系杆拱桥上部结构预制安装施工技术

DecemberNo.11

2011

系杆拱桥上部结构预制安装施工技术

张文邦，韩

摘

睿，范学印

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛266071）

要：文中以京杭运河邵伯三线船闸工程为例，对系杆拱桥上部结构现浇改为预制施工、经验教训等进行了介绍，

可为以后类似工程提供参考借鉴。

关键词：系杆拱桥；预制、安装；工艺实施效果、经验教训中图分类号：U448.2一、引言

1．邵伯三线船闸桥梁工程位于邵伯镇，东接长青路，西连邵伯湖，是连接邵伯一线、二线船闸和三线船闸的重要通道，主线桥全长576.18m，桥面宽8.5m，跨高水河主航道设计采用刚性系杆、刚性拱肋的钢管砼系杆拱结构，系杆跨径为77.7m，计算跨径为70m矢高为14.801m，矢跨比D

≈1/5，采用二次抛物线线型，拱轴线方程为Y=（4fx/L2）

文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）12-0180-03四、操作要点1．构件预制

工艺修改后，共计需预制6段系杆，4个拱脚，17个中横梁，2个端横梁。根据现场条件，预制场设在三线闸上游京杭运河西侧大堤的二级平台上。为方便吊装，按照大件靠近临河的原则布置。

由于端横梁为“L”型，为防止吊装时倾覆，故须计算出型体重心位置，在重心位置的正上方和距两端0.207L处埋设吊环，吊装时除了捆绑吊装以外，采用钢丝绳拴住吊环，防止端横梁倾覆。

拱脚为异型结构，若站立预制需要承重支架多，还不能保证支架轻微下沉造成的预埋件位置不准确；经过对比，采用卧倒预制的施工方法，避免了大量的承重支架，保证了预埋件位置的准确，但吊装时需要翻身。拱脚准备设置两个吊点，吊点位置设在重心位置的等距两侧，保证吊装时稳定，吊点位置设置如图1。

（L-x）。系杆采用高1.8m，宽1.4m矩形空箱断面，拱肋内充填砼为C40微膨胀混凝土。风撑为中间一字撑、两侧各一K撑，皆为φ600mm钢管。K撑撑脚钢管为φ400mm钢管。吊杆采用OVMLZM7－37I型成品吊杆，吊杆间距4m，全桥计2×17根吊杆。对应吊杆处设置中横梁，在横梁之间安装行车道板。

2．本工程沿线仅有一条2.5m宽供人行和小型车辆通行的高水河桥，不能做为施工主要干道，高水河宽约150m，水运较为发达，航道繁忙，存在较大安全隐患，施工机械和施工材料可从水上运输，但难度较大。

二、方案比选与确定1．方案比选

设计要求系杆与拱脚为现浇砼，考虑到现浇的困难，我们现浇与预制安装个方案进行了比较。现浇施工周期较长，影响高水河通航时间长；高水河过往船只频繁，安全隐患大；砼运输困难，从陆路不能到达施工现场，只能从水上运输，因不确定因素多，可能会对砼质量产生不利影响，水上砼费用高；系杆及拱脚预制安装施工可以将支架搭设与预制平行施工，减少工期；可以在预制场进行，方便砼浇注，能保证砼质量且费用比现浇底。

2．方案确定

经过对比，我们选择了预制安装方案，并征得设计同意后，实施预制安装方案。

三、工艺流程

构件预制→系杆、拱脚及端横梁支架搭设→系杆、拱脚、端横梁部分中横梁安装→拱肋支架搭设→拱肋、风撑安装→吊杆安装→安装第二批中横梁→安装行车道板

收稿日期：2011-08-15

图1吊点位置布置图

作者简介：张文邦，男，山东人，中交一航局第二工程有限公司工程师。

韩

睿，男，山东人，中交一航局第二工程有限公司工程师。

范学印，男，山东人，中交一航局第二工程有限公司高级工程师。

第12期张文邦等：系杆拱桥上部结构预制安装施工技术181

拱脚的重心位于I点位置，故以I点位置为中心，向两边均分设置吊孔，将拱脚翻身后，再设一道钢丝绳捆住预埋管段，防止吊装过程中拱脚摇晃侧翻。

系杆、中横梁、结构较为简单，两吊点位置设在距两端0.207L位置。

2．系杆、拱脚及端横梁支架搭设（1）支架设计

系杆支架基础采用直径φ400mm、壁厚8mm钢管桩群桩，每支撑点9根桩，每道系杆4个支撑点；钢管桩顶焊双I32a工字钢，上设贝雷桁架梁，梁顶设工字钢焊砂筒调节高程。

