钢筋混凝土系杆拱桥拱肋吊装施工技术研究.pdf

桥 梁 钢筋混凝土系杆拱桥拱肋吊装施工技术研究 耿 治 平 ( 中 国 中铁 股 份 有 限 公 司 ，北 京1 0 0 0 3 9) 摘要： 钢筋混凝土拱肋与钢 管拱相 比体积和质 量较 大 ， 这就给 吊装施 工带来更大的难度 ， 特别是拱 肋分段 吊装承 重支架的设计、 合龙时的线形控制 等方 面增加 了大量的工作和风险性。根据某特 大桥 主桥 系杆拱 钢筋混凝 土拱肋 吊装施 工的实例 ， 从 支架 的设计和线形控制 两方面进行研 究 ， 提 出控制要 点， 为类似桥 梁施工提供借鉴 。 关键 词 ： 钢筋混凝土 ；系杆拱桥 ；拱肋 ；施 工 中图分类号 ： U 4 4 8 2 2 5 ； U 4 4 5 4 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 8 3 0 4 Re s e a r c h o n Te c hn o l o g y o f Ho i s t i n g Ar c h Ri bs o f a Re i n f o r c e d Co nc r e t e Ti e d Ar c h Br i dg e Ge n g Zh i p i n g ( C h i n a R a i l w a y G r o u p L i m i t e d ，B e i j i n g 1 0 0 0 3 9 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：Co mp a r e d wi t h t he s t e e l t u b e a r c h，t h e v o l u me a n d we i g h t o f t he r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r c h r i b a r e b i g a n d t h i s b r i ng s a b o u t t h e d i ffic u l t i e s o f h o i s t i n g t h e a r c h r i bEs pe c i a l l y t h e mo r e wo r k s h o u l d b e d o n e a nd t he r e a r e l o t s o f r i s k s i n ma k i n g d e s i g n o f t h e l o a db e a r i n g s u p p o r t f o r h o i s t i n g t h e a r c h r i b s e c t i o n b y s e c t i o n a n d l i n e a r c o nt r o l whe n c o n d u c t i ng c l o s u r e Ta k i n g t h e ho i s t i n g t h e a r c h r i b o f o n e r e i n f o r c e d c o n c r e t e t i e d a r c h b r i d g e a s a n e x a mp l e， t h i s p a p e r r e s e a r c h e s a n d d i s c u s s e s t he s u p p o r t d e s i g n a n d l i n e a r c o n t r o l ， a n d p ut s f o r wa r d s t h e k e y c o n t r o l p o i n t s ，p r o v i d i n g t h