斜靠式钢管砼系杆拱桥主跨的施工技术

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摘要：结合胜利大桥的主桥：跨径为75m的斜靠式钢管混凝土系杆拱桥的工程实践，对主桥的设计施工方案与现场实际情况进行分析、计算比较。最终决定采用支架现浇方案，提高施工进度、减少了建设费用。重点对施工支架进行了分析计算，对施工管理重点进行了说明

关键词：斜靠式钢管砼系杆拱桥；方案；计算；

Abstract: combined with the main section of the bridge span of victory: engineering practice 75m leaning type CFST arch bridge, the main bridge design and construction scheme and the actual situation analysis, calculation and comparison. The final decision to adopt support cast-in-place scheme, improve the construction progress, reduce the construction cost. The focus is on the analysis calculation of the construction support, for the construction management focus are described

Keywords: leaning-type steel concrete arch bridge; calculation program;

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

工程概况

1.1主拱

主桥是跨径为75m的斜靠式系杆拱桥，一跨跨越江门河水道。设半径为2000m的竖曲线。主拱采用钢管混凝土组合结构，拱轴线采用二次抛物线，方程为Y= 0.0106667X2。钢管外径D=1500mm，壁厚t=20mm，主拱近拱脚7.5m段加厚至30mm。钢管采用板材卷制而成。管内等间距设置六条纵向板式加劲肋，板式加劲肋径向布置。主拱钢管内设置多道衬环隔板，吊杆附近位置的衬环隔板竖向设置，其余位置的隔板垂直于主拱轴线设置。

主拱钢管截面及纵向加劲肋采用Q370qD钢材，衬环隔板及锚点加劲肋采用Q370qD钢材。主拱内灌注C50微膨胀混凝土，要求膨胀率不小于2.5×10-4，膨胀剂作特殊选型，使混凝土膨胀发生于硬化之后。

图1胜利大桥主桥 桥梁横断面图（单位：cm）

1.2斜靠拱

斜靠拱采用钢管结构，斜靠拱外径为1000mm，厚度为12mm，采用钢板卷制并焊接而成。斜靠拱在竖直投影面上采用二次抛物线，方程为Z=-0.0106667 X2；在水平投影面上采用二次抛物线，方程为Y= 0.00274 X2。

图2斜靠拱三维坐标轴示意图

斜靠拱钢管内设置多道隔板，隔板垂直于主拱轴线设置。斜靠拱及其隔板采用Q370qD板材。

主拱肋与斜靠拱之间对称设置40道横撑，横撑采用Q370qD板材等截面钢管，外径为600mm，厚度为12mm。

系杆采用预应力混凝土箱形截面，全桥共设两根系杆。截面全宽2500mm，翼缘长度为2600mm，根部厚度为500mm。系杆腹板宽500mm，顶板厚400mm，底板厚300mm。吊杆位置处系杆按实心截面设计，实心段长度为1200mm。

另有：吊杆设计（冷铸锚式）、吊杆横梁设计（部分预应力（A类）混凝土构件）、端横梁设计（全预应力混凝土构件）等，不再赘述。

2.方案的选择

设计施工方案：为制造、运输和安装方便，主桥的主拱、斜靠拱采用分节段的形式，在现场先用高强度螺栓定位，然后对接焊接。除拱脚组合段外，每片主拱分五个节段，最长节段长19.0m，中间合拢段长4.0m，最重节段19.90t；斜靠拱也分五个节段，最长节段长19.6m，中间合拢段长4.13m，最重节段8.25t。主拱和斜靠拱之间的横撑采用单根制造，并在工地现场与主拱和斜靠拱进行焊接。

主桥系杆和拱肋（包括斜靠拱）一起从岸边顶推至成桥位置，为保证顶推过程中的稳定和安全，系杆临时钢束应严格按照图纸规定进行张拉和拆除。

根据以往国内外同类型桥梁顶推施工经验，结合本项目工程实际情况，施工前各方进行了施工方案论证，主要有：

①工程位于市区范围内，征地范围较小，且按设计方案进行主跨顶推施工，引桥工程需等主桥顶推后方可施工，影响总体施工进度；

②原设计方案中，主桥顶推施工过程中采用了体外预应力施工工艺，除对材料标准、人员素质要求较高外，现场施工人员的工作和管理也存在风险性；

③大桥主桥部分为系杆式钢管拱桥，系杆为钢筋砼结构，该结构形式如采用顶推施工，可能导致系杆局部开裂，且顶推施工方案造价较高。

在对安全、质量、进度、费用等综合考虑后，主桥施工采用支架现浇施工工艺。

3.现浇支架系统设计

3.1设计参数：钢管和工字钢等钢材均为Q235，[σ]=210Mpa[1],容许挠度≤L/400[2] ；

钢筋混凝土重量按26KN/m3计算，模板计算时的荷载系数按1.2计算；

表一贝雷桁架（321）容许内力表[3]