端横梁支架采用直径φ400mm、壁厚8mm钢管桩群桩，每支架8根桩，其它同系杆支架。

（2）系梁、端横梁支架搭设

在测量人员控制下，用打桩船施打钢管桩。先打保护桩，再打支撑桩。支撑桩入土深度通过承载力计算确定为6m。打桩完成后，钢管桩顶用2I28a工字钢做“盖梁”。进行加固，使之形成框架结构。各桩之间用14工字钢横撑及斜撑连接在一起，以确保其稳定性。贝雷桁架在岸上拼装，用起重船将贝雷架安装在群桩上。上下层贝雷片之间用骑马螺栓连接，贝雷片与型钢之间用型钢进行限位连接。防护桩用工字钢焊接在一起，并设置斜撑，增强防撞能力。

（3）支架校核计算

每根承受荷载：P=1,486KN/9根=165KN，根据地质报告该处土质桩周极限侧阻力标准值75KPa，桩端极限端阻力标准值取3,000KPa。考虑群桩不均匀受力等不利因素，取安全系数为1.5。

直径d=400mm，截面积As=0.01m2

，周长L=

1.257m，桩基竖向承载力抗力分项系数：γs=γp=γsp=1.5，第1土层极限侧阻力标准值qsik=75Kpa，土层厚度h=5m，土层液化折减系数ψL=1。

极限侧阻力Qsik=L×h×qsik×ψL=1.257×5×75×1=471.2KN，总极限侧阻力Qsk=∑Qsik=471.2KN，极限端阻力Qpk=qpk×As=3,000×0.01=30KN，总侧阻力设计值QsR=Qsk/γs=314KN，端阻力设计值QpR=Qpk/γp=20KN。

基桩竖向承载力R=Qsk/γs+Qpk/γp=314+20=334KN＞165KN，桩基承载力满足要求。

3．系杆、拱脚、端横梁部分中横梁安装（1）起吊前准备准备

预制构件安装采用一条150t、举高能力为45m浮吊，一艘400t运输船运输预制构件。预制构件在安装前进行质量验收并重新摆放，便于清理表面、安装及绑扎安全栏杆。

（2）端横梁安装

起重船吊起构件达到一定高度后再转动，逐渐缓慢平移并临时搁置在端横梁安装支架上，在支架上垫型钢、砂筒，吊装就位后用枋木垫实抄平。要求内横梁的中心线与该处系杆上已测量并标记的内横梁中心线一致。安装时砂筒设置一定超高，按计算的支架挠度加上3cm沉降来考虑。安装就位后，迅速将湿接头处的钢筋焊接，以保证构件的稳定性。

（3）拱脚安装

拱脚安装时，增加一道钢丝绳拴住预埋钢管，防止歪斜，通过两个吊钩调整拱脚的状态来保证就位的准确。拱脚就位后先对正支座，然后通过手拉葫芦调整高程及轴线，并观测预埋钢管中心是否与系杆轴线在同一竖直面上，通过调整左右砂筒的高度以保证拱脚侧面的垂直度及拱脚预埋钢管的轴线位置。

（4）系梁及部分中横梁安装

在两岸观测平台上，利用全站仪和水准仪同时观测构件上部的中心标记，由人工辅助调节构件的坐标位置，调节砂筒使其符合施工安装标高。当坐标及高程符合要求后，用方木垫实抄平，全站仪及水准仪跟踪观察，若有变化重新调整直至符合要求为止，完成上述所有工作后浮吊才能脱钩。安装就位后，系杆、拱脚相连处的湿接头钢筋迅速焊接。

（5）湿接缝浇注及第一批张拉

系杆、横梁湿接头钢筋全部焊接及预应力波纹管安装完成后，进一步复测各标记点的坐标及高程，若不符合要求则用千斤顶重新调整并加垫块，达到要求后进行安装湿接头模板浇筑同标号的混凝土，并按要求覆盖洒水养护至少7天。待湿接缝砼强度达到张拉要求后，进行第一次张拉。

4．拱肋支架搭设

拱肋支架在系杆第一批预应力张拉完毕并压浆后开始搭设。支架采用贝雷片拼装而成，在系杆左右各搭设2片一组的贝雷架支墩1层，然后在其上搭设两组共四片长12m的横梁，然后在横梁上拼装支架，支架为一组2片4层贝雷，顶部为两组共四片长15m的横向盖梁，盖梁上设14槽钢焊接的支架，支架高度根据贝雷横梁及该处拱肋的高程确定，再根据实际情况铺设钢楔块。贝雷片在岸上拼装，用起重船安装就位。

5．拱肋、风撑安装（1）拱肋、风撑安装

拱肋吊装前对搭设好的支架进行全面的检查其牢固性及稳定性，并对支撑点进行坐标和水准复测，对拱肋中线及坐标标记点进行细致的检查，若不清晰应重新弹线作标记。在拱肋下端系二根尼龙丝绳，可使拱肋到位后由人工拉动尼龙丝绳和缆风来调节拱肋的横向位置，待全部符合要求后开始进行吊装作业。吊装就位后将缆风系在支架上横梁上，两侧对称。同样方法安装另外两段拱肋。拱肋中线和标高（标高调整可用千斤顶来实现），再准确地使拱肋上端头比设计高出20mm，中线偏差不超过10mm。符合设计要求后就位并用缆风将中段拱肋固定在贝雷梁上。迅速焊接接头钢管，使其成拱。在安装过程中要特别注意控制好每个接头的纵横坐标。