e r e f e r e n c e t o t h e s i mi l a r b r i d g e c o n s t r u c t i o n Ke y wo r ds ：r e i n f o r c e d c o nc r e t e； t i e d a r c h b r i d g e； a r c h r i b；c o n s t r u c t i o n 1 工 程概 况 2拱肋支 架 搭设 某公 路特 大桥 位 于 滨 海 县 与射 阳县 交 界处 ， 主 要 跨越射阳河。该桥上部桥跨组合为 7 x 2 5 m( 预应力连 续梁 ) + 7 1 4 8 m( 系 杆拱 ) + 1 0 x 2 5 m( 预 应力 连续 梁 ) ， 其 中主跨 位 于 7号 8号墩 之 间 。 主桥 上部 结构 设 计 为 7 1 6 m 单 跨 预 应 力 混 凝 土 系杆拱 ， 为刚性系杆 刚性拱 ， 系杆计算跨径 L =7 0 m。 拱轴 线为 二次 抛物 线 ， 矢高 1 4 m， 矢跨 比 0 2 。拱 肋 截 面正 高 1 4 m， 宽 1 2 m， 断 面为 “ 工 ” 字 形 截 面 。根 据 设 计 要求 ， 拱肋 采用 预制 场 预 制 ， 用 大 型 浮 吊、 分 3段 吊装 施工 。半 幅桥 拱 肋 之 间设 抗 风 撑 4道 ， 采 用 外 径 D= 5 0 0 m m、 壁 厚 艿 =1 2 mm 的无 缝 钢管 制作 。 该桥 共设 中横 梁 2 6道 ， 每半 幅 1 3道 。 中横 梁 高 1 3 21 6 5 m( 桥面横 向坡度根据中横梁高度变化调 整 ) ， 长 1 5 7 m， 采 用预 制场 预制 浮 吊 吊装 施工 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 7 0 6 作者简介 ： 耿治平( 1 9 6 8 一 ) ， 男 ， 高级工程 师， 工学硕士 ， E ma i l ： g z h i p i n g 一1 01 6 1 2 6 c o r n。 铁道 标准设计R AI L WAY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( 0 ) 该 桥拱 肋 吊装每 片拱 肋 分 3段按 次 序 进 行 ， 中一 段 与两 端块 件 吊装联 结后 再与 中二 段联 结 。中一 段每 块 重 5 0 4 k N， 中二段 重 8 3 9 k N。每片拱 肋设 4个支 架 ， 其 中 ： 中一 段 与端 块 件 联 结 部 位 每 侧 设 1个 ( 以下 简 称副支架) ， 共 2个 ； 中一段与 中二段联结部位 每侧设 1个 ( 以下 简 称 主 支架 ) ， 共 2个 。主 支架 采 用 贝 雷片 作 立柱 搭设 ， 横 桥 向联 结 亦 采 用 贝 雷 片 。副 支 架采 用 4根 4 ) 3 7 7 mm螺旋钢管作立柱 ， 横向无连接 。 主支架 底 部 以 系 杆 平 台 的 3号 墩 立 柱 为 主 受 力 墩 ， 副 支架 直接搭 设 在 系杆 顶 面 。拱 肋 吊装 支架 布 置 如 图 1所示 。 为保证 系杆 顶 面 昆 凝 土 的承 压 ， 副 支 架 钢 管 立柱 底 面 焊接 口4 0 0 m mx 4 0 0 mm、 8 =1 0 m m 的钢 板 以 增 大 受 力 面 积 。 主 支 架 以 贝 雷 片 为 立 柱 ， 系 杆 每 侧 设 置 2根 ， 除 底层 横 向布置 外 ， 以上 3层均 为立 式 连接 。横 向与立式 贝 雷片 采 用 在 横 向贝 雷 片上 焊接 8 =2 0 m m 阴 阳接 口贝 雷销联 结 的方 式 。