大跨度鋼桁-混凝土結(jié)合拱橋拱腳精定位安裝施工技術(shù)
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李繼有
(中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司 九江332001)
摘要 結(jié)合成貴鐵路貴州鴨池河特大橋施工實例，介紹大跨度鋼桁一混凝土結(jié)合拱橋拱腳精定位施工技術(shù)。介紹了拱腳定位支架的設(shè)計及計算分析，拱肋鋼結(jié)構(gòu)錨栓與首節(jié)段拱肋鋼結(jié)構(gòu)整體定位預(yù)埋的施工方法、工藝流程和注意事項，確保了拱腳整體施工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞 大跨度拱橋拱腳精定位施工技術(shù)
1工程概況
貴州鴨池河特大橋為成貴鐵路跨越鴨池河的一座鐵路特大橋梁，橋梁全長971 m，跨徑布置為：8×32.7 m簡支箱梁+32.7 m+2×61. 75 mT構(gòu)梁+1×436 m拱橋+2×61. 75 m+32.7 mT構(gòu)梁+2×24.7 m簡支箱梁。主橋為1×436m中承式鋼一混結(jié)合提籃拱，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)為m=3.5，拱肋計算跨徑436 m，中心矢高115 m，矢跨比為1：3.8。
大橋拱肋鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式為N型鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁架上、下弦采用M36錨栓與拱座及拱腳混凝土錨固，錨栓材質(zhì)為40CrNiMoA，錨固長度4m。單根下弦桿件錨固錨栓數(shù)量22根，單根上弦桿件錨栓數(shù)量20根，一個拱腳錨栓系統(tǒng)共84根錨栓。拱肋拱腳錨栓布置示意見圖1。
2 定位支架結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 定位支架設(shè)計概況
1號節(jié)段拱肋鋼結(jié)構(gòu)定位支架主要由拱腳定位支架1、拱腳定位支架2、上弦桿定位支架、下弦桿定位支架4個支架組成，結(jié)構(gòu)布置見圖2。拱腳定位支架1、拱腳定位支架2自上而下由分配梁、立柱、連接系構(gòu)成，分配梁、立柱及連接系均采用[16 a。
上弦桿定位支架自上而下由分配梁、立柱、連接系構(gòu)成，分配梁采用2個132 a型鋼組合；立柱采用直徑273 mm、壁厚6 mm鋼管；連接系采用[14 a。
下弦桿定位支架自上而下組成為：縱梁、橫梁（分配梁）、支架及基礎(chǔ)。上部荷載通過縱梁傳遞到橫梁，再依次傳遞給立柱和基礎(chǔ)�？v梁、橫梁（分配梁）均采用2HM588×300型鋼組合；支架立柱采用直徑630 mm、壁厚10 mm鋼管，順橋向間距為5.4 m+5. 46 m，橫橋向間距為6m，立柱間設(shè)置連接系；立柱基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，同時為抵抗傾斜荷載的水平分力，在拱腳設(shè)置預(yù)埋件與支架鉸接。下弦桿定位支架在4個支架中受力相對較大，選擇下弦桿定位支架進(jìn)行受力分析。
2.2計算模型
采用橋梁專用計算軟件Midas Civil 2006進(jìn)行建模計算，縱梁、橫梁、支架均采用梁單元模擬。支架立柱在基礎(chǔ)處的連接約束為鉸接。支架及縱橫梁主要承受的荷載為首節(jié)段全包混凝土及鋼桁桿件自重、模板和施工機具重量，以線荷載的形式施加在縱梁上，經(jīng)橫梁傳遞到支架。支架布置見圖2，計算模型見圖3。
2. 2.1縱、橫梁體系計算結(jié)果
計算結(jié)果見圖4～圖6。
由圖4可見，縱梁最大組合應(yīng)力為amax一145MPa<[b]一170 MPa，最大剪應(yīng)力Tm。。一52.5MPa<[r]=100 MPa，縱梁受力滿足規(guī)范要求。
由圖5可見，橫梁最大組合應(yīng)力181.9 MPa，小于允許值的1.1倍，組合應(yīng)力滿足使用要求；最大剪應(yīng)力r。。。=87.1 MPa<[r] =100 MPa，橫梁受力滿足規(guī)范要求。
由圖6可見，縱梁最大豎向變形為4.3 mm<Ll400=13 mm，橫梁最大豎向變形為7.5 mm<L/400 =14.5 mm，縱梁、橫梁剛度滿足要求。
2.2.2支架計算結(jié)果
以成都岸支架1為計算分析對象，計算結(jié)果見圖7和圖8。
由圖7可知，支架的最大組合應(yīng)力位于立柱頂，其值為147.9 MPa．立柱連接系最大組合應(yīng)力位于立柱頂，其值為113.8 MPa，小于規(guī)范容許應(yīng)力值，強度滿足要求。
