大跨度现浇梁连续支架法施工控制技术

大跨度现浇梁连续支架法施工控制技术

纪国志

中铁建大桥工程局集团第六工程有限公司 吉林省长春市

【内容提要】 新建合肥至福州铁路为双线、电气化铁路客运专线，是我国《中长期铁路规划网》中重要组成部分，属国家的重大交通工程。为实现国家规划高速公路的要求，大跨桥梁越来越多，施工难度较大。系杆拱桥结构优美，与当地景观相统一。结合合福铁路安徽段站前二标96m钢管混凝土系杆拱桥为例，对大跨度现浇梁连续支架法施工关键技术问题进行阐述。

【关 键 词】 钢管混凝土系杆拱桥 连续支架法 地基处理 支架形式 沉降观测

工程概况

新建铁路合福线合肥至福州段铜陵长江大桥北引桥系杆拱桥，坐落于铜陵长江大桥北桥1057#墩和1058#墩之间，桥宽17.1m，跨径96m。区间里程为：DK121+989.569—DK122+089.769，跨越当地一条规划内高速公路，Ⅰ型板双块式无砟轨道，双线直线梁，线间距为5m。其中，钢管拱部分为96m系杆拱桥，设计时速为350km/h。

拱肋采用钢管混凝土哑铃形截面，拱肋钢管外径φ1000mm，壁厚16mm，上下拱肋中心距1米，拱肋钢管及腹板内灌注C55无收缩混凝土，拱肋及腹板均采用Q345qD钢板。拱肋之间共设5道横撑，拱顶处设X型撑。横撑用φ500mm、φ400mm、φ360mm的圆形钢管组成。

施工顺序

本桥采用先梁后拱的施工顺序，具体施工循序如下：

1、 基础及墩身施工。

2、 拱肋加工（选择资质强的厂家开始加工拱肋钢管）

3、 静压桩、条基施工

4、 系梁支架安装、模板钢筋安装、混凝土浇筑

5、 张拉系梁第一批预应力索

6、 拱肋支架安装、拱肋及横撑安装

7、 拱肋泵送无收缩混凝土

8、 拆除系梁上拱肋临时支架，安装吊杆并张拉

9、 张拉系梁剩余预应力索

10、拆除系梁支架，施工二期恒载

11、检测并调整吊杆力至设计值

12、施工拱脚二次混凝土

13、钢管外表面涂装，全桥施工完成

施工原则及要点

3.1施工原则

支架采用7跨连续梁的结构形式，跨度为：

10.05m+12m+15m+14.2m+15m+12m+10.05m。以最大跨度15m计算承重。

要点一：

1.隐蔽工程、墩身施工

2.静力压桩施工、条基施工

3.安装系梁支架、贝雷梁

4.支架预压

5.安装拱脚预埋件

6.预留跨中0.75m的合拢段，待昼夜温差变化平稳后再浇筑合拢

要点二：

1.混凝土养护15天待混凝土强度达到设计强度的95%时，交错张拉横向预应力索及第一 批纵向预应力束

2.在系梁上安装拱肋支架

3.对称安装各钢管节段、同时安装K撑横撑

4.注意拱肋线性控制

5.待拱肋合拢后，灌注拱肋混凝土，注意对拱肋及拱脚的位移监测

6.待拱肋混凝土强度达到80%，进行质量监测，发现空隙及时进行处理

要点三：

1.待拱肋混凝土强度达到90%后，拆除系梁上的临时支架，即可安装吊杆

2.吊杆安装完毕后，调直吊杆，并进行吊杆初张拉

3.张拉系梁剩余预应力束

要点四：

1.拆除系梁支架，施工二期荷载

2.吊杆二次张拉至设计值

3.浇筑拱脚二次混凝土

4.涂装拱肋面漆

5.全桥施工完毕

关键部位质量控制

4.1 地基处理

地基处理采用静力压桩形式，管桩采用PHC预应力管桩，混凝土等级为C80。每个条基设置14根预应力管桩，单桩承载力210T。条基采用7跨连续形式布置，条基顶面与承台顶面一平，跨度为10.05m+12m+15m+14.2m+15m+12m+10.05m。条基长19m、宽2m、高1m。管桩顶面伸入条基10cm，条基顶面与承台顶面相统一。管桩顶面以下1.5m处用托板和钢筋笼浇筑混凝土做加强处理。