支架顶 部采 用工 字钢 焊 8 3 桥 梁 耿治平一铡筋混凝土系杆拱桥拱肋吊装施T技术研究 图 1 拱 肋 吊装 支 架 布 置 图 ( 1 2主 跨 ) ( a ) 组合安装 制 的梯形 架 调坡调 高 。 梯形 架制 作及 安装 如 图 2所示 。 3浮 吊设 备及 参数 4 9 6 4 拱肋 采 用 大 型 浮 吊船 吊装 ， 船 只 采 用 “ 铭 鑫 浮 吊 三 号 ” ， 本 船 系组 合 式 起 重船 ， 船 体 总 宽度 1 6 5 m， 长 度 3 4 9 5 n l ， 正常 吊重 为 1 1 0 0 k N。本 工程 拱 肋 中 二段 为 吊装施 最大 重力 ， 总重 8 3 9 k N。 浮 吊船 只结 构简 图如 图 3所示 。 I I l b梯形架 中心纵 剖面大样 图 2梯 形 架 制 作 及 安 装 图 图 3浮 吊船结构简 图( 单位 ： m】 4拱肋 吊装 施 工 4 1 拱肋起 吊脱底 模翻 身 本 【程 拱 肋 预 制 采 用 砂 浆 砌 砖 水 泥 浆 抹 面 做 底 杂木调高 曰 日I J 1 二 亡二 模 ， 施 工 时 ， 在拱 肋 吊点 位 置预 留 1 0 0 I I 1 1T I 1 0 0 I n r l l 矩 形 起 吊孔 ， 以便 穿 入钢 丝绳 平 行 起 吊。拱 肋 中一 段 设 计 2个 起 吊点 ， 分别 距 端头 3 5 IT I ， 巾二 段 设计 4个起 吊点 ， 外侧 距 端 头 3 5 m， 中 间 吊点 距 离 均 分 。起 吊 时 ， 先从拱 肋 一端 吊起 ， 待 底模 脱 离 后 再 吊起 另 一 端 。 为保 护预 留接 茬钢 筋 ， 平 行 起 吊后 沿拱 肋 轴 线 方 向平 移 ， 接 茬 钢筋 完全分 离后 再 平行 吊高 。 拱肋 在 吊装上 桥 前 必须 将 拱 肋 翻身 ， 即拱 肋 由平 面摆 放翻转 为 立 面。 由于拱肋 脱模 时 采用 钢丝 绳捆 吊 法 ， 翻身较 为 困难 ， 需二 次捆 绳 。 具体 翻转 程序 如 图 4所示 。 一 ( d J 第 1 次捆绳 ( b ) 平 吊脱模 (c ) 平 吊斜放 ( d ) 第2 次捆绳 ( e ) 斜放翻转 ( D翻转 正吊 图 4拱 肋 翻转 程 序 拱 肋捆 绑 时 ， 在 钢 丝 绳 与拱 肋 混 凝 土 面接 触 部 位 应 采用 土： 【 布 和“ L” 形钢 板 进 行 保 护 ， 为 防止 钢 丝 绳 的滑 动 ， 在钢 丝绳 与 钢 板 之 间 夹 塞 杂 木块 。翻 转 过 程 巾 注意对 拱 肋混凝 土 成 品的保 护 。 4 2拱肋 吊装 及 线形 控制 4 2 1 拱肋 吊装 拱 肋 吊装 前 ， 应 对 拱 肋 进行 修 整 。保 证起 吊 前各 段 拱肋 的结 构 尺寸准 确无 误 和拱 肋混 凝 土表 面 的外观 质 量 。对湿 接缝 处接 茬 钢筋 应 进 行 调 整 ， 混 凝 土 接 茬 面应凿 毛并 清洗 干净 ， 避 免起 吊后 在高 空 进行处 理 。 拱 肋 吊装顺 序 为 ： 小 里 程 中一 段 一 大里 程 中一 段 一 中二 段 。 根 据现 场情 况 和 浮 吊船 的结 构 参 数 ， 左 幅 桥 2号 拱 肋 中一段 从上 游侧 跨右 幅 2号 和左 幅 1 号 系杆 进 行 吊装 ， 中二段从下游侧跨便桥吊装。左幅桥 l 号拱肋 、 右 幅 1号 、 2号 拱 肋 均 从 上 游侧 进 行 吊装 。全 桥 拱 肋 吊装 次序 如 图 5所 示 。 