先拱后梁系杆拱桥中横梁预制吊装施工技术

刘晓青

摘要： 根据无支架先拱后梁系杆拱桥的施工工艺特点，提出中横梁预制安装技术，从预制、运输、吊装、就位固定、湿接缝施工等方面进行详细阐述，并对临时结构进行准确的受力分析计算，既降低施工投入又能确保了施工安全。

Abstract： Based on the characteristics of construction technology of trackless arch-before-beam tied arch bridge， the prefabricated installation technique of mid-beam is proposed. The pre-fabrication， transportation， lifting， in-situ fixation and wet joint construction are described in detail. Accurate force analysis is carried for the temporary structure， which not only reduce construction investment but also ensure the construction safety.

关键词： 拱桥；中横梁；预制吊装；施工技术

Key words： arch bridge；middle beam；prefabricated lifting；construction technology

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）08-0162-03

0 引言

目前，钢管混凝土系杆拱桥在我国高速公路、高速铁路及市政道路中得到了广泛的应用，但不管其系杆拱桥的结构形式和跨度怎么变化，其施工方法不外乎支架法和无支架两种，究其施工顺序也无外乎先梁后拱和先拱后梁。高速公路系杆拱桥梁部结构较多采用纵横梁+桥面板或中横梁+桥面板结构形式。对于在通航要求高的大江大河修建钢管混凝土系杆拱桥，采用无支架先拱后梁的施工方法对降低工程施工成本和最大限度减小施工对通航的影响，能较好地实现纵系梁、中横梁及桥面板的预制吊装施工，减少水上施工作业时间，加快建设速度。

1 工程概况

嘉金高速公路吴淞江大桥全长469.222m，跨越吴淞江时采用1-85m下承式钢管混凝土系杆拱梁组合桥。系杆拱桥为左右幅分离式桥梁，全桥由4根钢管拱肋、14根横撑、64根吊杆、4根纵系梁、4根端横梁、32根中横梁和34块湿接缝混凝土桥面板组成。钢管拱肋采用哑铃型断面，钢管内泵送顶升C50微膨胀混凝土，纵系梁为后张法预应力钢筋混凝土结构，采用箱型断面，高为1.6m，宽为1.4m。中横梁为预应力钢筋混凝土“T”型梁，顶板宽3m，腹板宽度0.9m，梁高1.45m，全长16.05m，吊杆和中横梁间距均为5m。

为保证吴淞江通航要求，主桥采用先拱后梁无支架法施工。具体施工顺序为先施工端横梁和拱脚→浮吊安装钢管拱和横撑→钢管拱内顶升C50混凝土→安装吊杆→浮吊吊装纵系梁，浇筑湿接缝混凝土及施加预应力→浮吊吊装中横梁，浇筑两端湿接缝→吊模浇筑桥面板混凝土→调整吊杆拉力→桥面铺装施工。

2 中横梁预制吊装

2.1 中横梁构件预制

在吴淞江北岸设预制场，设置4个中横梁台座。存梁轨道垂直于河道，第一片梁中心线距离河道边缘小于10m，以满足浮吊作业要求。预制梁段强度达到设计强度的80%后，用千斤顶顶起，放入移梁滑板，用倒链牵引，沿存梁轨道运至存梁区域，并用油漆编号。用千斤顶起顶时，为防止损坏、裂纹，起顶位置应靠近吊点附近。存放時，基础应坚实，支点靠近吊点部位，防止沉陷，预防受力不均，导致裂纹。

中横梁预制节段长为14.85m，重66t，在中横梁顶面预埋4组？准32吊环钢筋，吊环钢筋露出混凝土面20 cm，距离梁端1.5m，间距50 cm，对称分布于构件上。同时为了安装时固定定位，横梁两端向内50cm腹板两侧各预留一个？准100mm的孔洞。

2.2 中横梁安装设备、机具

110t和80t浮吊各1台； 150T驳船一艘；贝雷桁架384片，连接件若干；2[20a槽钢横梁长1.5m128根；？准32mm冷拉Ⅳ级钢筋128根×4.3m，螺帽256个。

2.3 中横梁安装顺序

由于纵梁已安装并浇注湿接头混凝土成为整体，因而浮吊在桥下调头困难，为了充分发挥浮吊的作业效率，实现良性安装顺序，加快施工工期和缩短封航时间，经设计同意，根据本桥位实际情况，左右幅桥的安装顺序详见图2所示。

2.4 中横梁转运及吊装

全桥32根中横梁预制段全部在北岸桥位西侧存梁场存放，1台80t的浮吊负责从岸上起吊装入150t驳船内，随着中横梁的安装速度，岸上由人工用手动葫芦将中横梁不断拖至岸边浮吊安全起吊范围内。

中横梁运输到设计桥位下方后，再用浮吊吊起至设计位置，用4根直径为32mm的冷拉Ⅳ钢筋通过上下槽钢扁担横梁将中横梁固定在支承于左右纵系梁上的贝雷梁桁架上，详见图3和图4。

检查中横梁的顶面标高无误后，松绳解钩，即完成中横梁安装。、中横梁初步定位后，对贝雷梁的挠度和中横梁的标高进行测量、若偏差较大，再用浮吊将中横梁慢慢提起，通过拧进4根？准32mm的冷拉Ⅳ级钢筋上的螺帽调整好中横梁的标高，完成中横梁的标高控制。

