大跨度钢桁-混凝土结合拱桥拱脚精定位安装施工技术

 李继有

 (中铁大桥局集团第五工程有限公司  九江332001)

摘要  结合成贵铁路贵州鸭池河特大桥施工实例，介绍大跨度钢桁一混凝土结合拱桥拱脚精定位施工技术。介绍了拱脚定位支架的设计及计算分析，拱肋钢结构锚栓与首节段拱肋钢结构整体定位预埋的施工方法、工艺流程和注意事项，确保了拱脚整体施工质量。

关键词  大跨度拱桥拱脚精定位施工技术

1工程概况

 贵州鸭池河特大桥为成贵铁路跨越鸭池河的一座铁路特大桥梁，桥梁全长971 m，跨径布置为：8×32.7 m简支箱梁+32.7 m+2×61. 75 mT构梁+1×436 m拱桥+2×61. 75 m+32.7 mT构梁+2×24.7 m简支箱梁。主桥为1×436m中承式钢一混结合提篮拱，拱轴线为悬链线，拱轴系数为m=3.5，拱肋计算跨径436 m，中心矢高115 m，矢跨比为1：3.8。

大桥拱肋钢结构结构型式为N型钢桁架结构，钢桁架上、下弦采用M36锚栓与拱座及拱脚混凝土锚固，锚栓材质为40CrNiMoA，锚固长度4m。单根下弦杆件锚固锚栓数量22根，单根上弦杆件锚栓数量20根，一个拱脚锚栓系统共84根锚栓。拱肋拱脚锚栓布置示意见图1。

2  定位支架结构设计

2.1  定位支架设计概况

1号节段拱肋钢结构定位支架主要由拱脚定位支架1、拱脚定位支架2、上弦杆定位支架、下弦杆定位支架4个支架组成，结构布置见图2。拱脚定位支架1、拱脚定位支架2自上而下由分配梁、立柱、连接系构成，分配梁、立柱及连接系均采用[16 a。

 上弦杆定位支架自上而下由分配梁、立柱、连接系构成，分配梁采用2个132 a型钢组合；立柱采用直径273 mm、壁厚6 mm钢管；连接系采用[14 a。

 下弦杆定位支架自上而下组成为：纵梁、横梁（分配梁）、支架及基础。上部荷载通过纵梁传递到横梁，再依次传递给立柱和基础。纵梁、横梁（分配梁）均采用2HM588×300型钢组合；支架立柱采用直径630 mm、壁厚10 mm钢管，顺桥向间距为5.4 m+5. 46 m，横桥向间距为6m，立柱间设置连接系；立柱基础采用扩大基础，同时为抵抗倾斜荷载的水平分力，在拱脚设置预埋件与支架铰接。下弦杆定位支架在4个支架中受力相对较大，选择下弦杆定位支架进行受力分析。

2.2计算模型

采用桥梁专用计算软件Midas Civil 2006进行建模计算，纵梁、横梁、支架均采用梁单元模拟。支架立柱在基础处的连接约束为铰接。支架及纵横梁主要承受的荷载为首节段全包混凝土及钢桁杆件自重、模板和施工机具重量，以线荷载的形式施加在纵梁上，经横梁传递到支架。支架布置见图2，计算模型见图3。

2. 2.1纵、横梁体系计算结果

计算结果见图4～图6。

 由图4可见，纵梁最大组合应力为amax一145MPa<[b]一170  MPa，最大剪应力Tm。。一52.5MPa<[r]=100 MPa，纵梁受力满足规范要求。

 由图5可见，横梁最大组合应力181.9 MPa，小于允许值的1.1倍，组合应力满足使用要求；最大剪应力r。。。=87.1 MPa<[r] =100 MPa，横梁受力满足规范要求。

 由图6可见，纵梁最大竖向变形为4.3 mm<Ll400=13 mm，横梁最大竖向变形为7.5 mm<L/400 =14.5  mm，纵梁、横梁刚度满足要求。

2.2.2支架计算结果

以成都岸支架1为计算分析对象，计算结果见图7和图8。

 由图7可知，支架的最大组合应力位于立柱顶，其值为147.9 MPa．立柱连接系最大组合应力位于立柱顶，其值为113.8 MPa，小于规范容许应力值，强度满足要求。

