重载铁路下承式简支拱桥施工关键技术

刘海君

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

1 工程概况

本项目位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗境内，跨越老313省道。桥梁设计跨径组合为24 m+64 m+24 m，主梁全长66.5 m，采用单箱双室预应力混凝土箱形截面。拱肋横断面采用哑铃型钢管混凝土等截面，拱管内灌注C50补偿收缩混凝土。桥面纵坡采用全桥刚性旋转实现，吊杆垂直梁部布置。吊杆采用平行布置，全桥共设9对吊杆。该桥梁结构型式特点鲜明，结构体系复杂，施工存在一定难度。

2 关键施工工艺

2.1 盘扣支架优势

搭设满堂支架时，其中碗扣式支架比较常见，重型盘扣式支架属于新型支架，使用较少。本工程实际选用重型盘扣支架，结构整体更安全，施工便捷、高效，工地形象美观。主要有以下优势：

（1）更安全：横杆、立杆、斜杆均使用Q345B低碳合金结构钢，单杆承载力高，加上斜拉杆设计，提升了整体稳定性。（2）施工便捷、高效：紧需少量手动工具即可完成架体搭设，从材料总量来看，本桥若使用碗扣支架，共需404 t杆件，采用重型盘扣支架，实际使用105 t，相比之下，大幅减少工作量，完成搭设仅需5 d，显著缩短施工周期。（3）工地形象美观：支架杆件采用热镀锌工艺，架体外观呈银灰金属色，色泽美观统一。

2.2 支架预压

2.2.1 预压过程

本工程采用1.5 t可吊装纤维袋装砂压重的方式进行支架预压，现场布置4台吊车，预压袋装填后堆于简支拱四角，桥面设吊车指挥4名。加载时按照拟预压重量的60%、80%、120%分三级加载，加载按照对称、分层、分级的原则进行，纵向加载时宜从混凝土结构跨中开始向支点处进行对称布载；横向加载时宜从混凝土结构中心线向两侧对称布载。

2.2.2 沉降观测

支架预压时进行竖直和水平位移监测，监测内容包括基础沉降变形、支架竖向位移、支架顶面水平位移、支架纵横梁的挠度。

支架加载前，记录各点初始值。每级加载完成1 h后进行支架的变形监测，以后每间隔12 h检测记录各监测点的位移量。当连续12 h监测位移平均值之差不大于2 mm时，方可卸除预压荷载。支架卸载6 h后，检测记录各点位移量。根据观测记录，确定弹性变形值。

2.3 现浇箱梁工艺及分层选择

主梁高度1.9 m，分为2层进行浇筑，第一次浇筑1.53 m，第二次浇筑至顶。在此处分层进行二次浇筑主要考虑：

（1）箱梁高度较低，内净空只有1.2 m，若一次浇筑成型，不仅施工作业空间不够，且下倒角处及预应力孔道处混凝土振捣质量无法保证，存在较大的质量隐患。

（2）主梁为双向预应力体系，底腹板预应力孔道密集，只有腹板与顶板之间存在较大空隙，1.53 m的位置刚好为腹板外倒角顶，与内倒角顶只差3 cm，可以同时进行内外侧倒角模板支立，减少顶板二次浇筑工作量。

（3）可以保证两次浇筑接触面之间的凿毛质量，基本不受预应力管道和预埋件的影响。

2.4 下锚箱安装控制

由于桥梁两端支座高差240 mm，即下锚箱未完全平行于大地面，纵桥向小里程往大里程倾倒L=11.089 mm，倾斜角度α=0.213°。因此坐标测量需要放两个点，一个要保证上面准确度，一个控制锚箱倾角。考虑锚箱最低点在梁底，控制点处全站仪无法看到，且棱镜杆有直径，无法放到指定位置。看似简单的安装，实际难以操作。

