东莞水道连续梁拱钢管拱竖转体系总体设计

刘娜汤池

（湖南高速铁路职业技术学院 湖南 衡阳 421001）

1 工程概况

东莞水道特大桥跨东莞水道主桥上部为预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构，标准跨度为（100+180+100）m，钢管拱设计矢高f=36.0m，矢跨比f/L=1/5，拱肋采用等高度哑铃形截面，截面高度3.0m，里程为GDK6+306.885～GDK6+686.885。主桥上部箱梁平面位于直线段上，线间距4.4m，纵坡GDK6+350之前纵坡G=4‰，GDK6+350之后纵坡G=0，竖曲线半径R=10000m。

主桥采用“先梁后拱”法施工。主要施工步骤为：支架法浇筑0#块；利用挂篮悬臂浇筑1～21#段；边跨合龙；中跨继续悬臂浇筑至22#段；中跨合龙并拆除临时支墩；以桥面为工作面，搭设胎架、卧拼钢管拱；拼装竖转塔架，竖转钢管拱到位；合龙嵌补段，固结拱脚；依次泵送拱肋上弦管、下弦管、缀板内自密实混凝土；按设计顺序张拉吊杆，调整吊杆力；张拉主梁后期钢束；施工桥面系；调整吊杆索力到成桥状态。

2 钢管拱设计简介

莞惠城际轨道设计时速200km/h，东莞水道特大桥主桥跨越东莞水道（Ⅲ级航道），设计为（100+180+100）m连续梁拱桥。

图1 东莞水道特大桥连续梁拱桥断面图

拱肋采用钢管混凝土结构，计算跨度L=180.0m，拱轴线采用二次抛物线，设计拱轴线方程：Y=(-1/225)X2+0.8X。拱肋于拱顶设置最大10cm预拱度，施工矢高f=36.10m，施工拱轴线方程：Y=-0.00445679X2+0.802222X。拱肋实际施工均采用施工拱轴线制作和拼装。拱肋弦管直径Φ1.0m，由δ=20mm的钢板卷制而成，弦管之间用δ=16mm厚钢缀板连接，拱肋弦管及缀板内填充自密实混凝土。两榀拱肋间横向中心距11.2m(桥面宽12.6m)。两榀拱肋间共设9道横撑，横撑均采用空间桁架撑，各横撑由4根Φ610×14mm主钢管和24根Φ406×12mm连接钢管组成，钢管内部不填混凝土。吊杆顺桥向间距9m，全桥共设17组双吊杆。

图2 拱肋分段图（单位：m）

拱肋及风撑竖转时，先竖转惠台（右）侧的小半拱，再竖转莞台（左）侧的大半拱，两侧拱肋竖转到位后，安装嵌补段，完成拱肋合拢。

3 竖转体系总体设计

竖转体系包括：塔架（塔身、连接系、塔帽、塔脚），提升索，后背索，压塔索、提升吊点，后锚结构，提升千斤顶、支架及泵站，计算机控制系统等部分组成。

3.1 塔架

塔架设计高度约50m，塔身利用六五式军用墩进行拼装，横、纵桥向军用墩采用3*3单墩组合，横、纵桥向宽度均为4m。塔脚采用固结形式，塔脚设置特制变截面连接段，底部与拱座混凝土内预埋件连接，上部连接军用墩标准节段。连接系采用军用墩标准节段和特制调节件——由槽钢组合焊接而成，塔高范围内设置5道。塔顶设塔帽，塔帽采用Q345B钢板焊制而成。塔帽一端与提升索、压塔索连接，一端与后背索连接。

3.2 提升索

每半榀拱肋采用四束钢绞线进行提升，提升索1布置2台200t提升千斤顶，采用19Φ15.24钢绞线进行提升；提升索2同样布置2台200t提升千斤顶，采用9Φ15.24钢绞线进行提升；提升索3布置2台350t提升千斤顶，采用23Φ15.24钢绞线进行提升；提升索4布置2台200t提升千斤顶，采用11Φ15.24钢绞线进行提升。

3.3 后背索

每边塔架设置两束背索，后背索一端连接塔帽，一端连接梁端底锚千斤顶支架。后背索1布置2台200t提升千斤顶，采用19Φ15.24钢绞线进行塔架垂直度调整；后背索2同样布置2台200t提升千斤顶，采用11Φ15.24钢绞线进行塔架垂直度调整；后背索3布置2台350t提升千斤顶，采用23Φ15.24钢绞线进行塔架垂直度调整；后背索4布置2台200t提升千斤顶，采用11Φ15.24钢绞线进行塔架垂直度调整。

3.4 压塔索

塔架与塔架之间设置两束压塔索，便于调整塔架的垂直度。压塔索共布置2台100t提升千斤顶，采用9Φ15.24钢绞线进行调整。

3.5 提升千斤顶及支架、泵站

本桥设计共布置18台提升千斤顶，其中：4台350吨提升千斤顶、12台200吨提升千斤顶、4台100吨提升千斤顶；设置18个提升支架，4台350吨提升千斤顶支架、12台200吨提升千斤顶支架、2台100吨提升千斤顶支架；全桥共设置6台液压泵站。

3.6 提升吊点的设置

每半榀拱肋设置4个吊点，半拱中间吊点为吊点A，跨中吊点为吊点B。吊点设计采用插入弦管内十字型钢板焊接，吊点耳板四周焊接十字加劲肋，弦管内加设环形加强箍。详细定位由拱肋横撑和总布置图共同确定，原加劲钢箍位置做适当调整。焊接采用双面坡口焊，只能从单面焊接的焊缝采用单面坡口焊，焊接质量不低于《钢结构工程施工验收规范》GB50205一级。

图3 东莞水道桥拱肋竖转立面布置图

3.7 后锚结构

本桥大小里程梁端共设置4个350t、4个200t底锚锚座。梁端内预埋钢板及精轧螺纹钢与底锚锚座进行焊接及锚固，支架位置处混凝土内采用5层钢筋网片进行加强，支架预埋钢板采用δ30mm厚钢板，每块预埋钢板底部四周设置10道L125*14mm角钢定位，提升过程中，为加强混凝土的抗拔力，采用精轧螺纹钢将梁端与墩身连接成整体。

3.8 计算机控制系统及其他

本桥桥面设置钢管拱竖转计算机控制中心，每个提升吊点下面均布置一台距离传感器，千斤顶处设有油压传感器，在提升过程中这些传感器可以随时测量当前的构件高度，并监测每个提升吊点的载荷变化情况。主控计算机除了控制所有提升千斤顶的统一动作之外，还必须保证各个提升吊点的位置同步。在提升体系中，设定主令提升吊点，其它提升吊点均以主令吊点的位置作为参考来进行调节。

对跨度较大的大型钢结构进行竖转，无论是位置控制，还是荷载控制均有较高的难度。计算机控制液压同步提升技术为确保钢结构的安全施工提供了保障。

4 结语

依据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）， 在充分分析荷载工况，按照sap2000(14.1)计算程序建模的基础上完成了东莞水道连续梁拱桥钢管拱竖转体系总体设计。经过实践检验，所有工作参数均在控制范围之内。并在整个过程中未出现任何意外状况。竖转体系的总体设计为东莞水道连续梁拱桥钢管拱的施工提供了有利的施工保障，也为我们以后的大型拱桥转体法施工积累了经验。