由于静压机自重较大，压桩前先做好地基换填工作。测量定位后开始压桩，压桩过程中应连续静压，管桩间采用CO₂气体保护焊，并做好防风措施，焊缝饱满无孔洞。焊接完毕后停留10分钟待焊缝冷却后方可继续压桩。全桥管桩静压完毕后做静载试验，共计三根。荷载达到4200KN后静载24小时方可泄压。

(1)基础承载力计算:

承台尺寸为19m*2m，厚1m。作用在承台上的力为所有支反力之和。

因最大支反力为2289kN，故要求预应力混凝土管桩与承台基础的承载力不小1600t，承台下为14根直径为40cm的预应力混凝土管桩，故每根桩至少承受1600/14=114.3t。

——桩的轴向允许承载力，取1143kN

——桩身截面周长，

——桩底支撑面积

——影响系数，打入桩其值为1

——系数，取1.0

——桩周土的极限摩阻力，淤泥质黏土取30kPa，细砂取65 kPa

——各土层厚，淤泥质黏土厚20m，即l1=20m。

——桩尖土的极限承载力，细砂取3500 kPa

把个数值代入公式得，l2=13.3m，所以桩长为20+13.3=33.3m

取35m。

单桩承载力为：

4.2 支架形式

支架采用7跨连续梁的结构形式，基础上布置两排14根φ53*1cm钢管，与静压桩同轴，间距2.9x2+2.5x2+2.9x2m。全桥共计112根。同时管柱之间上下纵横之间均以两道[14的槽钢作为剪刀撑，加强连接。系梁两端实体段纵桥向长8m，自重较大，单个实体段约430m³，故将支架主要受力重点置于主墩承台上。每排钢管桩上布置2根I40工字钢，长1.8m，全桥56根，作为第一道支撑梁。上部设置双螺母刚楔块，全桥56块，做调整标高落架使用。其上布置2根I56工字钢，长18m，接头处用φ16钢板焊钉形式焊牢，全桥7根，作为主分配梁。其上放置40排321贝雷梁（端部加宽处各加1排），两个一组用标准联结件联结。贝雷梁上放置纵梁，采用12cm*12cm方木，间距50cm。管柱与分配纵梁工字钢及槽钢剪刀撑之间均焊接相连，组成整体刚性框架结构，增强整体受力性能。

支架形式大样（纵向）

4.3 贝雷片纵梁

56工字钢上搭设以贝雷片连接所组成的纵向承重梁，贝雷梁采用标准3000mm*1500mm工具式贝雷片，单片长3m，高1.5m。纵桥向两节贝雷片之间使用销子相连，与钢管柱对应布置。横桥向按箱梁具体结构布置，中腹板及底板下采用单层双排贝雷梁,边腹板由于不仅承受箱梁自重，同时承受混凝土钢管拱肋自重及拱肋支架重量，故在箱梁的两个边腹板下布设双排单层贝雷片，加强其受力能力。两贝雷片纵向每3m使用厂家配套生产的450支撑架，贝雷梁品与品间每6m使用自制420花架连接把贝雷片连接成整体，使每排贝雷片受力较为均衡。

作用在贝雷梁上的荷载；包括系梁自重,拱肋自重,吊杆自重,竹胶板自重，工钢自重，方木自重,贝雷梁自重，吊车重,桥上人群荷载。

对贝雷梁加载时,有如下几种情况:

(1) 梁端+吊杆+空箱底板

(2) 梁端+吊杆+空箱中腹板

(3) 梁端+吊杆+空箱边腹板

但是在腹板下的贝雷梁间距比底板下的贝雷梁间距小一倍,故只需检算梁端+吊杆+空箱底板。

支架预压及沉降观测

5.1 支架预压原理

为检验支架整体稳定性及支架基础的实际承载能力，克服砼浇筑过程中支架不均匀沉降，避免箱梁混凝土因支架不均匀沉降而出现裂缝，支架使用前须全程预压，不能以一孔预压取得的经验数据推概全桥。静压2d(48h)以上及达到沉降稳定状态1d(24h)以上，沉降稳定标准：24h沉降不超过1mm。底模预拱度的设置为保证纵梁成梁以后的线形。

梁体底模预拱度设置考虑了以下因素：支架梁墩柱的弹性变形、墩柱接缝之间的非弹性变形、底模非弹性变形、临时支墩的沉降及温度等诸多因素的影响。

5.2 加载及观测

按照设计要求，压载重量不小于梁体重量的1.2倍，加压顺序为两段为一组平推预压，压载前在分配梁跨中位置及钢管柱上布设好观测点，定期测量相应观测点的标高。

压载方法如下：在铺设好底模的支架上，按提前计算好的箱梁各部位荷载及施工荷载的重量，对应放置与其等重的砂袋实现加载。加载宜分四级进行，即25%、50%、75%和100%的加载总重。

每级加载后均静载1小时，测量各阶段的支架沉陷量，卸载至试验范围内梁板重量时，测量支架的反弹值，沉降测量采用高精度水准仪，测定观测点上固定标记的高程值，记下各阶段的高程值，然后计算出沉降量。若沉降量不满足最小沉降要求，则需对基础和支架采取加固措施，再进行试验，直到满足设计要求为止，其余各跨基础处理和支架搭设均以此试验为参考标准进行。

观测点布置（一孔）

5.3 卸载

最后连续两天的观测数据若基本不变，即绘出沉降曲线图上报监理工程师批准后，方可卸载。在完全卸载后，必须观测支架及地基弹性变形，直至回弹稳定，稳定状态以在卸载后1～2天内连续观测3次数据基本不变为准，并绘出支架地基反弹曲线图上报监理工程师批准后，方可进行系梁的钢筋模板安装工作。

拱肋质量控制

6.1 拱肋预拼线性控制

预拼场地应混凝土硬化处理，φ16×1600×6000钢板，确保无沉降。底部用工20、工25工字钢起高500㎜左右，并用水准仪找平。（见拱肋拼装平台示意图）然后在平台上按1：1比例放出两面拱肋的平面大样。结合全站仪放样进行人工放样，并用彩笔、冲子做好标记，为便于钢拱焊接。

拱肋拼装平台示意图

6.2 焊接质量控制

所有焊缝质量必须均符合设计要求和相关规范的焊缝要求，并在焊接24小时后先进行外观检查，检查焊缝的实际尺寸、表面有无气孔、咬边、夹渣、裂纹、焊瘤、烧穿及未融合和未焊满的陷槽等缺陷。然后在外观检查的基础上按设计要求进行100%超声波探伤、不低于10%X射线探伤等内部质量检验。对焊缝内部质量及超声波探伤质量需符合《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）的要求。外观检查和超声波探伤结果有不允许的缺陷时，按有关规定，进行焊缝磨修及返修焊，返修后按原有检测方法再探伤。

安全措施

出入现场必须佩带安全帽，高空作业人员必须佩带安全带。

设置专用上梁通道，通道由全钢材制造，通道长5m，宽3m。底部支撑在混凝土地面上并用钢筋锚定，增加其整体稳定性，通道用防护网进行全围形成密闭空间。梁上边缘设置工作平台，用5cm钢管2m一道设置护栏并用防护网进行全围，20m一组设置安全警示牌。

结束语

以上施工经验总结源自合肥至福州安徽段合福铁路站前二标段，标尾96m下承式钢管混凝土系杆拱桥的施工中的技术控制。在同标段系杆拱施工中名列前茅，起到了模范先锋带头作用。实践表明设计合理，简便易行，施工周期短，降低工程成本明显，保证了施工连续性和施工进度，目前已取得了良好的社会和经济效果，本文对下承式钢管混凝土系杆拱桥形成了总结，供同类施工中借鉴。

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