半幅桥贝雷梁长度分18m和9m长两种，18m长贝雷梁14组，用于中间14根中横梁的承重梁，9m长贝雷梁4组，用于靠近端横梁的2根中横梁的承重梁。18m贝雷梁的拼装架设方法。首先在岸上拼装完成12m，随同余下的4片桁架及连接件一起利用汽车吊江拼装好的贝雷梁放置到中横梁上，用钢丝绳固定在中横梁上。等到中横梁到达设计位置后，再完成两端各3m桁架的拼装和连接，形成整体受力框架，然后利用浮吊落座在纵梁上的混凝土基座上。见图5。

贝雷梁支座采用C25混凝土，每根贝雷梁下设4个，支座长度和宽度均为50cm，内拱下贝雷梁支座高度为15cm，边拱下贝雷梁支座高度为45cm。支座顶面应平整，同一头的顶面标高应控制在2mm之内。

靠近端横梁的南北各2片中横梁均采用2台浮吊进行安装，其他中横梁的均采用1台浮吊安装，即110t浮吊1台停靠在边拱外侧，趴杆从吊杆间的5m宽范围伸入到中横梁正上方，起吊安装。

2.5 纵横梁连接

中横梁全部安装就位后，可进行两端与纵系梁湿接头钢筋、波纹管连接，然后安装模版浇筑湿接缝混凝土，待混凝土强度满足设计要求后在进行中横梁预应力张拉和压浆施工，最后拆除上方的贝雷桁架。

2.6 中横梁安装杆件受力检算

2.6.1 贝雷梁受力验算

中横梁自重按68.6t，吊点距贝雷梁端2.1m计算，每个吊点荷载P=68.6t/4=17.15t，力学模式如图6。

贝雷梁承担最大弯矩和剪力：

弯矩Mmax=171.5*2.1=360.15kN·m<1687.5kN·m。剪力Qmax=171.5kN<245.2kN。

2.6.2 扁担梁受力验算

扁担梁均采用2[20a槽钢组合梁，上下进行局部横向焊接加强，保证稳定性和提高受力能力，角焊缝高度为8mm。

[20a槽钢截面特性：Wx=178.0cm3，Ix=1780.4cm4，Sx=104.7cm3，d=7mm

下扁担梁受力计算，下扁担采用2根2[20a槽钢组焊件设计，受力力学模式如图7。

中横梁自重68.6t，腹板宽度0.7m。

中横梁自重产生的集中荷载P=171.5kN

剪力Q=171.5kN

弯矩Mmax=Q*a=171.5*0.3=514.5kN·m

弯应力σw=M/Wx=144.5MPa<[σw]=145MPa。

剪应力τ=（QSx）/（2Ix*d）=72.0MPa<[τ]=125MPa。

局部压应力σy=Q/（tw*L1）=86.8MPa<[σy]=320MPa。

挠度ω=17.15*104*0.3*（3*1.22-4*0.32）/（24*E*Ix）=1.2mm<1.2/400=3.0mm。

上扁擔梁受力计算力学模式如图8。

Q=R=171500N

弯矩Mmax=25725N·m

[20a槽钢截面特性：Wx=178.0cm3，Ix=1780.4cm4，Sx=104.7cm3，d=7mm

弯应力σw=M/Wx=71.5MPa<1.05[σw]=225MPa。

剪应力τ=（QSx）/（2Ix*d）=72.0MPa<[τ]=125MPa。

局部压应力σy=Q/（tw*L1）=86.8MPa<[σy]=320MPa。

挠度ω=Q*0.152*0.9*（3+2*0.15/0.9）/（6*E*Ix）

=0.26mm<0.9/400=2.3mm。

综合以上验算，上扁担梁受力安全可靠。

2.6.3 中横梁固定调整连接钢筋强度验算

？准32mm冷拉Ⅳ级钢筋允许拉力计算：

[N]=A*[σ]=8.043cm2*700MPa=563010kN=56.3t。

中横梁自重按68.6t考虑，每根中横梁通过4根？准32mm冷拉Ⅳ级钢筋上下连接上下扁担梁固定，每根钢筋承受拉力17.15t<56.3t，满足要求。

2.7 安全保证措施

①成立以项目经理挂帅的安全生产领导小组，具体指导、检查各作业队的安全生产活动。

②吊装之前应封航，由航道部门负责配合，在上下游各派一艘巡逻船，进行警戒巡逻。

③吊装中横梁时，必须轻吊轻放，置于驳船上时与船重心重合，同时支撑稳固，严禁偏载和梁体倾翻毁坏或伤人。

④所有水上作业人员，身着救生衣。

⑤起重设备操作人员必须听从起重指挥的调动，做到协调一致。

⑥吊装就位后应及时进行钢管及安全网防护。

⑦工点技术干部跟班作业，及时确定停吊时的各种参数。

⑧各种作业人员必须经考试合格后持证上岗。

⑨吊装设立指挥小组，由专人统一指挥，其它人不得干预。专职安全员负责督促各项安全措施。

⑩贝雷梁随中横梁一起吊装，应捆绑牢固，防止松扣、脱扣现象，起吊前应仔细检查。

3 结束语

无支架先拱后梁施工技术解决了航道上系杆拱桥施工支架搭设和占用航道影响通航的诸多技术难题，充分体现了浮吊水上吊装作业的优越性，中横梁采用预制吊装施工工艺简单，便于操作，很好地解决了水上进行中横梁现浇支架搭设拆除及预压等诸多技术难题，整个施工过程桥梁受力清晰，临时悬挂中横梁的贝雷梁桁架占用时间短，减少了其他大型安装设备的投入，加快施工进度，减小施工成本。

参考文献：

[1]陈宝春.钢管混凝土桥设计与施工[M].

[2]黄绍金，刘陌生.装配式公路钢梁多用途使用手册.

[3]赵军舰.系杆拱桥吊杆评价方法研究[J].交通标准化，2013（07）.