70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》是中鐵十八局集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是王朝輝、譚偉姿；適用範圍是跨公路、鐵路等建（構）築物的雙鉸型上承式立交拱橋施工，為類似工程提供參考。

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》主要的工法特點是將各工序形成成套施工工藝，技術含量高，可操作性強；採用龍門吊作為吊裝設備，操作簡單，取材便捷。

2008年1月31日，《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法
• 工法編號： YJGF247-2006
• 完成單位：中鐵十八局集團有限公司
• 主要完成人：王朝輝、譚偉姿
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

隨著橋樑建築的國際化發展，不斷引進中國之外一些先進的設計理念，使得橋樑的結構及外觀形態多樣化。雙鉸型上承式拱形結構是一種新型的拱橋結構形式，在2005年前的公路立交橋樑中不斷湧現，其拱橋結構技術含量高，施工難度大，是橋樑施工中一個新的課題。在天津開發區西區中心莊路跨京津塘高速公路立交橋工程中，中鐵十八局集團有限公司研發和採用的《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》取得了很好的效果。

工法特點

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的工法特點是：

1.針對雙鉸型上承式拱橋設計特點，結合施工環境，將各工序形成成套施工工藝，技術含量高，可操作性強。

2.採用龍門吊作為吊裝設備，操作簡單，取材便捷，吊裝時不影響所跨公路的運行，可以遠距離平移、吊裝，安全可靠，施工效率高，確保施工質量。

操作原理

適用範圍

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》適用於跨公路、鐵路等建（構）築物的雙鉸型上承式立交拱橋施工，為類似工程提供參考。

工藝原理

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的工藝原理敘述如下：

拱肋採用現場預製，採用高支墩雙棧橋龍門吊吊裝拱肋，分片對稱吊裝，橫向、縱向依次連線，最後濕接形成整體，依次成組落架，邊落架邊張拉，實現體系轉換。

施工工藝

• 工藝流程

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1 70米跨雙鉸型上承式拱橋施工工藝流程圖

操作要點

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的操作要點如下：

一、拉索穿越高速公路施工

採用水平導向鑽機進行拉管施工。先打一個直徑較小的導向孔，在施工導向孔時用高性能泥漿護壁，在鑽進過程中用電子導向儀對鑽頭定位，發現偏位時用電子導向儀指揮鑽頭糾偏。導向孔施工完後，在鑽桿上接上專用的擴孔鑽頭及鋼管，使擴孔鑽頭在孔內高速旋轉，將泥土造成泥漿，流出孔外，同時將鋼管拉過去，擴孔與拉管一次完成。

二、拱肋預製施工

1.地基處理

採用換填法對支架的地基進行處理。

根據地質的特性和要求，選定灰土作為換填材料，灰土的壓實度為93%~95%，承載力可達到為200~250千帕>σ=40千帕，滿足使用要求。

2.搭設支架

每組拱肋分兩半預製，拱肋底面為連續變化的弧形。為調整出拱肋底面的形狀，採用碗扣件搭設作業平台，碗扣件縱向步距30厘米，橫向間距90厘米，扣件頂面鋪設10厘米×10厘米方木。

3.支立模板

精確調整每根方木的高度，使其與拱肋底面的線形一致，在已調整好高度的方木上放樣出拱肋的中心軸線，用來控制底模的線形。

在方木上釘底模，底模採用木膠板，底模釘好後，由測量人員放樣出拱肋底模的邊線，用切割機對底模進行裁邊，裁邊時不要使底板邊緣處有毛刺。側模採用木膠板，木膠板背楞用10厘米×10厘米的方木加固，背楞垂直於拱肋的長度方向，每30厘米一根。

4.加工及綁紮鋼筋

由於拱肋的斷面連續變化，拱肋縱向主筋的平面位置及高度均連續變化，每根箍筋的形狀均不相同。為保證鋼筋下料的準確，在加工鋼筋前計算出每根鋼筋的詳細尺寸及長度，下完料的鋼筋分類堆碼整齊。

