无支架先拱后梁系杆拱桥施工技术

张瑞森

【摘 要】详细介绍上海市嘉(定)金(山)高速公路吴淞江大桥主跨85 m系杆拱桥采用无支架先拱后梁施工技术,从端横梁和拱脚施工、钢管拱制作安装、钢管拱内混凝土顶升、系梁和中横梁预制安装、吊杆张拉、施工过程中水平力控制等方面进行了阐述.

【期刊名称】《铁道标准设计》 【年(卷),期】2005(000)007 【总页数】5页(P49-53)

【关键词】公路桥;无支架;先拱后梁;系杆拱桥;施工技术 【作 者】张瑞森

【作者单位】中铁十二局集团三公司,太原,030024 【正文语种】中 文 【中图分类】U445.4 1 概述

系杆拱桥以梁式桥为基体，通过系梁(即加劲纵梁)大吨位预应力筋承担拱的水平推力，利用钢管混凝土拱对梁桥的弯矩进行加强，不仅技术经济指标先进，造价低廉，同时桥型美观，从而实现桥梁结构轻型化和提高桥梁跨越能力。尤其是在河面宽100 m左右的情况下，采取一跨过河方案，可以避免水中墩的施工，减少施工难

度，缩短工期，降低造价。其按施工方法分有支架施工和无支架施工，按施工顺序分为先拱后梁和先梁后拱两种方法。 2 工程概况

上海A5(嘉金)高速公路吴淞江大桥主跨采用85 m的下承式系杆拱桥跨越吴淞江，桥宽36.5 m；钢管拱肋为φ90亚铃式钢管拱肋，材质为Q345C钢，桥轴线处拱顶高程为28.211 m，外侧拱顶高程为27. m，拱肋高2 m，矢跨比为1/5；全桥钢管拱共4根，风撑14根，桥面铺装设置2%横坡，梁顶面高程桥中心线处为11.162 m，外侧为10.841 m，左右钢管拱肋中心间距为17.25 m，端横梁高为2.66 m，单片拱肋质量为65.806 t，单根风撑重8 t；拱肋焊接采用坡口焊，OVMDS(K)7-55吊杆共有根，预制系梁共有28块节段，每段长9 m，重28 kN，中横梁32根，每根长14.85 m，重68 kN。系梁采用箱形梁，中横梁采用T梁，主桥采用LQZ-17500 kN系列球型钢支座。吴淞江最高通航水位为3.50 m，梁底高程为8.80 m，河道平均水深约2 m。防汛墙底座临河面顶面高程为2.4 m，设计河道斜坡设置为1∶3。 3 总体施工方案及工艺流程 3.1 总体施工方案

在主桥施工过程中，系梁成形之前，需要设置临时支墩支撑拱脚0号块重量和平衡临时索偏心、拱脚转动等因素产生的荷载。端横梁底部前后两侧设临时钢筋混凝土限位块，支座在桥梁施工过程中产生较大位移，防止破坏，端横梁采用满堂支架，拱脚采用型钢支架固定，端横梁和拱脚混凝土一次浇筑成型。钢管拱按照设计要求的线形进行厂制，分段运输至现场进行拼装成型，利用浮吊进行单片钢管拱整体安装，缆风绳临时固定。钢管拱内顶升C50微膨胀混凝土；系梁和中横梁均采用现场预制，浮吊安装，现浇湿接头混凝土，张拉体内钢绞线。利用系梁上部4束7φj15.20钢绞线作为施工过程中的临时水平索，分次分批张拉，克服拱脚处的

水平推力，最终转换成系梁体内永久索。吊杆张拉采用张拉千斤顶一次张拉到设计要求索力值。 3.2 工艺流程(图1)

图1 无支架先拱后梁系杆拱桥施工工艺流程 4 施工方法

4.1 临时支墩施工(图2)