安装的根本即是确定下锚箱的测量点并固定，实际测量误差控制在10 mm以内。通过CAD得出的坐标为大地坐标，可以转换为自定义坐标进行测量，操作及输入坐标简易许多。

安装方法改进为定支架坐放锚箱，测量锚箱支架上的四个点，即是先固定支架，再安装锚箱并进行适当调整，通过测量支架任意两个直线点坐标，通过偏移距离来确定各个支腿面点坐标，高程通过CAD图量出实际相对模板标高，与实测对比后，使用1 mm垫片调整高程，直至支架4个点标高均在合理误差范围内。然后放置锚箱，测量最上面的点，适当移动，复测，固定。

2.5 拱脚施工工艺

拱脚钢筋密集，并需要预埋拱管，且已进入冬季施工，施工难度大，安装精度要求高。

本工程采用先绑扎拱脚钢筋，再安装拱脚预埋的顺序进行拱脚施工，部分钢筋截断后重新焊接，施工效率低。具体施工过程为：首先在顶板将拱脚平面位置测量放线，完毕后先进行拱脚2 m以下范围内的钢筋绑扎，同时搭设2 m以上部分施工平台，采用槽钢制作安装劲性骨架，测定劲性骨架位置准确后安装固定拱肋预埋部分，拱肋与钢筋冲突位置割断钢筋后通过。再次测定拱肋的平面位置、高程、倾斜角度是否准确（考虑桥梁纵坡），采用水准仪及全站仪进行测量。安装完毕后，焊接割断处钢筋。拱脚范围内顶板采用普通C50混凝土，拱脚及拱脚处顶板采用自密实混凝土，混凝土泵送入模。

简支拱拱脚是应力最集中的部位，兰嘎桥在拱脚处底板使用模板为1.5 cm建筑用木模板。选用木模板在后期拱脚施工时遇到局部承载力不足的问题，从而被迫改变施工工序。建议现浇梁施工时，考虑在承载力较大的地方，比如拱脚处等，使用钢模板，且加密下方承重支架，这会给施工带来很大便利。

2.6 钢管拱加工安装

根据工程钢管拱的结构特点，钢管拱的制造分为拱脚、拱肋、斜撑杆件、横撑杆件加工。整桥拱肋分为10个加工节段（不含拱脚），每个加工节段由拱圈组拼单元及腹板组成。

拱肋安装采用支架安装法，使用钢管及型钢搭建临时支架，用汽车吊将钢管拱拱肋逐段吊装到支架上进行焊接拼装。钢管拱拱肋、横撑及其他配件直接运输到汽车吊旁，由汽车吊将拱肋逐段吊装到梁面钢管支架上，吊装拱肋时遵循左右对称、前后对称的原则，最大不平衡安装不超过两个吊装节段。

拱肋安装按照如下步骤进行：①确定架拱支架在梁面上的具体位置并在桥面预留钢筋连接→②安装架拱支架及支架连接系（支架与预留钢筋连接）→③架拱支架检查验收合格后，进行拱肋节段及横撑的安装，边安装边调整线形→④两侧拱肋对称安装（预留合拢段）→⑤安装合拢段→⑥安装横撑→⑦整体焊接。

2.7 自密实混凝土研究

自密实混凝土配合比研究通过理论计算，试验室试验，得到适合于钢管内部压注施工的混凝土，即自密实混凝土，同时具有一定补偿收缩性。主要试验指标包括坍落扩展度，J环坍落扩展度、离析率及膨胀率，在满足多个指标前提下，确保混凝土压注施工过程顺利进行，同时保证混凝土后期良好力学和耐久性能，且与钢管拱肋紧密接触，起到受力作用。

技术路线：（1）基于施工图纸及规范对混凝土配合比各项指标提出要求；（2）配合比选材；（3）依据规范对自密实混凝土进行初步配合比计算；（4）配合比的试拌及调整；（5）验证混凝土力学及耐久性能；（6）形成自密实混凝土配合比报告。

2.8 冬施控制

2.8.1 拱脚保温措施分析

（1）保温措施。混凝土浇筑之前在左右两幅拱脚前侧、后侧及顶端交处预埋测温传感器。模板支护完成后用脚手架、棉被搭设暖棚，棚内放置8个火炉和4个温度计。利用火炉给暖棚升温，每隔两小时记录暖棚内的温度，并安排专职人员全天24小时巡查棚内升温措施执行情况。暖棚内火炉应根据外界环境温度及时调整，并在每天上午7时、下午3时对拱脚混凝土内部进行测温。保温养护7 d后，拱脚内部温度均在20 ℃以下，拆除模板，并用棉被包裹拱脚，采用蓄热法继续养护。