先綁紮拐角部位的主筋及箍筋，以形成骨架，再綁紮其他部位的主筋及箍筋，綁紮過程中要控制好每根縱向主筋的位置。

在預製拱肋時要預埋拱上立柱的鋼筋，綁紮時控制好預埋鋼筋的平面位置及傾斜度。

5.混凝土澆築

混凝土用泵車澆築，澆築時從兩頭向中間進行，由於拱腳處的鋼筋非常密集，施工時採用直徑小的振搗棒振搗，適當加長振搗時間。澆築時特別注意將拱腳處的混凝土振搗密實。拱肋的外觀質量非常關鍵，派專人負責混凝土的抹面、收漿、壓光。

三、龍門吊拼裝

龍門吊採用高支墩雙棧橋龍門吊，先架設臨時支墩，後架設棧橋，最後吊裝橫樑及天車。

1.棧橋臨時支墩基礎設計與處理

設計基準：基底承載應力按[σ]=200千帕進行設計。

處理方式：為保證地基的承載能力，在每個支墩處設5根深層撐拌樁，樁徑為50厘米，樁長為10米，同時做支墩基礎時將地基夯實。

地基計算應力：σ=124千帕。

2.龍門吊棧橋布置

龍門吊棧橋的臨時支墩以高速公路分隔帶中心線為準，向公路兩側布置，跨度為32米，兩頭用非標準跨調整（圖2）。

圖2 龍門吊棧橋布置圖

3.龍門吊臨時支墩設定

採用八三式軍用墩，支墩下在壓實的地基上澆築1.0米厚混凝土基礎，在混凝土基礎上預埋鋼筋，將鋼筋與支墩墊梁焊接，以增強支墩的穩定性。

4.棧橋樑設定

棧橋樑採用六四式加強型軍用梁，雙層雙片，兩片軍用梁中一中間距1.5米，單側168米長。軍用梁頂面橫鋪[16槽鋼，每30厘米一根，槽鋼與軍用梁用U形螺栓連線。在槽鋼頂面鋪設60千克/米鋼軌。

5.龍門吊橫樑設定

龍門吊橫樑採用HD2000加強型貝雷梁，單層四片，四片貝雷梁之間用7.5厘米方鋼連線成整體，方鋼每70厘米一根。在頂面方鋼上鋪60千克/米鋼軌，在鋼軌上安裝天車，每台天車上安裝兩台3噸卷揚機，卷揚機鋼絲繩走12。