临时支墩采用钢筋混凝土结构，顺桥向布置，与主墩中心距3 m，临时支墩边缘距承台边缘10 cm，横桥向位于拱肋中心线上，截面为80 cm×60 cm。墩顶设聚四氟乙烯滑板，通过预埋件墩顶支座竖向支撑系梁拱脚0号块。临时支墩与主墩之间采用2根[28a槽钢联结，主墩设预埋件，脱模后焊接。临时支墩主筋为28φ22Ⅱ级钢筋，主筋间距8 cm，埋入承台1 m，箍筋为φ12钢筋，间距10 cm，采用C30混凝土。临时支墩在成桥后拆除。 图2 拱脚临时支墩及支座限位装置 4.2 支座安装(图3) 图3 支座安装示意

全桥共有QZ17500GD支座2个，QZ17500ZX支座2个，QZ17500DX支座4个。支座与端横梁及墩台采用预埋螺栓连接。支座安装步骤如下。 第一步：支座开箱并检查装箱清单及合格证。

第二步：安装支座板及地脚螺栓。在下支座板四角用钢楔块调整支座水平，并使下支座板底面高出桥墩顶面20～50 mm，找正支座纵、横向中线位置，使之符合设计要求。用环氧砂浆灌筑地脚螺栓孔及支座底面垫层。

第三步：环氧砂浆硬化后，拆除支座四角临时钢楔块，并用环氧砂浆填满抽出楔块的位置。

第四步：在端横梁混凝土达到设计强度后，在张拉端横梁预应力筋之前，拆除上、

下支座连接板，以防止约束梁体正常转动。

第五步：拆除上、下支座连接板后，检查支座外观，并及时安装支座外防尘罩。 4.3 端横梁及拱脚施工

端横梁为高2.5 m、宽3.59 m钢筋混凝土实体梁，两端与系梁0号块固结。系梁0号块为预应力钢筋混凝土实体，上部拱脚处设有法兰盘形式封端钢板及锚固角钢，中部设有预应力张拉索，下部设有球形钢支座及临时支墩，受力复杂，安装精度要求高，施工难度较大。全桥共4个端横梁，8个系梁0号块。

拱脚预埋件安装定位采用稳定的型钢支架，拱脚钢板的空间位置采用全站仪进行坐标和高程监控，利用倒链葫芦进行调整，缆风绳固定，在拱脚钢筋绑扎完毕后进行复测调整，确保拱脚位置准确。

由于端横梁及系梁0号块钢筋较密，钢筋在加工和安装过程中，应确保制作、安装精度达到规范和设计要求。钢筋安装前应在底模上划线布位，并根据混凝土浇筑程序，预留混凝土浇筑孔及振捣孔位，保证钢筋既符合设计要求，又能满足施工需要。

拱脚钢筋较为密集，混凝土施工较为困难，为保证结构质量，端横梁和拱脚混凝土宜一次性整体浇筑。可在拱脚顶面预留天窗，方便振捣工人和混凝土泵管进入拱脚内部进行施工；同时，拱脚周围安排多台振捣棒进行联合振捣，从而确保拱脚施工质量。

为考虑桥梁上部施工期间的支座限位，在每个拱脚前后，端横梁下前后各设高1 200 mm，宽800 mm，厚600 mm的C50钢筋混凝土临时挡块，与端横梁混凝土一起浇筑。 4.4 钢管拱制作

钢管拱及风撑均采用厂制，由于钢管拱成二次抛物线型，矢跨比为1/5，单拱运输困难，一般须结合运输条件和运输能力进行厂内分段成型，分3段运输到现场进

行现场拼装。

4.5 钢管拱和风撑安装

(1)现场拼装。拼装场地应平整硬实，拼装胎座设置应满足拱肋设计二次抛物线加预拱度的要求，拱肋切割焊接时应考虑温度的影响，拼装好的钢管拱应根据拱脚间的实际距离进行两端修正，同时考虑安装时的温度变化，略留少许修正余量，在安装后进行二次准确修正，确保钢管拱线形符合设计要求。

(2)安装方法。单片拱肋在河岸拼装场地拼装完毕后，将缆风绳捆绑到拱肋上，用浮吊进行两点起吊(吊点间距20 m，包箍吊点)，同时，两端采用较大吨位的吊车进行配合完成拱肋翻身，消除拱肋端部与胎座或地面碰撞产生变形；浮吊吊起拱肋行至拱脚正上方，浮吊徐徐松钩；当拱肋一端与拱脚钢板贴紧时，立即进行点焊固定，另一端由人工利用倒链葫芦将其拉至拱脚对位，测量检查拱肋轴线，浮吊结合缆风绳进行调整，锁定缆风绳，浮吊松钩，拆除吊点装置，进行拱脚焊接，完成单片拱安装。安装完2片拱后，随即安装焊接风撑，拆除缆风固定设施。 (3)采用2点对称吊装时对吊点要求：