8 4 铁道标准设 计R A I L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( 1 0 ) 耿 治平一 钢筋混凝土系杆拱桥拱肋 吊装施工技术研究 桥 梁 ( a ) 左 幅2 号拱肋 中一段 ( b ) 左幅 1 号 中一段 ( C ) 左幅1 号中二段 ( d ) 左 幅2 号 中二段 周 一 ( e 1 左幅风撑 ( f ) 右幅2 号拱肋 ( 曲右幅1 号拱肋 ( h ) 右 幅风撑 图 5全 桥 拱 肋 吊装 次 序 4 2 2拱 肋 吊装 定 位测 量 拱肋在吊装过程 中， 为保证拱肋合龙后 的线形与 设计 基本 保持 一致 ， 本 吊装 施 工从 拱 肋 各 主要 控 制 点 高程 和纵 横 向平 面位置 来进 行控 制 。 4 2 2 1 高程控 制 ( 1 ) 高程控制点的设定 本 工 程每 片拱 肋设 吊装 支 架 4根 ， 为 便 于 吊装 过 程 中高程的控制测量 ， 高程控制点设在支架上方的梯 形架上和拱肋上， 考虑到在 安放拱肋后支架会 产生小 部 分位 移 ， 梯形 架上 的控 制 点仅 仅 作 为 高 程 参 考控 制 点 。为保证拱肋安装后高程误差降低至最小并方便施 工 过程 中测 量 ， 控制 点 设 在 湿 接缝 中心 线 与 拱肋 轴 线 相 交点 两侧 7 6 c m处 ( 顺 桥 向水 平 位移 ) 。假 定拱 肋 吊 装 完成 后此 高程 点正 投 影 在 拱 肋底 面 、 梯形 架 上 和 系 杆顶面分别做点 ， 其中拱肋底面投影点在起吊前完成 ， 梯形架和系杆顶面点位由全站仪定位 ， 精确设点后 ， 由 经 纬仪 在两 系杆 对应 点位 上相 互复 核 。 点 位设定 如 图 6所 示 。 注 ： x 一 系杆高程控制 点； z 一支架高程控制点； G 一拱肋高程控制点。 图 6拱肋 吊装高程控制点位布置 ( 单位 ： m) 控制 点位 置 经复 核无 误后 ， 转 点 测量 出 X 1 、 X 2和 X 3的高程作为拱肋 吊装 的控制基准高程。以系杆顶 面 的基准 高程 用长 钢尺 竖 直量 测 出 z 1 、 z 2和 Z 3的参 考高程 ， 参考高程 z 1 、 z 2和 z 3分别 比拱肋 底精确高 程 G 1 、 G 2和 G 3低 2 5 c m 左 右 ， 以便 夹 塞 杂 木 楔 调 整 拱肋 底 的精确 高程 。 ( 2 ) 精确 高程 的 确定 在确定精确高程时 ， 以下几个因素必须考虑 ： 拱肋预留拱度 。本工程 中， 设计无预 留消除沉 铁道 标准设计R AI L WA Y S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( 1 0 ) 降 的拱 度 ， 但 参 照 同类 工程 的工 后 沉 降结 果 和 监 控 单 位的建议 ， 副支架处预留2 0 mm、 主支架处预 留 4 0 m m 的预拱 度 ( 6 ) 。 由于系杆采用钢管平 台现浇施 工， 系杆 已经预 留了拱 度 ， 此 预 留拱度 值 为平 台弹性 形 变量 ( 艿 ) 与 拆 除平 台后 系杆 的沉降量 ( 6 ) 之 和 。吊装前 ， 平 台弹 性 形 变量 已经 消除 ， 但 系杆顶 面基 准高 程 比系杆 顶 面 设计高程有一定的差值 ， 即高出艿 。所以在确定精确 高程时应相应增加 6 ， 才能保证拆除系杆平台后整体 沉降后的设计线形 。 主、 副支架 的弹性和塑性形变对高程 的影 响。 由于主 、 副支 架均 为钢 结构 构件 ， 在拱 肋 吊装过 程 中必 然会 产生 弹性 和塑 性形 变 。为消 除塑 性形 变和 测 出弹 性形变 ， 本 吊装工程采用实体等载预压法 ， 即拱肋吊装 在支 架上 不松 绳 的状态 下使 支架 等载 受力 。支 架加 载 前量测高度 日， 加载后 ( 时间 2 左右 ) 量测高度 日 ， 卸 载后 量测 高度 日 。 。采 用此方 法 即可消 除 塑性 变形 ， 得 出弹 性形 变 6 = H 一 H 。 综合以上 3点， 拱肋底 精确高程 G=设计高程 + 6 Y G+ 6 x c+ 6 z T 。 