两幅拱肋合龙后尽早安装风撑，使拱肋有足够的横向稳定性。首先安装中间一字撑，随后安装两边K撑。方法、过程与安装拱肋基本相同。

完成拱肋及风撑安装后，对两道拱肋驻点测量高程及中线位置，做好记录以便掌握吊杆张拉后拱肋的变形情况。

（2）拱肋砼浇筑

首选在两拱脚处各浇筑部位开孔，焊接阀门，然后焊接一砼泵送短管。拱肋钢管每隔4m开一排浆孔，拱顶设排气

孔。钢管拱内，在顶部设置隔仓板。

（下转第184页）

184中国水运

第11卷

表1

一辆标准疲劳车作用各构造细节疲劳应力幅

构造细节

应力幅（MPa）节段模型

45.73948.27350.17233.195细节A

全桥模型46.25849.28352.02333.173误差1.13%2.09%3.69%-0.07%节段模型

19.7967.03143.5259.70742.03137.3199.432细节B

全桥模型19.7967.02343.5259.70142.03137.3209.419误差0.00%-0.11%0.00%-0.06%0.00%0.00%-0.15%

节段模型

15.4501.66623.6711.68625.2315.143细节C

全桥模型15.436

1.937

23.642

1.683

25.158

5.158误差-0.09%16.27%-0.12%-0.18%-0.29%0.29%节段模型

23.09343.0873.68968.4132.2721.037细节D

全桥模型23.69944.7513.66671.3802.3211.001误差

2.62%

3.86%

-0.62%

4.34%

2.14%

-3.47%

五、结语

本文采用有限元程序ANSYS，针对杭州市之江大桥分别建立杆系与板壳子结构相结合的全桥有限元模型和节段板壳有限元模型，对钢桥面板典型构造细节进行疲劳荷载应力幅

（上接第181页）

同一拱两侧要均匀对称浇筑，用对讲机或手机联系，保证两侧基本同时打入相同方量的砼。在砼浇筑过程中，用水不停冲洗拱肋，确保从排浆孔、排气孔溢出的砼不污染拱肋，以保证拱肋后期防腐的质量。在砼超过某一排浆孔后，及时封堵排浆孔。

6．吊杆安装

根据设计和现场量测的吊杆位置的实际高度制做吊杆，吊杆安装采用3吨慢速卷扬机进行，先将固定端锚具上紧，将张拉端锚具置于拱顶，钢丝绳穿过张拉端锚具由下至下通过拱肋系杆预留孔将吊杆吊起至安装位置后，拧紧张拉端锚具。拆除拱肋支架和缆风，准备张拉吊杆钢束。开始张拉之前对拱肋及系杆进行复测一次，做好记录。在张拉过程中跟踪观测拱肋1/8、1/4、1/2处及系杆对应的位置的标高变化。吊杆张拉顺序及张拉力按设计要求进行，左右幅吊杆同时对称进行张拉。

7．安装第二批中横梁

拆除桥下支架，安装第二批中横梁，采用悬吊法安装，中横梁基本就位后采用手拉葫芦调整其轴线及高程，符合设计要求后焊接钢筋。为了保证中横梁不因自重下沉而高程变化，在梁端及系杆相应位置设置剪力筋。

张拉结束后每天要观测拱肋及系杆的变形情况，做好记

对比分析，可得出以下结论。

（1）构造细节A、B和D车轮荷载作用下，正交异性板疲劳应力幅主要受第二、三结构体系力影响，第一体系受力可忽略不计，可采用节段板壳模型代替全桥模型；

（2）构造细节C车轮荷载作用下，正交异性板疲劳应力幅受第一体系力较大，应采用杆系与板壳子结构相结合的全桥模型。

参考文献

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中国工程科学，2010（12）.

[5]张磊.公路桥梁疲劳设计荷载调查研究[D].上海：同济大

学，2009.

录。

8．安装行车道板

第二批中横梁张拉完成后开始安装行车道板，其顺序应由1/4、3/4跨处向两侧对称安装，先在中间安装一条5m宽的通道，然后再进行其他桥面板的安装。桥面板安装采用汽车吊安装，先在横梁企口处用砂浆做底找平，然后安装安放行车道板。要求做浆要饱满，行车道板安放要平实，不产生翘动。然后浇筑桥面铺装、防撞护栏等。

五、工艺实施效果及注意事项

工期比原定现浇工艺提前3个月，经检测，桥梁各项指标均符合要求，现交通桥已正常通车。

在工程实施过程中，要充分考虑防护桩防撞性能，避免过往船只撞坏支架，影响工程安全。

六、结语

该工艺的使用保证了砼的浇注质量，解决了砼运输不便问题，减少了工期大大减小了安全风险。对陆上交通不便，又不能停航的内河系杆拱桥的施工，应使用该项工艺。

参考文献

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