跨河鐵路系桿拱橋梁施工技術研究

王俊

（中鐵十一局集團第三工程有限公司，湖北 十堰 442000）

1 引言

自改革開放以來，國內交通運輸行業也得到了迅速的發展，其中包括公路、鐵路等領域，跨河鐵路橋梁工程建設也得到了較好的發展，大部分一、 二線城市都興建了跨河鐵路橋梁。系桿拱橋作為一種特殊的拱橋，集梁結構、拱結構的優點于一體，將拱與梁組合在一起，共同承受橋梁荷載，相比較普通橋梁，其受力能力、抗變形以及抗沉降能力更強，符合跨河鐵路橋梁建設需求，因此，系桿拱橋已經被廣泛應用于跨河鐵路橋梁建設工程中。由于國內跨河鐵路系桿拱橋梁建設經驗比較少，相關研究起步也比較晚，技術與理論還不夠成熟與完善，雖然近幾年跨河鐵路系桿拱橋梁施工受到研究領域的重視與關注，相關學者與專家開展了一系列研究，提出了一些施工技術，但是目前尚處于初步探索階段，技術水平相比較國外還存在較大的差距。并且現行技術在實際工程中效果不佳，梁拱結合部應力比較高，橋梁整體受力不合理，在運營期間經常出現裂縫，現行技術存在較大的優化空間，為此提出跨河鐵路系桿拱橋梁施工技術研究。

2 跨河鐵路系桿拱橋梁施工方案設計

整個施工按照先梁后拱的順序，由墩頂現澆、 連續梁合龍、體系轉換以及拱結構吊裝4 部分組成，河流外圍兩側的邊跨采用掛籃懸臂澆筑法施工，河流上方的中跨合龍后進行體系轉換，采用吊裝的方式將柔性鋼管拱結構吊裝在剛性梁上，以下從這4 個方面出發對具體施工技術進行詳細說明。

2.1 墩頂現澆

梁結構的主要支撐結構為橋墩，采用混凝土澆筑技術開展跨河鐵路系桿拱橋梁墩施工?？紤]到橋墩不僅要承受垂直方向的梁體結構向下施加的重力，還要承受底部水平方向河流的沖擊力，因此，為了提高橋墩結構的抗不平衡彎矩，在墩頂澆筑施工前，在橋梁主墩，尤其是中跨區域橋墩兩側設置2 根鋼管混凝土支架，作為橋梁墩頂施工的臨時支撐[1]。架設完臨時支撐后，將混凝土分2 次澆筑墩頂，混凝土采用大流動度高性能混凝土，考慮到該橋梁為跨河鐵路橋梁，河水會對混凝土造成侵蝕，如果澆筑的橋墩出現裂縫，在降雨量較大的季節，河水會沿著縫隙滲透到結構內部，使橋墩內部的鋼筋發生銹蝕，從而影響整個橋梁的穩定性和安全性。因此，在配制混凝土時，需要加入KHVAS-A4F4 抗裂劑，增強墩頂混凝土的抗裂性能[2]。在澆筑前利用型鋼架固定橋梁拱腳，并且利用臨時桁架將墩頂兩側拱肋連接，避免在墩頂混凝土澆筑過程中橋梁拱腳鋼管發生位移[3]。第一次混凝土澆筑到梁部，待混凝土達到初凝時間后，再開展第二次澆筑，澆筑后對混凝土進行為期5～7 d 的養護。

2.2 連續梁合龍

待橋墩混凝土達到設計強度后，開展連續梁合龍施工，合龍順序為先邊跨再中跨，通過預偏補償懸臂端變形實現主橋中跨合龍[4]。對橋梁支座向跨中方向預偏進行補償，預偏距離為20～30 mm，令吊機在中跨橋面上，開展機械合龍施工，具體如圖1 所示。

如圖1 所示，采用下降邊支點+河兩側鋼桁梁整體縱移的方式進行合龍施工，通過對橋梁合龍前敏感性分析確定降邊支點，并利用“七”字形反力裝置對合龍口高程進行調整[5]。通過內外八字形的對拉對中跨合龍軸線進行調整，以此實現在無應力情況下零誤差合龍，通過合龍將跨河鐵路系桿拱橋梁受力體系由懸臂梁受力體系轉換為連續梁受力體系。

2.3 體系轉換

連續梁合龍施工完成后，在梁結構兩端各安裝5～8 臺50 t螺旋千斤頂，利用千斤頂對梁左右兩側支座進行反力調整，從而實現對梁結構的可控上升。在該過程中，要利用壓力傳感器對邊支座受力情況進行實時監測，要確保邊支座的壓力達到設計值[6]。安裝好邊支座后，快速解除跨河鐵路系桿拱橋梁臨時墩約束，通過直徑為15～25 cm 的鉆機在臨時墩同時鉆孔，鉆孔間距在200～250 cm，以此解除橋梁臨時墩的約束，使水能夠順利從鉆孔流通，降低水的阻力。最后將螺旋千斤頂取出，以此完成體系轉換。

