五跨连续无风撑钢管拱桥上部结构施工技术.doc

五跨连续无风撑钢管拱桥上部结构施工技术
1.工程概况
1.1设计概况
xx市xx北桥位于中国四大古桥之一的广济桥以北约1.73km处（北堤桩号2+350），项目线路全长3574m，以春荣路与西荣路交叉口为起点，途经北关村跨越xx水道，至意东三路为工程终点，道路等级为城市主干道，双向六车道。
xx北桥A标段为桥梁工程(包括主桥和引桥)，全长1930.6m，其中主桥为五跨连续无风撑斜靠式钢管混凝土系杆拱桥，其跨度组合为：11m+C跨(85m)+B跨(114m)+A跨(160m)+B跨(114m)+C跨(85m)+11m，如图1。两侧引桥为13孔46m跨度的预应力钢筋混凝土T型梁桥和25孔30m跨度的现浇预应力钢筋混凝土连续箱梁桥，主桥桥宽30m，河道内引桥宽28m，河道外引桥桥宽25m。

图1 主桥总体结构布置图
主桥上部拱肋为无风撑斜靠式结构，全桥五跨共10片拱肋，每片拱肋由哑铃竖拱与单管斜拱通过无缝钢管连成不平衡三角结构。竖拱的上弦管、下弦管以及腹板内灌注C50砼微膨胀高性能砼。
A跨拱肋拱轴线净跨径L=137.2m，矢高f=29.412m，拱管规格为φ1200×24mm；B跨拱肋拱轴线净跨径L=94m，矢高f=19.377m，拱管规格为φ950×22mm；C跨拱肋拱轴线净跨径L=68.8m，矢高f=13.921m，拱管规格为φ800×20mm。全桥拱肋约2650t(材质主要为Q345C)
吊杆采用新型低应力防腐拉索(OVMPES(FD)7-61)，吊点中心间距为8.0m，每点吊杆设计双吊杆(中心距为480mm)。为抵抗拱肋产生的水平推力，每片拱肋下各设4根水平系杆（OVMPES(FD)7型），在拱脚处穿过拱肋，锚固于拱脚外侧。
桥面采用悬浮体系，由端横梁+中横梁+纵梁+桥面空心板+砼现浇层+沥青砼铺装层组成。中横梁通过吊杆和拱肋连接，每两根横梁间加焊2片加劲纵梁。中横梁为焊接工字型梁(49根，间距8m)，端横梁为箱形梁(10根)，纵梁为箱形梁(108根)
主桥下部为钻孔桩基础、矩形承台、双薄壁矩形空心墩、V形结构、现浇箱梁，拱肋脚与V构、箱梁固结，与V构与上部现浇箱梁形成倒三角形结构，与下部空心薄壁矩形墩固结。
1.2工程自然条件
场区位于xx河谷和两岸I级平地之上，总体地势低平，两岸多为楼层较低的房屋和农田、菜地。桥
位处xx河道总宽约1.1km，河谷断面呈“U”字型，属老年期河流，以沉积作用为主。常水位约11m左右，水面宽约900m，河水清澈，流速缓慢；雨季期间江面宽阔(1100m)，水位较高(14.5m)，江水滔滔，水流冲涮破坏严重。航道通航等级为五级。
工程所在区域属季风暖温带半湿润气候和季风副热带湿润气候过渡带，具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长、霜期短而不冷、雨量充沛、无霜期长等明显季节性特点。气温以7月、8月最高，1月最低。降雨集中在四、五、六月及台风季节（七、八、九月），常在七、八、九月份遭受六级以上的大风袭击或影响，台风最大风力9级以上，并带来暴雨，破坏力极大。
2.上部结构总体施工方案概述
2.1总体施工顺序
xx北桥主桥上部结构属于五跨连续结构，其最主要的特点是五跨联动效应明显，每一跨的施工加载均会引起其它四跨的变化。因C跨的跨度小于B跨，B跨小于中间A跨，为避免不平衡施工加载导致结构位移、应力超限，设计要求上部结构总体施工顺序是先边跨(C跨)，后次边跨(B跨)，最后是中间跨(A跨)。
2.2主要项目施工方案
钢管拱肋加工：全桥五跨共10片拱肋，拱肋总重约2650t(材质主要为Q345C)，每片拱肋分段加工吊装，C跨每片拱肋分5段加工吊装(包括拱脚段)，B跨分7段，A跨分11段，全桥总计70段(包括拱脚段)。针对拱肋线型各异、管径大、板材厚、结构复杂的特点，选择在工地现场制作、以折代曲、两次预拼的加工方案。
钢管拱吊装：采用缆索起重机分段吊装、钢绞线空中斜拉扣挂悬臂拼装(塔下张拉)施工方案。缆索吊塔高约100m，单孔跨度为558m，主塔位于Z1、Z6直墩顶。
钢管砼灌注：采用泵送顶升法灌注钢管拱砼，砼设计为C50微膨胀自密实高性能砼。下弦管砼从两侧拱脚一次顶升到顶，上弦管及腹板接力连续顶升到顶。
纵横梁加工及吊装：纵横梁均在现场加工制作，横梁均采用缆索起重机起吊安装，部分纵梁采用汽车吊起吊安装，部分纵梁采用缆索吊起吊安装。
吊杆及系杆施工：吊标和系杆均采用新型成品索(出厂前长度及防腐已经完成)，现场利用卷扬机安装，穿心式千斤顶分批次张拉。
3.钢管拱肋加工
A跨竖拱钢管为φ1200×24mm，腹板壁厚24mm，竖拱截面高度从2800mm变化到3100mm(拱脚)；斜拱钢管为φ1200×24mm；斜拱与竖管的连接管为φ500×16mm。拱肋理论中心线按抛物线设置，其中竖拱中心线方程为:Y=0.00625X2；斜拱中心线方程为:Y=0.0062826778X2。
B跨竖拱钢管为φ950×22mm，腹板壁厚22mm，竖拱截面高度从2300mm变化到2600mm(拱脚)；斜拱钢管为φ950×22mm。斜拱与竖管的连接管为φ402×14mm。拱肋理论中心线按抛物线设置，其中竖拱中心线方程为:Y=0.00877193X2；斜拱中心线方程为:Y=0.0088472X2。
C跨竖拱钢管为φ800×20mm，腹板壁厚20mm，竖拱截面高度从1900mm变化到2200mm拱脚)；斜拱钢管为φ800×20mm；斜拱与竖管的连接管为φ299×13mm。拱肋理论中心线按抛物线设置，其中竖拱中心线方程为:Y=0.0117647X2；斜拱中心线方程为:Y=0.0118593X2。