①根据钢管拱肋的几何特性建立模型，考虑拱肋自重、吊杆处加劲板重量及支架重量，选取吊点位置(拱肋1/3点内侧)，钢丝绳最小角度为60°(困难条件下不得小于45°)。对拱肋进行受力计算分析，确保不论是起吊阶段两点同时受力工况下，还是拱脚一端就位时(该边的钢丝绳松弛)工况下，拱肋在起吊过程中的内力能够满足施工阶段内力要求，拱脚的水平位移在安装过程中应始终向内侧，满足安装需要。 ②在内力均能满足施工阶段内力要求的前提下，主要比较拱脚向内侧的水平位移。吊点水平间距越小，位移越大，安装越方便。同时，吊点水平间距越小，对浮吊起吊的有效高度要求越低(最终施工将以设计单位对上述情况进行验算后确认的数据为准)。

③应采用固定吊点(如包箍吊点)，防止在吊装过程中吊点滑动，钢管拱受力发生变

化，导致较大的变形，影响安装或破坏钢管拱。 4.6 拱肋混凝土顶升施工

(1)微膨胀混凝土配合比设计。28 d强度应满足设计强度，膨胀系数为1×10-4～2×10-4，水灰比小于0.4，碎石粒径5～25 mm，坍落度18～22 cm，以20 cm为最佳，缓凝时间不低于8 h。同时，对于微膨胀混凝土应按拟采用的配合比进行强度、收缩试验，以便决定取舍调整。

(2)钢管拱进料口和排气孔设计。单片拱肋拱脚每处设3个顶升口，顶升口设在拱肋拱脚处内侧，采用加强型泵管，和拱轴线夹角45°。每片拱肋设3个排气孔，排气孔设于拱肋的最高点，采用普通钢管。顶升口及排气孔均为φ100 mm～φ125 mm，排气管长1.5 m，以增加顶部混凝土的密实度。

(3)顶升顺序。考虑灌筑时钢管拱的变形和受力，应对称进行灌筑，使桥跨均匀受载。根据设备情况采用对两片拱肋的每段对称灌筑的方法进行混凝土顶升，对于哑铃形钢管拱混凝土的顶升顺序为：下圆钢管(下仓)→上圆钢管(上仓)→中间矩形(中仓)，间隔时间为7 d，混凝土强度应达到设计强度的80%～90%。

(4)顶升速度。混凝土采用匀速对称、慢速低压的原则，确保两对称段混凝土同时顶升。其顶面高差不大于1 m，顶升速度以15～20 m3/h为宜，于后续混凝土车到达后再压完上一车，尽量压缩停顿时间，保持压送畅通及连续性，4台泵的顶升速度应尽量一致。

(5)质量控制。顶升到排气孔2 m前，控制顶升速度，混凝土压至顶部后，由两侧泵同时顶升改为交替顶升，使拱顶空气完全排出，排气、排浆孔出浆后两泵间隔泵送，确保钢管拱内混凝土的密实度。严禁一侧上升过快越过拱顶，导致拱内气体无法排出。待排气孔冒出混凝土与入管混凝土一致(即合格混凝土)时关闭混凝土输送泵，人工将顶升口附近第1道法兰盘的螺丝稍微松开，在两法兰盘间插入薄钢板后，再拧紧法兰盘螺丝，避免混凝土倒流形成空洞。

(6)哑铃型系杆拱中仓混凝土顶升控制钢板变形施工措施。由于哑铃型系杆拱中仓空间本身较小，两侧均为直板焊接在上下钢管上，直板受压易发生变形，加上吊杆锚孔的影响，混凝土顶升阻力增大，常采用以下施工措施：①利用型钢对缀板外侧进行环形加固，即在拱肋外侧每50 cm用角钢对拱肋进行包箍，缀板与角钢之间用方木顶紧；②在缀板之间加焊横向连接钢筋，加强缀板抗压能力；③严格控制顶升速度，低速间歇顶升，减小拱内压力。 4.7 系梁施工