吊装过程 中， 计算出精确高程 G ， 测量 出基准高程 x， 由于拱 肋 和系 杆宽 度 相 同 ， 则 直接 用 长 钢尺 量 测 两 高程 的差值 即可 。 4 2 2 2平面控 制 为精 确控 制拱 肋 吊装 时的平 面位 置 。在射 阳河 两 岸 专 门布设 了强制 对 中 的 观测 墩 ， 以本 桥 中心 线 大 里 程 方 向为 轴 正 向 ， 垂 直桥 中心线 线 路 右侧 为 y轴 正 向 。坐标原 点 设在 主跨 系 杆拱 纵 横 向 中心处 ， 以 提 高 主跨各 施工 放样 点 的精 度 。 ( 1 ) 顺 桥 向定位 控制 本工 程拱 肋 吊装顺 桥 向定位 仍采 用在 拱肋 上定 点 并 投 影至 系杆 顶 面 ， 经 纬 仪 在 两 系杆 间相 互 对 点 的 办 法进 行 控制 。拱 肋在 预 制 场 施 工 完成 后 ， 根据 预 制 拱 肋的假定坐标 系， 采用全 站仪在湿接缝 中心线与拱肋 轴线 相 交点 两 侧 1 2 1 I 1 处 ( 顺 桥 向水 平 位 移 ) 设 控 制 8 5 ， 口 桥 梁 耿治平一钢筋混凝土系杆拱桥拱肋吊装施工技术研究 点 。并在 系杆顶 面 假 定 吊装 完 成后 设 定 此 点 的投 影 ， 投 影点 设 在系 杆顶 面 中心 ， 方便 置镜 。 拱 肋 吊装 前 ， 在 对应 的另一 幅 系杆顶 面对 点 置镜 ， 以准 备 吊装 的系杆 顶 面 投 影 点 为 后视 ， 反 复 纵 向调 整 拱 肋 位置 ， 直 至拱肋 预设 点 、 系 杆 假定 投 影 点 、 镜站 三 点 重 合 。此 时拱肋 在纵 桥 向 即为达 到设 计平 面位 置 。 ( 2 ) 拱 肋 中轴 线定 位控 制 在 预制 场测 量拱 肋顶 面 按 测 定 中轴 线 的 控制 点 ， 点距 2 m， 并 沿拱 肋 长 度 方 向弹 出 墨 线 。在 强 制 对 中 的观 测墩 上架 设 全 站仪 ， 准 确测 定 出每 个 拱 肋 端 块 件 尾部 支 座 中心位 置并 做点 。 拱肋 吊装时 ， 在 准 备 吊装 的拱 肋 端 块 件 尾 部 支 座 中心处 架设 全站 仪 ， 以对 面 拱 肋端 块 件 尾 部 支 座 中心 为后 视 ， 水平 拨 角 9 0 。 ， 将 仪 器 视线 方 向转 至 拱肋 中轴 线 方 向 。反 复调 整拱 肋 位 置 ， 使拱 肋 顶 面 墨线 和 仪 器 视 线方 向重 合 。在 吊装 中二 段拱 肋 时 ， 由于视 角偏 小 ， 不能看 到 中二段 拱 肋 顶 面 墨 线 ， 采 用前 视 在 墨线 上 吊 垂 球来 调整 拱肋 位 置 ， 使 仪 器视线 、 垂 球线 重合 。 拱 肋 吊装平 面位置 控制 镜站 布设 如 图 7所 示 。 乖 球 吊线 测量 应 同时 进 行 ， 为 达 到 设 计 精 度 ， 拱 肋 需 要 反 复 调 整 。定位 测量 控 制 的一 般顺 序 为 ： 实体 等载 预压 ； 纵桥 向定 位 ； 拱 肋底 高 程 调 整 ； 横 桥 向定 位 ； 拱 肋竖 直 下落 在支 架上 。 5 结 语 本 系杆拱 左 幅桥拱 肋 于 2 0 0 5年 2月 2 8臼开 始 吊 装 ， 3月 6 日左 幅 6片 拱 肋 全部 完 成 。 根据 以上 方 案 对 吊装 进 行 全程 控 制 ， 测 量 拱 肋垂 直 度 偏 差 4 m i l l ， 拱 肋 底 面 高 程 最 大 偏 差 3 mm， 横 桥 向轴 线 最 大 偏 差 3 mm， 纵 桥 向偏 差 5 rai n ， 均符 合规 范及 设计 要求 ， 达 到 预 期 的 目标 。该 工程 的顺 利 实 施 ， 可 为 其 他 类 似 丁 程 的施 工提供 借 鉴 。 