上表中3排单层贝雷桁架承载力为0.95×3倍单排单层贝雷桁架承载力。实际施工时的贝雷桁架都在3排以上，以下进行多排单层贝雷桁架时，取折减系数为0.85。

图3贝雷桁架布置纵断面示意图

3.2结构分析和计算

3.2.1结构分析：按照主桥施工采用支架现浇施工工艺，总体施工顺序为：将主桥支架预先抬高1.2米，现浇施工系杆、端横梁，待安装好拱肋再落梁。施工时，先在河中打入钢管桩做临时墩，在临时墩上铺设贝雷梁、搭设钢管支架，浇筑系杆及端横梁混凝土，安装拱肋、吊杆，用千斤顶落梁，灌注拱肋混凝土，浇筑吊杆横梁、小纵梁，吊装桥面板。每个系杆设计长75m，设计支架时，两端各长4.5m段与端横梁一起设计并计算，这里只计算中间66m长的系杆支架。

3.2.2结构计算：（参见图3）系杆支架验算端横梁支架验算（略）吊杆横梁验算（略）便桥验算（略）。

3.2.2.1贝雷桁架受力计算：系杆混凝土及支架、模板重量为（131+38）×1.2=203KN/m；

采用结构力学求解器计算贝雷桁架的弯矩图、剪力图和挠度图（图4）

图4 弯矩图、剪力图和挠度图（由上至下）

1）最大弯矩发生在中间的两排临时墩处，单排贝雷桁架弯矩：Mmax/19=696KN.m

2）最大剪力发生在中间临时墩处，单排贝雷桁架：Qmax/19=160KN；

3）最大挠度发生在中间跨：fmax=3.4cm< L/400，以上计算满足要求。

3.2.2.2工字钢验算

贝雷桁架下设置承重梁为2I50a工字钢。中间两排临时墩受力最大，考虑到拱肋安装时，需承受部分拱肋重量，计算时每个临时墩增加荷载320KN。（图5）

图5工字钢弯矩图

工字钢最大弯矩Mmax=132.62 KN.m，σ=71.3Mpa,满足要求。

3.2.2.3钢管桩验算

1）中间临时墩：承受系杆荷载，从外侧往内侧，各钢管桩受力依次为：F1=20.58+900.83=921.4KN；

F2=926.96+1278.46=2199.4 KN； F3=168.51+932.2=2200.7 KN； F4=683.9-77.75=606.2KN。（图6）

图6工字钢剪力图（中间）

另参照规范，计算风荷载、水流力、强度和稳定性验算，均满足要求

2）两端临时墩：从外侧往内侧，各钢管桩受力依次为：F1=289.65KN； F2=653.11 KN；

F3=669.53 KN； F4=274.47KN。（图7）

图7工字钢剪力图（两端）

3.2.2.4钢管桩长度验算：钢管桩打入的土层见表二。

表二工程地质勘察资料

单桩竖向承载力标准值按下式计算[4]：

Q=UΣλSqikli+λpAqpk

1）中间墩钢管桩（Φ1000）：经计算分析，当桩端进入强风化层1.2米时，桩长（含水上部分）为28.46米。

2）两端钢管桩（Φ800）：经计算分析，当桩端进入亚粘土层0.5米时，桩长（含水上部分）为25米。

以上计算部分，均另外经过计算软件复核。

施工工艺

以从上到下，从外到内的顺序为原则。全面检查整个支架连接稳定情况，有松动的地方必须加固。做好护栏和警戒标志；做好安装和拆除的起重吊装方案，经审核后严格执行。

质量保证措施

项目经理部的质量检查机构，每月组织一次质量检查和评比工作；作业班组实行上、下工序交接检查制度，并对特殊过程、关键工序跟踪检查。严把施工材料进场关，确保工程开工前有标准试验、施工中有试验检查，完工后有真实、准确、完整的试验数据；建立了完善的测量体系，确保施工全过程的测量数据真实、准确、完整地反映结构物几何空间尺寸和线型。

结语

斜靠式系杆拱桥结构施工完成后，比较好的体现了施工方案的修改目的。节约了工程费用，加快了工程进度，使业主方满意，发挥了桥梁的各方面效益。

参考文献：

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2]JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[3]张卫东,大跨度现浇贝雷梁支架的设计与验算[J].内江科技.2010，（12）

[4]JGJ94-2008, 建筑桩基技术规范[S].

作者简介：吴仍秋，男，1963—，湖北省武汉人，高级工程师，大学本科，胜利大桥项目部经理，路桥施工。