鋼管直徑630 mm、壁厚10 mm，選取受力最不利的鋼管，取計算長度L=5 640 mm，N=1 631.7kN，對應(yīng)處彎矩為M=191.6 kN．m，長細(xì)比25.7，按照壓彎穩(wěn)定公式得到d=154.2 MPa<[b]170MPa；連接系鋼管的最大軸力為462.8 kN。鋼管的最大計算長度l=6 000 mm，長細(xì)比63.5，按穩(wěn)定計算得容許承載力N=674.2 kN>462.8 kN，支架及聯(lián)接系穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。
3關(guān)鍵施工技術(shù)
(1)拱座后澆帶預(yù)留設(shè)置。拱座后澆帶的預(yù)留，必須確�；炷潦┕そ涌p與鋼桁拱上下弦桿件垂直，以保證拱上荷載作用下后澆帶施工接縫處混凝土以承壓為主；拱座后澆帶鋼筋僅預(yù)留接頭，另外預(yù)埋首節(jié)段鋼桁拱定位支架預(yù)埋件。
(2)首節(jié)段鋼桁拱定位支架安裝。拱腳定位支架1（見圖2）主要是支撐上弦底座，為上弦底座調(diào)整和定位提供平臺；拱腳定位支架2主要是支撐定位下弦底座，為下弦底座調(diào)整和定位提供平臺；下弦桿定位支架用于下弦桿EIE2桿件的安裝和調(diào)節(jié)平臺；上弦桿定位支架主要是為了安裝調(diào)節(jié)定位上弦桿AOA1桿件。
各個支架在鋼結(jié)構(gòu)加工廠分塊加工，單塊構(gòu)件重量須滿足吊機起重要求，且方便現(xiàn)場安裝施工�；炷翝仓瓿珊�，安裝首節(jié)段鋼梁之前，將各個支架與相對應(yīng)的預(yù)埋件焊接牢固。焊接完成后，對每個支架頂部標(biāo)高位置進(jìn)行測量復(fù)測，確保所有支架位置符合設(shè)計及規(guī)范要求。各個支架四周各設(shè)一個反力座，反力座距離待安裝桿件邊緣不得小于25 cm，以放置機械千斤頂。支架安裝完成后須進(jìn)行預(yù)壓，以消除其非彈性變形。
(3)安裝拱腳預(yù)埋板及首節(jié)段鋼桁拱。拱腳預(yù)埋板及后階段鋼桁拱利用塔吊散件拼裝，吊點跨過吊裝單元的重心，且接頭端的吊點與吊繩之間設(shè)置10 t倒鏈。在平臺上，收緊倒鏈，使該吊裝單元角度基本與成橋狀態(tài)一致。桿件散拼總體拼裝原則為先下后上，先內(nèi)后外。
粗調(diào)：利用塔吊將該吊裝單元吊裝至待安裝位置，讓吊裝單元的一端放置在支架上固定位置處，調(diào)整塔吊大臂角度，使吊裝單元的另一端對準(zhǔn)固定位置放置。
精調(diào)：利用反力座，在安裝單元件周圍設(shè)計千斤頂，調(diào)整千斤頂，使安裝單元弦桿頂端（與下節(jié)段聯(lián)接端）標(biāo)識點坐標(biāo)符合設(shè)計規(guī)范要求。
復(fù)測達(dá)到設(shè)計要求后，抄墊好弦桿和底座，并用型鋼或鋼板限位，松開塔吊起重繩，取掉倒鏈和吊繩，完成該吊裝單元的吊裝。
(4)安裝錨栓。錨栓從上往下依次穿人弦桿底座，安裝時須確保錨栓有效錨固長度，并保證錨栓居于螺旋筋中央。
(5)澆注拱座后澆帶及拱腳混凝土。由于鋼筋密集，預(yù)埋件數(shù)量眾多，混凝土澆筑時，應(yīng)加強振搗，保證混凝土施工質(zhì)量。同時，拱腳混凝土澆筑前應(yīng)對首節(jié)段鋼桁拱進(jìn)行復(fù)測，防止因定位支架沉降等因素導(dǎo)致鋼桁拱偏離原設(shè)計目標(biāo)狀態(tài)。
(6)張拉錨栓，栓、焊首節(jié)段鋼桁拱。采用千斤頂和錨栓特制張拉桿，按照設(shè)計要求對錨栓逐一張拉，張拉后，擰緊錨栓螺母，安裝鎖緊螺母和防水罩。鋼桁拱栓接、焊接前，對鋼桁拱高程及平面位置再次進(jìn)行測量，并精確調(diào)整其安裝位置，滿足規(guī)范要求后，焊接、栓接鋼桁拱。
(7)解除定位支架與鋼桁拱之間約束，完成拱腳施工。
拱腳定位安裝完成后，竣工數(shù)據(jù)與規(guī)范規(guī)定值對比見表1。
4結(jié)語
大跨度鋼桁混凝土結(jié)合拱橋拱腳結(jié)構(gòu)復(fù)雜，錨栓數(shù)量大，安裝精度要求高。通過利用首節(jié)段拱肋支架，將拱肋鋼結(jié)構(gòu)錨栓與首節(jié)段拱肋鋼結(jié)構(gòu)整體定位預(yù)埋的施工方法，可確保錨栓100%順利穿入拱肋鋼結(jié)構(gòu)底座，同時確保鋼結(jié)構(gòu)精確定位，以保證拱腳整體施工質(zhì)量。本文介紹了一種拱肋鋼結(jié)構(gòu)錨栓與首節(jié)段拱肋鋼結(jié)構(gòu)整體定位預(yù)埋的施工方法，能夠避免拱腳錨栓常見質(zhì)量事故，對今后類似大跨度拱橋拱腳精確定位施工具有借鑒意義。