（2）现场实测数据，见图1。

图1 拱脚实测温度

（3）结论。采取该种保温措施可将保温棚内的温度控制在17 ℃左右，即拱脚养护温度受外界环境温度影响较小。通过对同条件养护试块做轴心抗压实验得拱脚混凝土强度满足拆模要求且远大于允许受冻临界强度值。拆除拱脚模板后采用蓄热法养护，侧得拱脚混凝土内部温度介于4～14 ℃。拱脚混凝土浇筑完成养护7 d后强度达到44 MPa，大于设计强度的80%。拱脚混凝土浇筑完成后的紧后工序是张拉中横梁预应力钢束，拱脚混凝土强度对其影响不大。从经济方面来开，搭设暖棚采用的棉被和脚手架可重复利用，较为经济，建议在北方冬季混凝土施工中采取此种保温措施。

2.8.2 孔道压浆保温措施分析

（1）保温措施。在拱脚和梁体底板、腹板、顶板波纹管周边埋设测温导线。在预应力束张拉完成之前，就预应力孔道压浆前梁体升温、压浆过程中及压浆完成后梁体保温措施进行实验。用棉被和电热毯包裹系梁顶板、翼缘板、腹板及拱脚，棉被在上，电热毯在下，并在系梁每个箱室放置各一台功率为3 kW的电暖气。用篷布包裹梁体支架，并在底板下放置32个装满煤的油桶，用油桶内的煤给梁体底板升温。在预应力孔道压开始前、压浆过程中及压浆完成后3 d内在每天凌晨6～8时（该时间段内外界环境气温最低）对梁体进行测温，确保梁体温度不低于5℃。

（2）现场实测数据，见图2。

图2 现浇梁实测温度

（3）结论。腹板、拱脚最低温度与外界环境最低气温变化趋势一致，底板最低温度受外界环境影响较小，除顶板外，梁体各处温度均在5 ℃以上。缺点是大量煤的燃烧及桥面保温棉被的燃烧导致梁体外观质量较差，拆除模板后须对梁体外观进行修复，施工成本增加且不利于环保。

2.8.3 拱肋混凝土压注保温措施分析

（1）保温措施。拱肋焊接完成后在拱肋与拱脚相接处、拱肋L/4、拱肋L/2处拱顶焊接5个测温传感器，全桥共焊接10个。用加强型防爆阻燃电拌热带缠绕拱肋的方式给拱肋升温，缠绕时电伴热间距控制在20 cm，然后用棉被包裹拱肋的方法给拱肋保温。该工序的紧后工序是安装、张拉吊杆，按设计要求张拉吊杆时拱肋混凝土强度须达到设计强度的100%，拱肋混凝土的保温养护不仅仅是防止拱肋混凝土受冻，还要确保混凝土的强度增长速度不影响吊杆张拉按时开始。

（2）现场实测数据，见图3。

图3 拱肋实测温度

（3）结论。采取此种保温措施外界环境温度对拱肋温度影响较小，拱肋温度介于10～20 ℃，混凝土养护温度控制在最佳范围之内。拱肋混凝土养护7 d后在拱肋上开孔，用混凝土回弹仪测得强度值为47 MPa（设计C50混凝土），保温养护效果较好。给拱肋升温的电热拌带及保温的棉被均可回收或重复使用，较为经济，且采用此种保温养护措施受后续施工影响较小。建议在冬季拱肋混凝土施工过程中可采取此种保温养护措施。

3 结语

系杆拱桥目前在铁路、公路行业中越来越多，尤其是大跨径桥梁，目前系杆拱桥已经可以做到220 m以上跨径，可以说研究和总结施工工艺对桥梁工程具有重要意义。根据本桥施工经验，可为后续类似工程施工提供借鉴。