全桥拱肋约2650t(材质主要为Q345C)，每片拱肋分段加工吊装，C跨每片拱肋分5段加工吊装(包括拱脚段)，B跨分7段，A跨分11段，全桥总计70段(包括拱脚段)。
拱肋结构示意见图2。
无缝钢管连接

图2 xx北桥无风撑拱肋结构示意图
3.1 拱肋加工特点
⑴ 线型各异、种类多。竖拱截面属于变截面，由拱脚往拱顶逐渐变小，竖拱上弦管与下弦管的线型不相同;此外，斜拱单管线型也不同于上弦管或下弦管，因此每跨拱肋有三种不同线型的单管。考虑两个C跨、两个B跨对称，全桥A、B、C五跨拱肋共有九种不同线型的单管，这样拱肋加工工序比较繁杂。
⑵ 管径大、板材厚。A跨钢管直径为1200mm，壁厚24mm，B跨钢管直径为950mm，壁厚22mm，C跨钢管直径为800mm，壁厚20mm。管径越大、板材越厚，加工成管难度也增大，而且加工效率也随之降低。
⑶ 结构复杂。竖拱为变截面的哑铃型(拱脚截面最大，拱顶截面最小)；斜拱与竖拱通过连接管组合为不平衡的三角结构，三角结构从拱顶往拱脚逐渐变宽以提高拱肋的横向稳定；斜管与竖拱的每组连接节点采用四根不同长度、不同空间方向的无缝钢管焊接连接(异径正心斜交相贯连接)。
⑷ 场外周边道路等级较低，运输困难；xx水位经常变化，水路运输也受限制。
3.2 拱肋加工方案的选择
对于常规拱桥，以下两种加工方案均可以满足要求：第一种为弯管加工成型；另一种为以折代曲加工成型(短直管折线连接逼近曲线)。但由于本桥拱肋具有线型各异、管径大、板材厚、结构复杂的特点，根据以往经验，本桥若采用弯管加工，则拱肋线型不容易控制、施工效率低、工期长、需要投入设备多，结合现场条件以及工期要求，本桥拱肋采取在现场制作、以折代曲的加工方案，可以更有效地控制线型，加快施工进度，减少各项投入。
3.3 单片拱肋加工流程
依据拱肋的结构特点，单片拱肋加工主要划分四个阶段(如图3)。

图3 单片拱肋加工主要阶段
每片拱肋加工的基本流程为：图纸放样排版→采购材料→下料→钢板卷制成单元短直管(筒节)→喷砂除锈、涮漆防腐→多根短直管组装成长弦管(吊装长度)→长弦管与腹板装配成哑铃型竖拱→单片竖拱肋全幅预拼→斜拱预拼→斜拱与竖拱通过无缝钢管连成整体→拱肋解体成吊装段→补充涮漆防腐→临时存放或直接运输吊装。
3.3.1 单元短直管(筒节)加工
3.3.1.1 图纸放样排版
除了考虑折线线型尽可能与曲线线型相吻合外，还需要综合考虑吊杆位置、吊装分段位置、焊缝错开、加劲环、操作空间等因素。根据上述因素放样排版确定每根单元短直管、腹板的长度。
3.3.1.2 实料放样划线
划线要分清钢板压延方向，应使钢板压延方向与后续的卷管方向一致。每个管节放样完毕，除了要写明管节的具体编号(同时打上钢印)，还要标定0、90、180、270线，以利钢管对口组对。
3.3.1.3 切割坡口加工
钢板的切割采用半自动切割火焰。为适应钢管拼接后的轴线要求，坡口端应与管轴线严格垂直。管节接口均为曲线，坡口加工采用半自动火焰切割加工，坡口加工尺寸应依据焊接工艺确定。
3.3.1.4 滚圆
采用四辊卷板机在常温下滚圆(即冷卷工艺)。滚制时尽可能少压多卷几次成型，避免多压少卷成型，以减少钢板卷制过程中冷作硬化的影响。
3.3.1.5 纵缝焊接
筒体纵缝(X型坡口)采用CO2气体保护半自动焊+埋弧自动焊，具体根据工艺评定报告进行焊接。
3.3.1.6 校圆
卷板焊接后部分筒节椭圆度超限，利用卷板机对其进二次校圆保证达到规范要求，然后将单元短管送到喷砂车间进行喷砂除锈并涂防锈底漆。
3.3.2 长弦管组装
根据图纸排版确定每节吊装段的竖拱上弦管、下弦管以及斜拱管的长度，将单元短直管以折线对接连成所需要的弦管长度。竖拱和斜拱的弦管组装流程为：根据地样图放1：1主视地样→按地样摆放支架及限位→安放预制好的单节管→安装筒节间联结板→按工艺要求进行部位焊接→翻身→安装筒节间联结板
→按工艺要求进行部位焊接→多次翻身→完成焊接→检查。
3.3.2.1 安装支撑及限位架
根据地样标记，利用工字钢、槽钢等型钢在平台上安装筒节的支撑限位架，如图4。