参考 文献 ： 1 林炎 先 简支 、 后 连续桥 梁施 工技术方 案 J 交通 科技 ， 2 0 0 4 ( 3)： 5 96 2 2 侯勇 简支双线钢桁 梁桥 设计 与施 技 术研 究 J 铁道 程学 报 ， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： 6 26 6 3 邢方义 高速公路扩建工程桥梁拼接施T技 术研究 J 铁道 程 学报 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 5 6 5 9 4 朱张峰 ， 郭正兴 ， 刘利军 京沪高铁( 9 0 + 1 8 0 + 9 0 )i2q连续 梁拱桥结 构性能分析 J 铁道工程 学报 ， 2 O l 1 ( 1 ) ： 3 13 4 5 徐贤德 ， 李杨 铁路正交连续梁桥斜 交墩 的设计 与应 用 J 铁 道 工程学报 ， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 6 26 6 6 吴广学 谈谈 桥梁 预应 力 的吊装施 工技 术 J 中 圉城 市经 济 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 1 9 01 9 1 7 中华 人 民 共和 国铁 道部 T B1 0 2 0 3 -2 0 0 2 铁 路 桥 涵施 规 范 S 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 2 图 7 拱肋 吊装平面位置控制镜站布 设( 单位 ： m J 8 徐传银 沪杭高速铁路横潦泾特大桥 1 3 5 跨连续 梁桥合龙施 I 在拱 肋 吊装 过程 中 ， 拱 肋 的纵 向 、 横 向定 位 和水平 技术研究 铁道标准设计， 。 ( ) ： 卜 1 2 0 1 2年 铁道标准设计 征订启事 邮发 代 号 8 2 7 6 5刊 号 C N1 1 2 9 8 7 U I S S N1 0 0 4- 2 9 5 4 铁道标准设计 创办于 1 9 5 7年 ， 是中铁工程设计咨询集团有限公司( 原铁道部专业设计 院) 主办 的国内外 公 开 发行 的科 学技 术类 期 刊 ， 是 全 面报 道 中国铁 道工 程建 设技 术 和铁道 工 程建设 标 准规 范 的大型综 合 性刊 物 ， 铁 路 运输 类 中文 核 心期 刊 ， 中 国科 技论 文 统计 源期 刊 ( 中 国科技 核心 期 刊 ) 。 主 要报道 内容铁 道 线路 、 路基 、 桥 涵 、 隧道 与地 下 工程 、 站 场 、 机 务 、 车辆 、 电 力 、 电力 牵 引 、 通 信 、 信 号 、 给 排 水 、 房 屋 建筑等 专业 的标 准 设计 、 丁 程设 计和 施工 技术 ； 铁 路工 程建 设标 准规 范 的制修 订 、 说 明 、 勘误 、 更 正 以及新 规 范 的宣 贯 ； 相 关 领域 的最 新动 态等 。 读 者 对象 铁 道 、 交通 、 建筑 、 水 电 、 市政 ( 地 铁 ) 等 部 门从 事 相 关 专业 的勘 察 设计 、 施 工 、 制造 、 养 护 、 科 研 等 作 的技术 、 管 理人 员及 相关 专业 的院校 师生 。 铁 道标 准设 计 为 A 4开 本 ， 月刊 。每 月 2 0 日出版 。每 期定 价 2 0元 ， 全年 2 4 0元 份 ( 含 邮资 ) 。 地 址 ： 北京 市 丰台 区广 安路 1 5号 中铁 咨 询大厦 邮编 ： 1 0 0 0 5 5 订 刊 电话 ： ( O 1 0) 5 2 6 9 6 3 0 5 5 1 8 2 3 2 6 3 传 真 路 电 ： ( 0 21) 2 3 2 6 3 铁道标准设 计R A I LW AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 J ( 1 0 )