四、試吊

龍門吊拼裝好後，先在高速公路外試吊，按實際吊裝拱肋時龍門吊的各種工況進行試吊，試吊時進行下列測試與演練：

1.各工況情況下樑的撓度；

2.走行設備同步調試；

3.梁體側向穩定觀測；

4.各工種協調配合演練。

五、拱肋臨時支墩及支架

1.四支點臨時支撐

每片拱肋下設有四個臨時支墩，用於臨時支承拱肋。四個臨時支墩分別位於：主橋承台上、高速公路坡角邊、高速公路硬路肩上、高速公路中間分隔帶上（圖3）。

圖3 拱肋臨時支墩布置圖

2.拱肋臨時支墩設定

臨時支墩採用八三式軍用墩，軍用墩下採用40~50厘米的混凝土基礎。在混凝土基礎上預埋鋼筋，將預埋鋼筋與軍用墩墊梁焊接固定（圖4）。

圖4 臨時支架布置圖

3.預壓

由於各臨時支墩所處的地基情況不一樣，為防止拱肋架上後，各臨時支墩的沉降不一樣，在架拱肋前在支墩頂用砂袋進行預壓，預壓的重量與架拱時支墩承受的重量一致。

4.精確調整標高

預壓完後如有沉降，重新調整支墩頂面的標高。在支墩頂面放樣標出各拱肋的中心軸線，以備架設拱肋時參照。

六、拱肋吊裝

1.龍門吊拼裝好，試吊無問題後，方可投入使用。

2.在吊裝每一片拱肋前，根據每片拱肋就位的位置在棧橋上劃出橫樑行走的限位標誌，橫樑行走到此位置後，用制動器限制橫樑行走輪，然後拱肋就位。

3.拱肋從預製場吊起後，水平行走，行走過程中吊起高度儘可能低，吊裝到臨時支墩上方後，兩處吊點開始升降，使拱肋就位。

4.由於拱肋底面是一個曲面，拱肋放在臨時支墩上會下滑，為了解決這個問題，在預製拱肋時在臨時支墩的位置在拱肋底面做了一個三角形的混凝土楔塊，拱肋吊上去後，三角形的混凝土楔塊是水平放置在支墩上的，將拱肋對支墩的水平推力轉換為垂直力。

5.為防止拱肋吊上去下滑，在拱肋拱腳的部位在主橋承台上預埋型鋼，當拱肋吊上去後，在拱腳部位用型鋼頂住拱肋，防止下滑。

6.架設高速公路北側的拱肋時，拱肋需從高速公路南側縱移過去，由於龍門吊高度的限制，拱肋需從高速公路臨時支與龍門吊支墩的中間穿過去，然後橫移就位。

7.同一條拱肋南、北兩個半片拱肋吊裝完後，立即將拱頂的預埋鋼筋焊接上，以防止拱肋下滑。

8.拱肋吊裝就位後，從側面及底面將拱肋撐穩固後，龍門吊方可松鉤。

9.拱肋吊裝就位後，以下部位加固好，由施工人員確認無問題，向現場總指揮報告後，龍門吊方可摘鉤：1）拱腳處加固；2）拱肋橫向穩定支撐；3）各支點處的加固。

七、臨時鎖定

由於拱肋的斷面複雜，當單片拱肋架上去後，拱肋是一片裸拱，與周圍沒任何聯繫，拱肋可能發生橫向傾覆，為了保證拱肋架上去後的穩定性，在架拱之前，在拱肋的側面及底部搭設碗扣支架，當拱肋架設上後，將拱肋從側面及底面撐穩固。

拱肋吊裝就位後，及時焊接拱肋的橫向聯繫橫撐，以增強拱肋的橫向穩定性。

八、拱肋落架

合攏段及拱靴混凝土達到設計強度後，拆除臨時支墩，臨時支墩的拆除順序為（圖5）：

圖5 拱肋落架順序圖

1.拆除1號及4號支墩，每束拉索張拉300千牛；

2.拆除2號支墩，每束拉索張拉500千牛；

3.拆除3號支墩，每束拉索張拉300千牛。

九、拱上立柱施工

1.搭設施工作業平台

立柱與橋面板支架的作業平台統一考慮，拱上立柱施工完後，支架可以作為施工橋面板的支架，支架採用碗扣支架。在四片拱肋之間的空隙及拱肋外側立腳手架，作為拱上立柱施工時的作業平台。跨高速公路部分立門式支架，支架進行全封閉防護，以防墜物落到高速公路上（圖6）。

圖6 拱上立柱、橋面板支架圖

2.綁紮鋼筋

按設計長度將立柱的主筋接長，鋼筋接長採用綁條雙面焊，焊接長度5天。綁紮鋼筋時控制好立柱的傾斜度，傾斜度用線垂檢查。

3.支立模板

將拱肋立柱處鑿毛，支立模板。由於立柱是傾斜的，因此先立傾斜面一面的模板，其他三面的模板等鋼筋綁好後再拼裝。模板的背面用碗扣支架支撐，前面用鋼絲繩拉住。立柱混凝土達到設計強度後，拆除模板。拆除模板後及時從背面用碗扣支架支撐，以防止立柱失穩傾覆。