图4 长弦管组装支撑限位架示意图
3.3.2.2 摆放单元短直管(筒节)
在平台上标出每根筒节的位置编号以及摆放方向(纵向)。相邻筒节之间接头为椭圆形，因此筒节摆放的横向也有要求，即按下料时标定的0、90、180、270线对口组对。筒节接头之间的间隙要综合考虑焊接工艺要求的间隙以及焊接顺序而定。
3.3.2.3 筒节环缝焊接
筒节间对口接头环缝采用CO2气体保护半自动焊、V型坡口单面焊双面成型的焊接方法。
为了保证线形准确，筒节间焊接注意焊接顺序和一次施焊的遍数，第一次施焊遍数为2～3遍，采用两人对称焊接，每遍厚度5～6mm，焊接完成后段节翻身，对称焊接另外一面，如图5所示。筒节纵向收缩量集中在第一次施焊，因此第一次施焊时应采取隔一焊一的顺序(即每两根筒节对焊成多段独立的短弦管，然后再将每两段短弦管对焊，依次类推将筒节连成一体。

图5 筒节对接环缝施焊顺序示意图
3.3.3 竖拱装配
竖拱装配即利用两侧腹板将竖拱的上弦管和下弦管连接成哑铃型结构。竖拱装配主要流程为：放地样→安放已组拼好的上弦管和下弦管→安装临时联结板→铺设单侧腹板→按工艺部位焊接→翻身→安装临时联结板→铺设另一侧腹板→按工艺部位焊接→焊接→多次翻身→完成所有焊接。
3.3.3.1 安装支撑限位架
根据地样标记，利用工字钢、槽钢等型钢在组装平台上安装筒节的支撑架和限位架，如图6所示。

图6 竖拱装配支撑限位架示意图
3.3.3.2 腹板焊接
腹板与上下弦管的纵向接缝采用CO2气体保护半自动焊（加钢垫板）+埋弧自动焊的焊接方法。为了保证线形准确，腹板也采取多次翻身、多次施焊的方法进行控制，如图7所示。

图7 腹板施焊顺序示意图
3.3.4 拱肋预拼
根据本桥拱肋为不平衡三角结构的特点，拱肋预拼有两种方案：
第一种方案(两次预拼)：先将各段哑铃型竖拱进行全幅预拼(两管对口)，然后以全幅竖拱作为平台预拼斜拱(单管对口)，最后利用无缝钢管将斜拱与竖拱连接成三角整体结构。
第二种方案(一次预拼)：先利用无缝钢管将各段哑铃型竖拱与斜拱连接成三角结构(单节吊装段)，然后将各节吊装段三角结构再进行整幅预拼(三管同时对口)。
因拱肋的线型复杂，采取第一种方案有利于线型控制，但占用预拼场地时间长；第二种方案不利于线型控制(尤其容易导致斜拱管口错位超限)，但占用预拼场地时间短。综合考虑预拼场地以及现场实际进度，最终选择第一种预拼方案。
拱肋两次预拼的主要流程为：准备场地和平台→竖拱段就位预拼→搭设斜拱预拼支架→斜拱段就位预拼→安装焊接无缝钢管→安装节段之间外法兰连接板→分段解体拱肋移到临时存放场→完成吊杆锚头构造以及空中操作平台的安装→补充防腐→运输吊装。

3.3.4.1 平台
在预拼场按拱肋线型1：1放出卧拼大样(合拢段每端多预留10cm)，在大样上每隔5m设置刚性支撑体（由混凝土基础、型钢支撑架组成，如图8所示），支撑体表面标高及形状按拱桥要求进行设置。