(1)安装顺序。从两边向跨中间隔安装，半幅桥2根系梁对称进行。

(2)高程调整。系梁预制段利用浮吊起吊到位后，将吊杆下端穿入系梁预留孔内，下端安装吊杆纠偏装置并拧紧锚头螺帽，进行高程测量，再行拧紧或拧松锚头螺帽进行系梁高程初步定位。等全部预制段安装完毕后，对全部预制段高程进行复测，利用张拉千斤顶在拱肋顶部张拉吊杆进行高程精确调整。

(3)湿接头施工。吊杆高程调整完毕后，进行系梁平面位置调整和定位连接。调整方法为利用倒链将预制段中心位置及水平进行调整，并将部分湿接头钢筋进行焊接，连接波纹管，吊模浇筑混凝土。调整时应保证吊杆位置准确和预制段间线形顺畅。 (4)转换。系梁上层混凝土浇筑前，对临时水平索的塑料波纹管进行检查，对波纹管接头和破损处进行套管修复，保证混凝土浇筑过程中不漏浆堵管；待湿接头混凝土强度达到设计强度的80%后，张拉系梁下部预应力筋完成后，将上层的临时水平索放松，应力归零；然后，再张拉至设计控制张拉力，压浆，临时水平索转换成永久索。 4.8 中横梁施工

(1)安装顺序。半幅桥共16根中横梁，自边向中一次2～3根依次交替进行安装。 (2)安装固定体系。由于中横梁两段与系梁间采取湿接头连接，中横梁安装就位后无任何支架支撑。因此，采取在系梁上放置加强型贝雷梁作为临时受力梁，利用浮

吊将中横梁起吊就位拧紧临时吊杆上下螺帽将中横梁固定，中横梁安装固定方式见图4。

图4 中横梁安装固定示意(单位：cm)

(3)安装方法。浮吊吊起中横梁移动就位，依靠钢丝绳牵引浮吊缓慢转身，准确就位后，然后再启动移位装置。在中横梁超过内纵梁顶面15 cm时，待浮吊稳定后，人工将贝雷梁剩余2节桁架及连接件分别与中横梁上的12 m贝雷梁连接，形成18 m贝雷梁。中横梁缓慢下放，贝雷梁两端落座，必要时，在基座上垫以薄钢板，使贝雷梁四脚保证密贴不悬空，严防出现四条腿现象。中横梁再次慢慢下放，将4根φ32 mm的冷拉Ⅳ级钢筋分别从上扁槽钢担横梁的φ30 mm的钢板孔中穿过，拧紧螺帽。浮吊扒杆放松，将中横梁再次慢慢下放，4根φ32 mm的冷拉Ⅳ级钢筋同时受力。检查中横梁的顶面高程无误后，松绳解钩，即完成中横梁安装。 4.9 施工过程中水平推力控制

在钢管拱安装、钢管混凝土顶升、系梁预制段吊装时，在桥梁受力结构未形成前，均对拱脚产生水平推力，支座都会产生较大位移，当支座限位块满足不了时，将会发生较大的破坏，甚至导致桥梁结构破坏。因此，整个吊装过程中，须对临时水平索进行不断张拉，以克服对拱脚产生的水平推力。张拉控制的原则是支座(拱脚)前后位移不超过设计规定值±5 mm，张拉时须对拱脚和支座的位移情况进行现场测量监控。 4.10 吊杆索力

施工状态单位吊杆索力T1i主要由吊杆自重+(系梁+中横梁+桥面板+桥面系)分配重量组成；成桥状态单位吊杆索力(目标索力)T由施工状态单位吊杆索力T1i+桥梁二期恒载分配重量T2i组成。由于在施工过程中的预应力张拉系梁高程变化及各部位施工荷载等因素的影响，吊杆索力T1i往往与理论计算值有较大差异，对称点的索力也不完全相同。因此，为保证成桥状态的各吊杆索力与目标索力一致，必须准

