钢管混凝土承式拱桥拱肋技术研究范文

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摘要：南浦溪特大桥为主跨258m的上承式钢管混凝土拱桥，地处山区，地质条件复杂，施工风险高。主拱拱肋采用缆索吊装施工技术，施工技术含量高，施工难度大，可为同类桥梁施工提供工程借鉴。

关键词：钢管混凝土上承式拱桥；拱肋；缆索吊装；施工技术

1工程概况

南浦溪特大桥位于浙江省泰顺县南浦溪镇，跨越飞云江水库库区和峃院线，桥位两侧地势陡峭，沟谷切割较深，呈V字形。主桥采用主跨258m上承式钢管混凝土拱桥，计算矢高56.087m，计算矢跨比为1/4.6，主拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.6，拱肋为等截面钢管混凝土桁架结构，主桥立面布置如图1所示。主桥由两榀桁架拱肋通过横撑连接，桁架中到中间距17m，每片拱肋由4根φ1200mm钢管组成，高5.5m，宽3.0m的钢管桁架，水平向由δ=12mm缀板横向连接两根主钢管，腹杆采用φ600×16mm钢管作竖向连接。主拱肋钢管和缀板内均灌注C50自密式微膨胀混凝土，采用顶升施工工艺灌注。拱上共设计13排26根钢箱立柱及13个钢盖梁，桥面系由工型梁与混凝土预制桥面板组成。

2缆索吊装系统

2.1缆索系统

缆索系统设计净吊重106t的主索道2组，其初始位置布设在拱肋中心线处，完成钢管拱肋节段吊装，主索鞍横移后完成相应位置的立柱、工型梁及桥面板吊装施工。同时另设计净吊重5t的工作索道2组，布设于两组主索道的外侧。走行小车安装在承重索上，由牵引轮组、走行轮组、起重轮组及其连接件共同组成。（1）起重系统。单组106t主索道承重索采用6根φ56mm密封式钢丝绳，起吊绳采用2根φ26mm普通钢丝绳，牵引绳采用2根φ30mm普通钢丝绳。单组5t工作索道承重索采用1根φ47.5mm普通钢丝绳，起吊绳采用1根φ17.5mm普通钢丝绳，循环绳采用1根φ19.5mm普通钢丝绳。主索道承重索和工作索道承重索的拉力安全系数均为3。单组主索道起重小车的吊重由起吊系统来完成，起吊系统由2根φ26mm的起吊绳和4台JM10t电动慢速卷扬机组成，两岸各布置2台。滑车组采用滚动轴承。主索道起重索的拉力安全系数为5。工作索道起吊滑轮组由上挂架及3个定滑轮、下挂架及2个动滑轮组成。走行机构由走行滑轮和轮架组成，单台小车有8个走行滑轮，分别支承在1根φ47.5的承重索上。单组工作索道起吊系统由1根φ17.5mm的起吊绳和1台2JK8t电动快速双筒卷扬机组成，设置在文成岸。工作索道起重索的拉力安全系数为5。（2）牵引系统。单组主索道起重小车的走行由牵引系统来完成，牵引系统由2根φ30mm的牵引绳和4台JK12.5t电动慢速卷扬机组成，两岸各设2台，每台小车均由布置于同岸的2台12.5t卷扬机牵引。单组5t工作索道牵引系统由1根φ19.5mm的循环绳和1台JK8t电动快速双筒卷扬机组成，设置在文成岸。（3）主索地锚。两岸地锚设计位置为中风化凝灰岩，主索地锚均布置在区间路基上，单岸主索地垄设计采用2组桩式地垄。

2.2索塔体系索塔体系

由索塔基础、门式钢管架、塔顶万能杆件结构、索塔风缆等构成。（1）索塔结构。文成岸索塔高66.054m，泰顺岸索塔高56.754m，横桥向塔顶宽30m，顺桥向塔顶宽6m。索塔设计为门式结构，采用钢管及万能杆件的组合结构，塔顶纵梁及轨道采用H型钢。索塔钢管柱采用φ813×14mm螺旋钢管、钢管横联采用万能杆件、塔顶纵梁采用2HN600×200mm型钢，两侧轨道采用2HN600×200mm型钢，中间轨道采用单根HN600×200mm型钢，纵梁及轨道间采用2[20b型钢连接加强。索塔基础采用桩基础，两岸索塔基础位于桥台后侧，承台结构尺寸为10×10×2m。（2）索塔风缆。在索塔前、后、左、右方向设置风缆。风缆地锚根据地形地质情况采用桩式地锚。索塔前风缆共布设4组，分别布置在两组索道的外侧及内侧。索塔顶部后风缆共布设4组，选用低松弛钢绞线，前端锚固在塔顶通风缆梁上，后端锚固在主地垄上。