图8 拱肋预拼平台支撑架示意图
3.3.4.2 预拼
由拱脚预埋段开始，将竖拱段运到平台胎具上逐段就位，仔细复核其平面尺寸、标高以及管口对接情况，符合要求后安装侧向限位架约束竖拱。竖拱整体预拼完成后，以竖拱作为平台，在竖拱上安装斜拱临时支撑架，然后将斜拱逐段就位预拼，测量斜拱的标高和位置满足要求后，将临时支架与斜拱焊接固定，随后安排斜拱与竖拱弦管之间的无缝钢管连接焊接。如图9。
3.3.4.3 无缝钢管焊接
无缝钢管将斜拱与竖拱连接成整体三角结构，纵向每隔4m设一组连接节点，每组节点有四根不同空间方向、不同长度的无缝钢管(如图10所示)，无缝钢管与拱管之间为异径、正心、斜交、相贯连接。先利用计算机对无缝钢管与拱管之间进行图纸放样，然后在现场实地测量具体长度，采用作图模板法确定相贯连接边线，以手工气割下料加工无缝钢管。无缝钢管连接采用手工焊条电弧焊、V型坡口单面焊双面成型的焊接方法。

图9 拱肋预拼示意图 图10 无缝钢管连接示意图
3.4 拱肋防腐
xx北桥主桥钢结构设计采用IC531水性无机富锌防腐，具体防腐涂装见表1。
表1 防腐涂装方案
部位
表面处理
品种
代号
涂料名称
干膜(μm)
涂装方法
主拱外表面
喷砂至Sa2.5级，
粗糙度25～60μm
底漆
IC531
水性无机富锌
二道共110
刷漆、喷涂
中间漆
IC-E200
环氧云铁中间漆
二道共80
刷漆、喷涂
面漆
IC-U300
丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆
二道共70
刷漆、喷涂
主拱内表面灌注混凝土部位
喷砂至Sa2.5级，
粗糙度25～60μm
防锈漆
IC-E200
环氧云铁中间漆
二道共80
刷漆、喷涂
斜拱内表面，纵横梁内表面
喷砂至Sa2.5级，
粗糙度25～60μm
防锈漆
IC531
水性无机富锌
二道共110
刷漆、喷涂
纵横梁外表面
喷砂至Sa2.5级，
粗糙度25～60μm
防锈漆
IC531
水性无机富锌
二道共110
刷漆、喷涂

3.4.1 施工程序
单元筒节校圆合格→喷砂除锈→喷涂IC531底漆→拱肋预拼合格后喷涂IC-E200环氧云铁中间漆→喷涂第一道丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆（IC－U300）→桥面系施工后喷涂最后一道丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆（IC－U300）。
3.4.2表面处理
单元短直管(筒节)校圆合格后，清洗油脂、腊迹，打磨边角，检查合格后将筒节运到除锈车间，采用喷砂除锈的方式，清除氧化铁皮和锈，将待涂基材表面处理至Sa2.5级，粗糙度在25～60µm之间，涂装环境符合要求便可进行喷涂。检查合格的待涂钢材，高湿地区4h内必须涂刷完毕，干燥地区8h内必须涂刷完毕。
3.4.3涂装的环境条件
在涂装的全部过程中，应确保以下环境条件：
⑴ 最大相对湿度不超过80%；室内操作可安装抽湿机除湿。
⑵ 施工环境温度不能低于5℃，风力小于3级。
⑶ 钢材表面清洁干燥,钢板表面温度至少高于露点温度3℃。
⑷ 露天作业时，严禁在风沙天、下雨天进行喷涂,所有涂层在喷涂两小时内不得遭受雨淋。
3.4.4水性无机富锌(底漆)。
⑴ 混合料由A组份(液态基料)和B组份(锌粉)组成，混合时应在搅拌A组份的同时，逐渐加入锌粉于液体中，用电动或气动搅拌器高速搅拌10min，均匀后熟化30min。混合比（重量比）A组份 ：B组份＝1:2.62。
⑵ 调整喷枪、压力罐压力，使涂料喷出均匀，雾化适当，喷枪与被涂物表面，保持垂直，枪嘴至被涂物表面距离为15～30cm。不要在阳光直射的情况下喷涂。
⑶ 当需两道才能达到干膜厚度时，宜采用湿碰湿涂装，先涂第一道干膜厚度为25～50µm，第一道表干后（一般10～30min）应立即涂第二道。当现场无法以湿碰湿的方法涂第二道漆时，应尽量缩短两道漆之间的间隔时间，避免第一道漆表面被污染。
⑷ 未完全固化的无机富锌涂层受到雨淋或在高湿环境下存放，会发生粉化，粉化的涂层必须重新处理。喷涂中间漆或面漆应在水性无机富锌涂层实干后24h后实施，但最长不超过7d。