确实测施工状态单位吊杆索力T1i。具体操作方法是利用张拉千斤顶在拱顶对各吊杆进行张拉，利用张拉方程式进行返算即可得出T1i。在充分考虑到在张拉过程中相邻吊杆(主要为前后各2根)相互影响的基础上，通过建立单位索力影响矩阵，可准确计算得出每根吊杆由T1i张拉调整到T2i所需的实际索力增量值Δ0i，然后对各吊杆进行一次性张拉Δ0i，此时吊杆索力即调整为目标索力。具体操作方法为：对单片拱，利用2台张拉千斤顶，从边向中、对称同步进行。 5 质量控制 5.1 质量标准

(1)符合部颁标准《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)、《公路工程质量验收评定标准》(JTJ071—98)、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)、《钢结构工程质量检验评定标准》(GB50221—95)、《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB23—88)、《建筑防腐工程施工及验收规范》(GB50212—91)。

(2)钢管拱内混凝土应填充密实，钢管与混凝土间隙不得大于3 mm。 (3)吊杆拉力与设计拉力误差控制在±5%。 (4)支座水平位移控制在±5 mm范围内。 5.2 质量控制措施

(1)严格控制原材料质量，禁止使用不合格材料或半成品。

(2)对首次采用的钢材、焊接材料、焊接接头型式及焊接方法等，进行机械性能和焊接工艺等试验，需进行焊接工艺评定；根据评定报告得到监理认可后才可进行正式焊接工作。焊缝应全部进行超声波探伤检查，重要部位或特殊部位还应进行一定比例的X光拍片。

(3)做好微膨胀混凝土的配合比设计，严格按照配合比施工，控制顶升速度，确保钢管拱肋内混凝土浇灌密实。常规检测方法采用小铁锤敲打钢管和超声波检验其密

实度，钢板与混凝土间有否空隙，对于空隙大于设计要求的部位，采用钻孔压浆进行补强。

(4)混凝土顶升保证措施。配备足够的运输车辆和输送泵，顶升施工不得间断，对于2根拱组成的单幅桥梁，混凝土顶升时保证4台工作泵和2台备用泵；对于由3根拱组成的全幅桥，混凝土顶升时保证6台工作泵和至少2台备用泵。另外，还应配备足够的备用管道。

(5)拱脚焊接质量和混凝土防裂控制措施。拱脚混凝土作一次性浇捣，为避免钢管拱安装拱脚焊接时的高温使该区域的混凝土开裂破坏，施工中采取在拱脚钢板内侧，以钢管拱焊接环缝为中心粘贴20 cm宽石棉布隔热处理，同时，在拱脚焊接时采取低电流、间断焊，防止热量集中等必要的降温措施。

(6)钢管拱线形控制措施。按照设计进行钢管拱预拱度设置，严格按照钢结构制作、运输、存放工艺进行钢管拱的加工、焊接、运输和现场拼装，做好切割和安装时的温度修正，确立正确的吊点位置和吊点形式，并做好空中翻身时拱肋端部的辅助吊点，消除较大变形和永久性变形。制定合理的混凝土顶升顺序和构件安装顺序，控制施工速度，加强施工监控，确保钢管拱线形满足设计要求。

(7)系梁、中横梁的湿接头混凝土强度达到设计强度的80%后，方能进行预应力张拉作业。预应力张拉采用应力和应变双控，压浆应在规定时间内(24 h)完成。临时水平索采用分级放张卸载。

(8)吊杆张拉前，必须对吊杆的实际拉力进行测量，依据测力结果，计算实际张拉力增量，自两端向中间对称进行吊杆张拉。张拉前后，应对拱肋和系梁进行高程、偏位、应力、应变测试。 6 结语

上海市嘉定—金山高速公路吴淞江大桥主跨运用该技术于2003年9月至2004年7月间安全顺利地完成了各项施工任务，并解决了多项施工难题，施工中未发生任

何一起安全质量事故。2004年8月，上海市公路试验检测中心对该桥进行了成桥荷载试验检测，检测结果各项指标均达到设计要求，工程质量良好。实践证明该技术成熟可靠、经济实用，达到了国内领先水平，具有广泛的推广应用前景。 参考文献：

[1]JTJ021—，公路桥涵设计通用规范[S]。