2.3斜拉扣挂系统

[1，2]钢管拱肋节段采用“斜拉扣挂”施工，悬拼的节段通过扣索锚固于扣塔上。吊装最大悬臂时每组拱肋设6对扣索，全桥共计24组扣索。（1）扣塔。扣塔设置在4#、5#过渡墩顶部，每个墩顶设置两个独立扣塔，中心间距17m与拱肋轴线位置重合。每个扣塔位置设计有6组扣锚梁，与立柱节点板栓接，并在扣锚梁对应位置设斜撑。（2）扣锚索。扣挂系统中扣索、锚索采用钢绞线，在扣塔顶设置六层对称张拉锚固梁，扣索和锚索根据扣索索力进行张拉锚固，同时调整钢管拱肋线形。（3）扣索地锚。小里程设计三组扣索地锚，均采用桩基础，设置在索塔后方路基顶面，距离索塔中心18m，其中左右侧两组地锚由2根φ2.5m基桩及8×3×3m承台组成，中间地锚由4根φ2.5m基桩及8×8×3m承台组成；大里程设计两组扣索地锚，均采用桩基础，设置在索塔后方路基顶，距离索塔中心16m，两组地锚均由4根φ2.5m基桩及8×8×3m承台组成。

3拱肋吊装施工

3.1施工工艺

[3，4]拱肋吊装施工工艺流程如下：（1）缆索吊装系统索鞍调整就位，拱肋吊装节段或横撑运输至指定的起吊位置。（2）对称吊装拱肋及附属设施。例如，第一（十三）节段左侧拱肋，安装左侧拱脚临时铰及扣索，吊装第一（十三）节段右侧拱肋，安装右侧拱脚临时铰及扣索，然后横移索鞍吊装1号、13号K撑。（3）横移索鞍位置，进行下一节段拱肋吊装，安装扣索，吊装横撑，根据监控测量调整拱肋线形，直至第六（八）节段。（4）观测调整拱肋线形，吊装第七节段（合龙段），合龙完成，然后吊装H横撑，测量校核拱肋标高。

3.2拱肋吊装

（1）第一节段拱肋吊装。吊装拱肋节段前应先安装拱脚临时铰。临时铰分两部分，一是将临时铰底座准确定位预埋在混凝土内；二是将第一（十三）主拱肋节段作为整体加工焊接。精确吊装就位后，设置扣索，并将扣索张拉至设计张力，然后吊装1号和13号K撑并焊接。（2）中间节段拱肋吊装。吊装前，先调整第一（十三）节段拱肋线形与标高，将索鞍横移就位，进行第二（十二）节段吊装。采用链条葫芦人工引导钢管接头对位，采用高强螺栓连接，设置扣索并张拉调整拱肋线形，吊装对应节段横撑。重复上述吊装及扣挂系统安装张拉、横撑焊接，直至第七节段合龙段安装。（3）合龙段拱肋吊装。在钢管拱肋设置临时牵引，采用钢丝绳与多个手拉葫芦提供小位移调整，牵引吊装节段就位，约高于已安装钢管拱节段顶面约20cm。拱肋线形调整好后，立即施拧连接板高强螺栓，完成临时连接，解除吊索，由此完成左侧节段吊装合龙，用同样的方式进行右侧节段吊装合龙。最后进行H横撑吊装连接。（4）拱脚临时铰固结。拱肋合龙后，通过测量观测数据，利用扣索与侧风缆调整拱肋线形。浇筑拱脚临时铰处预留槽内C50混凝土，将临时铰固结，使拱肋受力体系转变。从拱脚到拱顶依次施焊进行拱肋吊装节段永久连接。

3.3扣挂系统松扣与拆除

[5]拱肋合龙后，各节段接头焊接完成并形成无铰拱后，且焊缝探伤检查合格后可逐级松扣索，将扣索拉力转换为拱的推力，使空钢管拱肋呈自重作用下的无铰拱状态。扣挂系统松扣利用千斤顶在扣塔张拉端分次对称放张，各扣索松一级，暂停15至20分钟后，测试各项数据，经参建各方确认后再进行第二级放松循环。最后一级保留10%左右的扣索索力暂不放松。放松扣索后对拱肋进行全面测试，特别是拱轴挠度、拱轴线偏移测量，根据测量结果研究决定：（1）纠偏方式（可调整部分扣索索力）；（2）修正管内混凝土灌注方案和灌注顺序。拱肋钢管内混凝土灌注完成并达到设计强度后，彻底放松扣索，并逐步予以拆除。

4结束语

南浦溪特大桥主桥拱肋采用缆索吊装施工技术，在拱座基坑岩石破碎较严重和保证峃院线正常通行的情况下安全地进行施工，实施过程中解决突破的问题可为同类桥梁施工提供工程经验和技术借鉴。 

参考文献：

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[2]谢功元，刘军，袁长春，等.支井河钢管混凝土拱桥施工关键技术[J].桥梁建设，2009（5）：57-59.

[3]梁远禄，陈庆志.无支架缆索吊装施工技术在大跨度钢管桁架提篮拱桥中的应用[J].公路，2018（12）：151-154.

[4]高峰.提篮式钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥施工关键技术[J].工程建设与设计，2018（22）：186-187.

[5]吕建根，张辉.大跨度钢管混凝土拱桥肋缆索吊装施工技术[J].科学技术与工程，2009（4）：1064-1067.

作者：魏俊 曹景伟 包鸿铨 王雄 蔡晓琴 单位：浙江省交通运输科学研究院