⑸ 现场空气灰尘量大，污染严重时，两道间隔不得超过24h。现场空气质量好时，两道间隔时间不得超过48h。
3.4.5 环氧云铁(中间漆)
⑴ 环氧云铁中间漆可做防锈漆使用，预拼完成，底漆补涂完毕，检查合格，即在地面进行中间漆的喷漆。环氧树脂稀释后涂覆于无机硅酸锌之上的粘接封闭层，能够渗透到无机锌漆膜的空隙中，以避免最终漆膜出现针孔或气泡现象。同时可增加对底漆的遮盖。
⑵ 涂装施工时应用20%～30%的稀释剂稀释。
⑶ 第一道厚度为25µm左右，薄喷/封孔。第二道厚度55µm左右。第一道中间漆表干后，即可喷涂第二道漆。
⑷ 按6：1比例混合好的涂料，用刷子对焊缝自由边，以及难以喷到的部位进行预涂装，以免这些地方漏喷。
⑸ 如果在涂覆过程中或刚涂覆完时，便暴露于过低的温度，高湿度环境或遭受雨淋，就可能导致固化不完全而出现质量问题，降低涂层之间的附着力，应尽量避免这种情况的发生。
⑹ 喷涂环氧前应确保无机富锌涂层实干，厚度达到设计要求，无机锌应无干喷、粉化现象。
3.4.6 丙烯酸脂肪族聚氨酯(面漆)
⑴ 第一道面漆在地面喷涂，最后一道面漆应在钢管拱合拢，桥面系铺设完成后进行，按工艺分别修补底漆/中间漆/面漆，然后进行喷涂作业。
⑵ 施工前先将基料和固化剂按比例搅拌均匀，以刷子或小滚筒对焊缝、自由边以及难以喷涂的地方进行预先涂装，以免个别地方漆膜过薄或遗漏。
⑶ 采用无气喷涂、有气喷涂都可获得最佳的光泽和外观。
⑷ 喷丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆前应确保环氧面漆涂层表干，厚度达到设计要求。
⑸ 保证喷涂前涂层无油、清洁、干燥。
3.4.7手工刷涂（通用）
⑴ 小面积的补涂可以采用手工涂装进行，但大面积的补涂应采用喷涂方式进行。
⑵ 刷涂过程中，应不断搅拌桶内涂料，以防止沉淀。
⑶ 刷涂顺序：一般应按自上而下、从左到右、先里后外、先斜后直、先难后易的原则，使漆膜均匀、致密、光滑和平整。
⑷ 刷涂的走向：刷涂垂直平面时，最后一道应由上向下进行；刷涂水平表面时，最后一道应按光线照射方向进行。
⑸ 对于干燥较快涂料，应从被涂物一边按顺序快速连续地刷平和修饰，不易反复涂刷。
4.钢管拱肋吊装
4.1 缆索吊结构
五跨连续钢管拱经过多跨缆索吊和单孔大跨度缆索吊的方案比选，因单孔大跨度缆索吊在经济效益、工期、施工便捷、适应地形等方面都优于多跨缆索吊，最终选择单孔大跨度缆索吊方案，如图11。

图11 单孔大跨度缆索总体布置图
图12 主塔示意图
单孔大跨度缆索吊机的主塔设在主桥Z1、Z6墩顶，跨径558m，塔顶离地面约100m(塔顶离支座约76m)，塔架截面为4m×4m，分别在塔底、中、顶部布置三道横梁，底部为铰接，详见右图12所示。
4.1.1 缆索吊机主要技术参数
缆索吊机主要技术参数见表2
表2 缆索吊机主要技术参数
序号
项　　目
参 数
1
额定起重量
2×48t
2
建筑跨度
L=558m；单跨二索制
3
承重索最大挠度
f=L/15～L/20=39.06～27.9m
4
塔架高度
桥面以上80m
5
最大起升高度
43m
6
主索钢丝绳直径
主索Φ60mm；牵引Φ42mm；起升Φ26mm
7
速　　度
小车运行：10m/min；起升速度：0.98～2m/min
8
卷扬机型号
牵引：2JM28F.110A型；起升：JMW8F.10102型
9
牵引拉力
牵引：280kN；起升：80kN
10
电机型号
牵引：YVP280M-6型；起升：YVP250M-6型
4.1.2缆索吊机钢索规格及性能参数
缆索吊机钢索规格及性能参数见表3
表3 缆索吊机钢索规格及性能参数
项　　目
承　重
牵　引
起　升
缆风索
钢丝绳型号
6V×43+IWR
6V×37s+NF
34w×7+IWR
6×37s＋FC
钢丝绳直径
Φ60mm
Φ42mm
Φ26mm
Φ42mm
Φ26mm
抗拉强度
1870MPa
1870MPa
1870MPa
1770
1770
最小破断拉力
2571kN
1246.9kN
401kN
921
352
拉力安全系数
K1min=2.59
K1min=4.41
K1min=6.95

应力安全系数
K1min=2.0
K1min=3
K1min=3

钢绳折减系数
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
每延米( kg/m)
15.444
7.5
2.64
5.94
2.28
4.1.3 主地锚设计
主地锚是缆索起重机承重索和后背索的重要受力结构，设计是否合理将直接影响到整个缆索吊机的使用安全；同时由于其结构庞大，合理的设计将为工程减少相当大的投入。根据本桥的实际情况，设计了桩嵌承台重力式后锚碇，如图13。

图13 主地锚结构图
4.2 钢绞线斜拉扣挂体系
4.2.1 扣塔结构
扣塔用M型万能杆件拼装成门式结构，Z3(Z4)墩扣塔高度为40m（相对于支座的高度，如图14所示）,立柱截面为2m×4m，两立柱中心距26m(对应竖拱中心线)。每个立柱有6个肢腿，单个肢腿用2N1杆件组拼，水平横杆用2N4杆件，斜杆用2N5杆件。在扣塔立柱24～28m处、36～40m处安装两道横梁(第一道用于安装B跨拱肋)。Z2(Z5)墩扣塔高24m，塔顶设一道横梁塔架。
利用预埋在主墩内的工字钢做基础，工字钢与扣塔立杆通过“十”字型钢板连接。

