂緣拉應(yīng)力和壓應(yīng)力最大值為2.4 MPa和22.1 MPa；底緣拉應(yīng)力為0 MPa，壓應(yīng)力最大值為12.3 MPa，均符合規(guī)范。

圖2 底板混凝土主拉應(yīng)力和壓應(yīng)力

在進(jìn)行跨中4.0 m合龍段澆筑施工前，合龍口兩側(cè)主梁存在7 mm高差；完成合龍段澆筑后，通過(guò)吊桿張拉及主梁線形微調(diào)，將主梁高差降低至2 mm以內(nèi)，達(dá)到規(guī)范要求。

4 吊索彈性吊架安裝

該中承式提籃拱橋主梁吊桿吊索彈性吊架在專業(yè)制造廠預(yù)制，并運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)組拼為結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)纜索吊機(jī)整體吊裝；待完成主梁施工任務(wù)后，再使用橋面汽車吊和卷?yè)P(yáng)機(jī)將吊架分節(jié)段拆除。

4.1 安裝彈性吊架

將預(yù)制好的吊架散件運(yùn)輸至待施工橋梁拱座前方拼裝場(chǎng)地后，借助汽車吊機(jī)和纜索吊機(jī)組拼為吊裝單元?？紤]到所使用纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)吊重，為保證吊架安全，應(yīng)通過(guò)3根橫梁及相應(yīng)的平聯(lián)、縱梁、接長(zhǎng)吊具等組成吊裝單元，并將吊裝單元吊重控制在150 t左右。使用型鋼將接長(zhǎng)吊具疊壓在橫梁處，并借助精軋螺紋鋼錨固。

完成吊裝單元組拼后，通過(guò)纜索吊機(jī)與接長(zhǎng)吊具將吊裝單元起吊，并拱肋下方開(kāi)始起吊、縱向移動(dòng)至安裝區(qū)域（見(jiàn)圖3）。將上游及下游鋼拱肋下弦處的3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩從拱肋錨管中穿過(guò)，連接橫梁上成品吊桿端頭后牽引至拱肋下弦錨管上方并通過(guò)錨具錨固。此后在橫梁中穿過(guò)吊桿下端接長(zhǎng)桿并錨固。等全部橫梁所對(duì)應(yīng)吊桿均錨固好后，將橫梁接長(zhǎng)吊具卸除，并使纜索吊機(jī)退回至拱座拼裝場(chǎng)，開(kāi)始施工下一吊裝單元。待完成吊裝單元安裝施工后，還應(yīng)按要求安裝鄰單元平聯(lián)及相應(yīng)縱梁；并通過(guò)強(qiáng)對(duì)接措施截短、接長(zhǎng)處理，以調(diào)整高空安裝平聯(lián)長(zhǎng)度，確保焊縫質(zhì)量。

圖3 纜索吊機(jī)吊裝立面

為保證拱上主梁現(xiàn)澆施工線形滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，必須按照預(yù)拋高設(shè)置中跨吊桿區(qū)吊索彈性吊架高程。根據(jù)主梁澆筑施工階段至成橋階段累計(jì)位移反號(hào)推求主拱吊桿區(qū)內(nèi)橫縱梁體系吊架預(yù)拋高；在橫縱梁間設(shè)置高度為12~17 cm的砂箱以實(shí)現(xiàn)吊架預(yù)拋高處理。結(jié)合實(shí)測(cè)值，該中承式提籃拱橋拱上主梁線形高差最大值不超出5 cm。

4.2 拆除吊架

拱上主梁從兩側(cè)開(kāi)始依次向跨中對(duì)稱澆筑，各節(jié)段箱梁混凝土澆筑施工則從懸臂端開(kāi)始向已經(jīng)澆筑的混凝土端縱向推進(jìn)。待完成拱上主梁混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力張拉壓漿等施工任務(wù)后，按照設(shè)計(jì)要求卸載主拱吊桿接長(zhǎng)結(jié)構(gòu)張拉桿，以保證永久吊桿處于完全受力狀態(tài)，進(jìn)而從底模系統(tǒng)開(kāi)始，依次將吊架拆除。具體而言，先調(diào)整縱梁下方砂箱高度，將底模和拱上主梁底板徹底分離，再依次拆除竹膠板、分配梁、縱梁等系統(tǒng)，然后逐節(jié)拆除平聯(lián)。將大橫梁通過(guò)4組螺紋鋼筋與拱上主梁底板預(yù)留孔錨固于拱上主梁底部，同時(shí)將主拱吊桿處的接長(zhǎng)結(jié)構(gòu)拆除，切開(kāi)橫梁間對(duì)接焊縫。借助拱上主梁梁面卷?yè)P(yáng)機(jī)和50 t汽車吊將橫梁兩端吊住，持續(xù)放松卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩，使大橫梁轉(zhuǎn)變成豎向狀態(tài)后，起吊至拱上主梁頂面裝車，再依次拆除其余橫梁結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該提籃拱橋主橋中跨有吊桿區(qū)域拱上主梁混凝土按照吊索多點(diǎn)彈性支撐吊架現(xiàn)澆施工，吊架為施工過(guò)程提供了彈性支撐，并通過(guò)設(shè)置限位結(jié)構(gòu)、預(yù)緊鎖定結(jié)構(gòu)、承重系統(tǒng)，同時(shí)采用吊索彈性吊架預(yù)拋高、預(yù)緊鎖定、拱上主梁長(zhǎng)節(jié)段對(duì)稱澆筑等工序，使橫向抗風(fēng)、結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)及吊架限位問(wèn)題得到有效解決，為拱上主梁混凝土澆筑施工質(zhì)量控制提供了保證。按照文章設(shè)計(jì)思路，在橋下地面完成吊架吊裝單元組拼，并借助纜索吊機(jī)起吊安裝，同步展開(kāi)主拱吊桿安裝，進(jìn)而將流水作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫凶鳂I(yè)，工期大大節(jié)省，施工風(fēng)險(xiǎn)和成本也隨之降低。