4.灌注混凝土

混凝土輸送採用泵車，分層澆築，在混凝土澆築過程中派專人負責檢查模板支架的穩定情況，有異常情況及時處理。

十、橋面板施工

1.立支架

支架利用施工拱上立柱時的支架，將高度不夠的地方接長。拱肋上方採用型鋼過渡，高速公路上方採用門式支架。

2.立模板

1）主橋T梁縱梁底面為圓形，半徑R=815.642米，頂面隨橋面的豎曲線變化，梁端斜交25°。

2）T梁的縱、橫樑採用木模板。T梁的縱梁、橫樑的外觀形狀複雜，為保證T梁的外觀質量，模板拼裝製做要精細，尺寸準確。模板的拼縫用海綿條塞嚴。

3.加工及綁紮鋼筋

按設計圖紙及施工規範加工鋼筋，各種型號的鋼筋應分類堆整齊。

4.綁紮波紋管

主橋T梁縱梁為預應力結構。鋼束孔道採用預埋波紋管成孔，波紋管的長度為8~10米，在現場用接頭波紋管將各段波紋管連線起來。

1）根據預應力管道坐標，放出波紋管的位置控制點。

2）梁體鋼筋骨架與定位網片綁紮好後，將波紋管穿入定位網片並確保其定位準確（定位網片沿橋向每100厘米設定一道），管節連線平順。拐點處要保證定位準確，形狀圓滑，線形順暢。波紋管與鋼筋有衝突的地方，可適當移動鋼筋的位置。

3）安裝錨具，安裝時使錨板的承壓面與鋼束軸線垂直。波紋管與錨墊板的連線處用膠帶密封，以防止澆築混凝土過程中砂漿進入波紋管內，排氣孔與波紋管連線處用膠帶密封。

5.澆築混凝土

為保證拱肋的對稱受力，混凝土澆築從兩端向中間進行。混凝土澆築採用混凝土輸送泵，澆築採用斜向分段，水平分層的方法澆築，分層厚度不大於30厘米，先後兩層混凝土的時間不得超過初凝時間，振搗採用插入式振搗器，振搗上一層混凝土時，應插入下一層混凝土5~10厘米，振搗時以混凝土表面不再顯著下沉，表面泛出灰漿為止，不得過振，也不能漏振。混凝土振搗時注意保護波紋管。

十一、預應力張拉

1.拉索安裝

拉索進場後進行外觀檢查，無問題方可開始安裝。將卷揚機安裝到拉索的固定端，先在無縫鋼管內穿一根鋼絲繩，作為牽引繩。在固定端錨杯上旋上帶外螺紋的張拉桿，將張拉桿與卷揚機的牽引繩連線，開動卷揚機，將拉索穿入鋼管內。在拉動的過程中要注意保護拉索外面的PE護套。將固定端的糾偏螺母、感測器及螺母安裝到設計位置。

2.拉索張拉

1）張拉前，千斤頂必須進行校驗，以保證張拉力的準確性。

2）鋼束編束和穿束

採用符合《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T 5224-1995標準的高強低鬆弛鋼絞線，標準強度為1860兆帕。

編束時，應保持每根鋼絞線之間平行，不纏繞，每隔1.0~1.5米用20號軟鋼絲綁紮一道，在每束的兩端2.0米範圍內應保證綁紮間距不大於50厘米。

鋼絞線伸出錨墊板長度，下料前核對圖紙長度，確定無誤後方可下料。

3）預應力鋼絞線的張拉順序

拆除1號、4號臨時支墩：每束拉索張拉300千牛。

拆除2號臨時支墩：每束拉索張拉500千牛。

拆除3號臨時支墩：每束拉索張拉300千牛。

4）張拉控制措施

張拉時應採取雙控即以應力控制為主，伸長量作為校驗，實際伸長值與理論伸長值相比較誤差應保持在±6%以內，如發現伸長值異常應停止張拉，查明原因。張拉時應為對稱張拉。張拉時混凝土強度須達到設計強度的90%，彈性模量達到3.55×10兆帕。