图14 Z3(Z4)墩扣塔塔架结构示意图
4.2.2 索鞍平台
Z3(Z4)每组塔架在塔身的24m、26m、28m、32m、36m、40m处共设置了六层索鞍平台(下部两层平台用于B跨拱肋安装，上部四层用于A跨拱肋安装。Z2(Z5)每组塔架在塔身的20m、22m、24m处共设置了三层索鞍平台(最底层用C跨安装，上两层用于B跨安装)。索鞍为多轮轴结构，索鞍分配粱采用型钢组合结构，与扣塔采用螺栓连接。索鞍轮轴采用直径Φ150mm的45号不锈钢棒，轴套采用Φ299×11mm和Φ159×6mm无缝钢管嵌套，内填C60微膨胀砼，侧面以5mm圆环板封口。
4.2.3 扣锚索系统
扣锚索采用Φ15.24mm高强低松弛钢绞线集束，每根扣索根据最大索力值选择钢绞线根数(以A跨为例，扣索选择如表4)，使最大索力值控制在钢绞线容许应力的30%左右。
表4 各段推拱肋扣索索力及钢绞线配置
位 置
编号
垂直起吊重量(t)
扣索索力
理论计算值kN)
扣索钢绞线根数

(预埋段)
25.157

A跨(西半跨)
第I节段
46.774
226
4根
第II节段
48.411
386
6根
第III节段
47.431
480
7根
第IV节段
45.167
567
8根

第V合拢段
45.207

A跨(东半跨)
第IV节段
45.167
567
8根
第III节段
47.431
480
7根
第II节段
48.411
386
6根
第I节段
46.774
226
4根
(预埋段)
25.157

4.2.4 张拉转换系统
主要由预埋件、转换耳板、张拉锚箱、移动锚箱和转换锚箱等五部分组成，见图15。张拉转换系统基础预埋件采用Φ25mmI级圆钢(每段拱肋扣索对应20根钢筋)。

图15 张拉转换体系
4.2.5 平衡系统
Z2(Z5)墩扣塔不设平衡索，Z3(Z4)墩扣塔用Ф42mm钢丝绳作平衡索。扣索与平衡索是两套独立的结构，以便于进行独立操作。
4.3 单跨拱肋安装流程
取A跨安装为例，各节段安装流程为：拱脚预埋段安装→第I段拱肋安装→第II段拱肋安装→第III段拱肋安装→第IV段拱肋安装→合龙（第V段）。
单个节段拱肋安装流程为：运输至起吊点→安装吊具、缆索滑车就位→起吊节段脱空→调整吊具使竖拱轴线竖直→节段升空→水平对位→连接法兰→安装扣索→逐级张拉扣索→缆索吊逐级放松起重绳→拱肋节段达到要求标高、缆索吊松钩→安装侧向稳定风缆→侧向线型调整→完成节段安装。
4.4拱肋安装方法及工艺（以A跨为例）
4.4.1 场地运输

钢管拱加工厂位置在东岸，拱肋分段运输采用炮车拖运，由施工便道将拱肋分段送到起吊位置(Z4墩附近)，在Z4和Z5墩之间预先清理场地、填筑碾压以便运输车辆转头。
4.4.2拱脚预埋段安装
拱脚段预埋在箱梁主腹板内，先将定位板准确定位后浇筑箱梁第一次砼，待砼达到设计强度后再缆索起重机吊装拱脚预埋段，利用箱梁上的支架辅助定位，与拱脚定位板焊接后，再浇筑剩余砼。
4.4.3吊装第I段拱肋
4.4.3.1 安装吊具
拱肋运到起点后，开始安装吊具，吊具采用直径42mm钢丝绳配合滑轮组及10t导链，出厂前已在竖拱节段上弦管和斜拱管焊接钢板吊耳，起吊用双吊点、双车的方式。
4.4.3.2 脱空及调位
由于竖拱与斜拱形成不对称三角结构，脱空后斜拱侧偏重使得竖拱面的中心线不垂直，这时通过设在吊具上的倒链进行调整使其垂直，以方便和预埋段管口连接。如16所示。

图16 拱肋双点起吊及及调位示意图
4.4.3.3 起吊就位
调整好竖拱使其垂直后，拱段垂直缓慢起吊至预定高度(吊装B跨、C跨时需要越过Z3、Z4、Z5、Z2墩扣塔塔顶)，缆索滑车水平移动，将拱肋段运抵安装位置。
4.4.3.4 对位连接
调整拱段倾角和前一段(预埋段)进行对口，连接法兰板的顺序是先定位后加固，先连正交法兰板，以少数螺栓卡位后，再连接其余法兰板，如图17。