 钢管直径630 mm、壁厚10 mm，选取受力最不利的钢管，取计算长度L=5 640 mm，N=1 631.7kN，对应处弯矩为M=191.6 kN．m，长细比25.7，按照压弯稳定公式得到d=154.2 MPa<[b]170MPa；连接系钢管的最大轴力为462.8 kN。钢管的最大计算长度l=6 000 mm，长细比63.5，按稳定计算得容许承载力N=674.2 kN>462.8 kN，支架及联接系稳定性满足规范要求。

3关键施工技术

 (1)拱座后浇带预留设置。拱座后浇带的预留，必须确保混凝土施工接缝与钢桁拱上下弦杆件垂直，以保证拱上荷载作用下后浇带施工接缝处混凝土以承压为主；拱座后浇带钢筋仅预留接头，另外预埋首节段钢桁拱定位支架预埋件。

 (2)首节段钢桁拱定位支架安装。拱脚定位支架1（见图2）主要是支撑上弦底座，为上弦底座调整和定位提供平台；拱脚定位支架2主要是支撑定位下弦底座，为下弦底座调整和定位提供平台；下弦杆定位支架用于下弦杆EIE2杆件的安装和调节平台；上弦杆定位支架主要是为了安装调节定位上弦杆AOA1杆件。

 各个支架在钢结构加工厂分块加工，单块构件重量须满足吊机起重要求，且方便现场安装施工。混凝土浇筑完成后，安装首节段钢梁之前，将各个支架与相对应的预埋件焊接牢固。焊接完成后，对每个支架顶部标高位置进行测量复测，确保所有支架位置符合设计及规范要求。各个支架四周各设一个反力座，反力座距离待安装杆件边缘不得小于25 cm，以放置机械千斤顶。支架安装完成后须进行预压，以消除其非弹性变形。

 (3)安装拱脚预埋板及首节段钢桁拱。拱脚预埋板及后阶段钢桁拱利用塔吊散件拼装，吊点跨过吊装单元的重心，且接头端的吊点与吊绳之间设置10 t倒链。在平台上，收紧倒链，使该吊装单元角度基本与成桥状态一致。杆件散拼总体拼装原则为先下后上，先内后外。

 粗调：利用塔吊将该吊装单元吊装至待安装位置，让吊装单元的一端放置在支架上固定位置处，调整塔吊大臂角度，使吊装单元的另一端对准固定位置放置。

 精调：利用反力座，在安装单元件周围设计千斤顶，调整千斤顶，使安装单元弦杆顶端（与下节段联接端）标识点坐标符合设计规范要求。

 复测达到设计要求后，抄垫好弦杆和底座，并用型钢或钢板限位，松开塔吊起重绳，取掉倒链和吊绳，完成该吊装单元的吊装。

 (4)安装锚栓。锚栓从上往下依次穿人弦杆底座，安装时须确保锚栓有效锚固长度，并保证锚栓居于螺旋筋中央。

 (5)浇注拱座后浇带及拱脚混凝土。由于钢筋密集，预埋件数量众多，混凝土浇筑时，应加强振捣，保证混凝土施工质量。同时，拱脚混凝土浇筑前应对首节段钢桁拱进行复测，防止因定位支架沉降等因素导致钢桁拱偏离原设计目标状态。

 (6)张拉锚栓，栓、焊首节段钢桁拱。采用千斤顶和锚栓特制张拉杆，按照设计要求对锚栓逐一张拉，张拉后，拧紧锚栓螺母，安装锁紧螺母和防水罩。钢桁拱栓接、焊接前，对钢桁拱高程及平面位置再次进行测量，并精确调整其安装位置，满足规范要求后，焊接、栓接钢桁拱。

 (7)解除定位支架与钢桁拱之间约束，完成拱脚施工。

拱脚定位安装完成后，竣工数据与规范规定值对比见表1。

4结语

 大跨度钢桁混凝土结合拱桥拱脚结构复杂，锚栓数量大，安装精度要求高。通过利用首节段拱肋支架，将拱肋钢结构锚栓与首节段拱肋钢结构整体定位预埋的施工方法，可确保锚栓100%顺利穿入拱肋钢结构底座，同时确保钢结构精确定位，以保证拱脚整体施工质量。本文介绍了一种拱肋钢结构锚栓与首节段拱肋钢结构整体定位预埋的施工方法，能够避免拱脚锚栓常见质量事故，对今后类似大跨度拱桥拱脚精确定位施工具有借鉴意义。