2.4 拱結構吊裝

考慮到橋梁跨河，且跨度比較大，對拱的受力性能要求比較高，采用圓管鋼管拱，鋼管直徑在30～50 cm，由于圓管鋼管拱各個部位的弧度大小不一，且相貫線眾多，對下料精度、焊縫質量和加工精度都有很高的要求，尤其是對吊索上部錨盒的焊點有很大的偏差，會導致吊索難以順利完成。因此，利用CNC 數控切割機下料，對圓管鋼管拱的縱縫進行自動埋弧焊接，對圓管鋼管拱的橫縫進行坡口焊接。在對鋼管拱制作前，要對已經施工完的梁部拱腳進行準確的測量，并將其納入第一節拱肋和吊桿錨箱的制作圖紙中[7]。對拱節外部進行噴砂除銹處理，使底漆、中間漆和面漆都能達到Sa2.5 級。

采用現場組裝方案，2 臺50 t 的汽車起重機上橋面進行吊裝施工，使鋼管拱的吊裝得以安全、成功地進行。在鋼管拱的節段之間，利用外部凸緣的臨時性連接，在橫向支撐上，將與拱架有相貫線的部位進行焊接，然后將加強的鋼筋在內壁上進行焊接，從而克服吊運和相貫線的焊接難題，提高了鋼管拱的施工效率。所有拱結構吊裝完成后，對安裝質量進行抽檢，質檢合格后再進行下一段拱結構吊裝，直至所有拱結構安裝完畢，以此完成跨河鐵路系桿拱橋梁施工。

3 實例分析

3.1 工程概況

以某跨河鐵路系桿拱橋梁工程為工程背景，橋梁跨越寬度為25.14 m 河道，跨度為50 m+112 m+50 m，河流最高水位為11.25 m。主橋為223.15 m 下承式鋼箱系桿拱橋，橋梁寬度為32.14 m，連續梁頂距離地面約14.25 m。軸線長度1.5 m 范圍內的拱腳高度為3 465.52 mm，水平投影長度為4.5 m 范圍內拱腳高度為2 563.84 mm，箱梁拱肋寬度為2 215.26 mm，拱肋底部腹板厚度為25.42 mm，橋梁整體結構采用鋼筋混凝土結構，體系為鋼混組合格構梁體系，采用外束方式設計橋梁系桿，每側均設有15 束2641-236 全防腐型可調可換鋼絞線系桿，單根系桿張拉力設計為3541.6 kN（354.16 t）。由于橋梁跨河，跨度比較大，施工難度比較高，并且施工場地比較狹窄，周圍建筑比較多，對橋梁施工質量與安全要求比較高。

3.2 施工結果與討論

結合該工程實際情況以及需求，按照上述流程開展施工，考慮到跨河鐵路系桿拱橋梁結構比較復雜，如果施工不合理，以及施工質量不達標，橋梁在后期運營階段很容易出現開裂現象。因此，在完成施工后，為了檢驗橋梁施工技術的合理性與有效性，對橋梁進行加載實驗。由于跨河鐵路系桿拱橋梁拱結合部承受最大的軸力與彎矩，測試過程分為預載、超載工況兩個階段，利用4 200 kN 千斤頂對橋梁拱結合部位進行記載，在橋梁拱結合部位設定7 個測點，每個測點處安裝測力傳感器。準備工作做好之后，對橋梁進行兩次預加載，每次預加載向橋梁施加1 500 kN 荷載，每次卸載1 500 kN，使橋梁拱結構達到最大軸力工況。

在以上加載基礎上，對荷載放大1.15 倍，進行超載測試。在整個測試階段記錄測力傳感器數值，根據數據計算出應力值，其計算公式為：

式中，ρ為橋梁應力值，MPa；P 為載荷，kN；A 為測試部位變形量，m2。

利用式（1）計算出每個測點應力值，具體數據見表1。

表1 橋梁拱結合部應力測量結果

CJJ 2—2008《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》要求，橋梁最大應力值不能超過設計強度，否則將視為質量不合格。從表1 數據可以看出，橋梁拱結合部位最大應力為154.25 MPa，小于設計強度，符合規范要求，說明本次采取的施工技術可以有效保證施工質量，具有良好的適用性。

4 結語

系桿拱橋梁作為大跨度橋梁型式之一，其施工精度直接影響橋梁整體的受力狀態。本文根據跨河鐵路系桿拱橋梁施工需求，結合現行施工技術與工藝存在的缺陷，提出了一個新的技術方案，有效降低了橋梁應力，提高了橋梁施工質量，能夠有效保證跨河鐵路系桿拱橋梁施工精度與質量，促使橋梁結構的受力狀態符合設計需求，為跨河鐵路系桿拱橋梁施工提供了參考依據。