图17 对位连接示意图
4.4.3.5 扣索安装
在拱段吊装前，将扣索前后头以P型挤压锚锚固，用5t卷扬机牵引扣索过塔，前扣索锚固头暂时用短钢丝绳套固定在已安装好拱肋分段上，后锚索和张锚端连接。拱肋分段接头法兰连接后，用卷扬机配转向滑轮将扣索前锚固头牵引至设在新装拱段上弦管的前扣点内，安装限制锚固头位移的螺栓板。
4.4.3.6 扣索张拉及松吊钩
按照预定初拉力对扣索施加作用，在扣索分级加载过程中，缆索起重机同时逐级卸载，根据观测拱段抬头标高的实时数据，控制卸载、加载的程序。卸载的控制数据是缆索机起重绳的放松长度值，加载的主要控制数据是拱段的标高变化值，而以扣索的索力值为辅。
4.4.4 吊装第II、第III、第IV节段拱肋
在第I节段吊装后，张拉扣索及侧向缆风绳配合调整第I段的标高、线型，直到满足预设值后才能继续吊装第II段。采取同样的方法和工艺依次吊装第III段、第IV段。
4.4.5吊装合拢段
在设计允许的温度时间时，实测高空合口的水平距离（多次反复测量以保证测量精度），确定合拢时间后以测量数据为准切割掉合拢段的两端余量，并在最接近设计温度的时间内吊装合拢段。
合扰段拱肋上弦管长、下弦管短，两个吊钩同步起升时无法通过合拢缺口(缺口上宽下窄)，因此采用两个吊钩不同步、不等高的方法抬升合拢段，使之穿过缺口，然后从上往下合拢对接，连上法兰板后，同时同步缓慢松开吊钩，完成合拢工序。见图18。

图18 合拢段吊装示意图
4.4.6扣索拆除

扣索的拆除顺序由第IV向第I段依次对称进行。为保证扣塔在受不平衡力的情况下的稳定，在松扣索索力时不能一次全部卸载，必须逐级(20%左右)对称卸载拆除，以免影响拱肋线型。
4.4.7拱肋吊装线型控制措施
xx北桥属于无风撑钢管拱桥，拱肋为不平衡的三角组合结构，在后期加载中拱肋会发生内倾(往桥中心线)，如果内倾超过竖拱原设计拱轴线的位置，不利于结构的安全。因此设计单位在本桥拱肋设计了面外预拱度。本桥拱肋的面内线型可以按常规拱桥的方法进行控制，但对于面外线型则需要采取不同于常规桥梁的措施进行控制，主要措施如下：
⑴ 在地面加工制作拱肋时，严格控制结构尺寸，现场对所有钢管拱肋进行全幅预拼，保证钢管拱的线形质量，为钢管拱的顺利安装提供充分的条件。
⑵ 拱肋节段是竖拱、斜拱一体吊装，而竖拱和斜拱形成的拱肋截面中心不对称，斜拱侧靠在竖拱上，一是使拱轴线向桥中心线有位移，二是截面有扭角，导致竖拱中心线不能保持竖直。主要是利用侧向缆风调整(不对称加载)、将每段拱肋扣索分成两根小扣索(不对称加载)来解决。如图19。

图19 拱肋节段扣索及缆风绳布置示图

⑶ 拱肋接头采用手工焊接，遵循同时、对称施焊的原则。每片拱肋要求从拱顶开始往拱脚方向依次对称焊接（如图20所示），而且每个截面、每个管口的焊接要同时对称焊接(如图21、22)。

图20 单片拱肋对称焊接顺序示意图

图21 拱肋截面三管对称焊接顺序图 图22 单管对称焊接顺序图
4.4.8 拱肋吊装抗台风措施
根据理论计算分析，钢管拱合龙前为整个施工过程中最薄弱的环节，对于B跨和C跨拱肋悬臂拼装，即使经历平均风速为41.4m/s的台风，拱肋结构也不会被损坏，但对于A跨的悬臂拱肋有可能会因风振导致斜拱屈服破坏。拱肋吊装经历台风期，因此需要采取相应抗台风措施，具体如下：
⑴ 台风从形成到登陆可能需要3～7d左右，应及时掌握天气预报信息，若有可能则加快速度，抢在台风来临前实现拱肋合龙，否则应适当放慢拱肋吊装速度，减少拱肋的悬臂长度。
⑵ C跨和B跨的吊装段数较少(C跨每片拱肋只有3段，B跨只有5段)，且没有风撑的限制，所以在台风来临前，可以考虑拱肋单片合拢，即上游或下游先合拢。
⑶ 对于A跨，施工中最危险的工况是安装完第IV节悬拼段(第V节为合拢段)。当安装完第III节段后，根据天气预报决定是否继续安装剩余拱肋，如果无法继续安装，则须采取措施应对台风：在拱肋1/8和7/8处增加临时连杆连接竖拱和斜拱，在第III节段和第II节段增加缆风绳，即由原先每个点的单根φ24钢丝绳增加到2根，单根预紧力调至5kN左右。
⑷ 仔细检查每根扣索、缆风绳与拱肋的连接点和后锚点，确保连接牢固，避免台风袭击时连接处脱落导致拱肋被破坏。
5.钢管拱砼灌注施工
A跨拱肋钢管为φ1200×24mm，B跨拱肋钢管为φ950×22mm，C跨拱肋钢管为φ800×22mm；A跨腹板总宽600mm（即使不考虑吊杆导管的影响，净宽也仅为412mm)，B跨腹板宽475mm（不考虑吊杆导管的影响,净宽也仅为287mm)，C跨腹板宽400mm（不考虑吊杆导管的影响,净宽也仅为212mm)，若考虑吊杆的影响则腹板净空更小，如图23。竖拱管和腹板要求灌注C50微膨胀自密实砼，约1800m3。

图23 竖拱结构净空示意图
5.1 砼配合比设计
5.1.1力学性能
力学性能：混凝土3d后强度≥40MPa，28d强度≥60MPa；混凝土进行试配后，同时制作两组振捣与不振捣试件进行比较，不振捣混凝土抗压强度/振捣混凝土抗压强度≥98%。
膨胀率：密封条件下混凝土自由膨胀率：7d≥2.0×10-4，14d≥2.5×10-4，28d≥3.0×10-4且56d达到稳定，混凝土自由膨胀率为(3～5）×10-4，限制膨胀率为（1.5～2.5）×10-4。
弹性模量：≥3.8×104MPa。
5.1.2工作性能
混凝土初始坍落度为22～24cm，扩展度为600mm，2h坍落度≥18cm，含气量小于2.0%，3h坍落度≥16cm，初凝时间控制在16～19h。
5.1.3钢管混凝土配合比设计
水泥：广东顺龙牌P.II42.5R普硅水泥；
粉煤灰：广东汕头Ⅱ级粉煤灰；
砂：选用细度模数为2.6～3.0中砂，含泥量小于1.0%；
碎石：腹板粗骨料选用5～9.5mm碎石连续级配；弦管粗骨料选用5～16mm碎石连续级配；
高效减水保塑补偿收缩外加剂：钢拱微膨胀混凝土泵送剂SPP-HPG；
拌合水：洁净水。
根据配制的混凝土的力学性能、工作性能及限制膨胀率，每立方米混凝土的配合比为：水：180kg，水泥470kg，粉煤灰（Ⅱ级）40kg，SPP-HPG钢拱混凝土泵送剂67kg，砂680kg，碎石1013kg。该配合比混凝土4h龄期抗压强度45MPa，28d抗压强度61MPa，56d限制膨胀率3.80×10-4，弹性模量4.10×10-4 MPa，满足设计要求。
5.2 灌注顺序
总体灌注顺序：先小跨后大跨，即西C跨→东C跨→东B跨→西B跨→A跨。
每跨灌注顺序：下弦管->上弦管->腹板，同片拱肋的下弦管与上弦管灌注时间要相隔3d，即按I→II→III→IV→V→VI顺序灌注，如图24所示。

图24 单跨拱肋混凝土灌注顺序图
5.3 灌注流程
人工浇筑预埋段拱肋砼→安装进料止回阀、泵管、泵机→试机压水，湿润泵管并检查管路密封性→每台泵机泵送砂浆湿润管路→一次直接顶升或连续接力顶升混凝土至拱顶→排出新鲜混凝土，关闭止回阀→拆洗泵送管路并清理拱肋表面水泥浆和混凝土。
5.4 具体灌注方法及工艺
5.4.1 人工灌注预埋段
在其它节段钢管拱安装前，先采用人工方法灌注预埋段的钢管拱砼。由于系杆导管、加劲板环均位于拱脚预埋段位置，其内部加劲结构非常复杂，施工中采用Φ200mm锥形漏斗沿导管灌注混凝土。在灌注过程中随着混凝土面的升高逐渐提升导管高度。见图25。

图25 拱脚预埋段砼灌注示意图
5.4.2 拱肋砼泵送顶升灌注
5.4.2.1 泵送顶升方法
下弦管：从拱脚开始两岸对称泵送顶升灌注，一次直接泵送顶升到拱顶。
上弦管：从拱脚开始两岸对称泵送顶升到拱肋L/4位置，然后在L/4位置接力连续顶升到拱顶。
腹板：C跨和B跨腹板砼的灌注方法与上弦管相同，即在L/4处一次接力顶升到拱顶，对于A跨腹板砼则在L/4和3L/8处设接力管，二次接力连续顶升到拱顶。
5.4.2.2 施工工艺
⑴ 机具布置。桥面离地面约20～25m，且泵送点离砼搅拌较远，先用搅拌运输车将砼运到桥底下，通过桥下砼泵机将砼垂直泵送到桥面的主输送泵(HBT60.16.110s)，再通过桥面主输送泵进行顶升施工(如图
26所示)。现场须布置五台砼泵(1台备用)，6～8台搅拌运输车，两台备用发电机。

图26 砼灌注机具布置示意图
⑵ 进料孔、出浆孔、排气孔的布置。在拱脚附近对应下弦管、上弦管、腹板处设置进料孔，上弦管L/4、腹板L/4、以及A跨腹板3L/8处也设置进料孔。
进料孔采用Φ150×8mm钢管由钢管拱拱背正向伸入空腔内，与水平成10°夹角，在空腔内连接一个45°弯头，使出料口与灌注方向一致，减小混凝土泵送的阻力（以腹板进料孔为例，如图27所示)。钢管与钢管拱相交部位进行焊接，并设置加强筋板，增强钢管与钢管拱的连接。
在