張拉順序為：0→10%σ_k→103%σ_k→持荷5分鐘→錨固。

5）孔道壓漿

預應力鋼束張拉完畢後，及時壓漿，在預應力鋼束頂點處設定通氣孔，保證孔道壓漿密實。

十二、變形與變位的監測

1.拉索拉力的測試

拉索拉力的測試方法為採用鋼弦式錨索測力計（壓力環）試驗過程中在每根拉索兩端的錨環下各安裝一個3000千牛的鋼弦式錨索測力計。通過測試鋼弦式錨索測力計的頻率變化，根據鋼弦式錨索測力計的標定曲線，確定鋼弦式錨索測力計所受的壓力。

2.混凝土應力的測試

採用先進的鋼弦式混凝土應變計，測試混凝土的應變值，然後根據試驗時混凝土的彈性模量值，計算出混凝土的應力值。

3.承台變位的監測

隨著施工工序的增加，在拱腳水平推力以及拱腳和邊立柱的豎向荷載的作用下，承台可能會發生順橋向的水平變位。為了監測承台的位移，在每個承台的側面埋設百分表，並派專人負責每天觀測。

4.拱肋豎向變形的監測

隨著施工工序的增加，拱肋不斷受力而發生豎向變形。為了實施監測整個拱肋的豎向變形，從拱腳到拱頂設定5個測點，採用BJSD-2B雷射隧道限界檢測儀對各個測點的位置進行實時跟蹤測試。

材料設備

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》所用材料與設備見表1。

表1 拱肋吊裝材料數量表

軍用梁材料數量
序號	名稱規格	單位	數量	備註
1	龍門吊機 50噸/台 一對套	台	2	跨度中-中28米
2	軍用梁標準三角	個	380	╱
3	2米端構架	個	24	╱
4	端弦桿	個	16	╱
5	撐桿	個	8	╱
6	斜弦桿	個	8	╱
7	標準弦桿	個	40	╱
8	軍用梁鋼銷	個	1612	備用20個
9	撐桿銷栓	個	34	備用2個
10	連線系鋼枕	根	680	╱
11	1號U形螺栓	套	2720	連線鋼枕與軍用梁
軍用梁材料數量
序號	名稱規格	單位	數量	備註
12	16號槽鋼 2.7米/根（自製）	根	332	軍用梁橫向連線
13	2號U形螺栓	根	1328	軍用梁橫向連線
14	木軌枕（舊料）16厘米×16厘米×270厘米	根	680	╱
15	舊鋼軌 43千克/米	米	340	╱
16	魚尾板 43千克/米	對·套	16	╱
17	道釘	個	2770	備用50個
龍門吊棧橋臨時支墩材料數量
序號	名稱規格	單位	數量	備註
1	直徑630毫米鋼管壁厚10毫米	米	390	中間一排採用鋼管立柱，邊上一排採用軍用墩
2	C1（3米立柱）	個	80	╱
3	C2（1.5米立柱）	個	24	╱
4	C3（1米立柱）	個	16	╱
5	C4（水平撐）	個	168	╱
6	C5（2米斜撐）	個	224	╱
7	C6（1.5米斜撐）	個	32	╱
8	C7（1米斜撐）	個	32	╱
9	C8（節點鈑）	個	336	╱
10	C12（4米墊梁）	個	48	╱
11	C18（間隔撐）	個	48	╱
12	40號工字鋼	米	250	╱
中央隔離帶支墩（軍用墩）材料數量
序號	名稱規格	單位	數量	備註
1	直徑630毫米鋼管壁厚10毫米	米	390	中間一排採用鋼管立柱，邊上一排採用軍用墩
2	C1（3米立柱）	個	304	此支墩為門吊與臨時支墩共用
3	C2（1.5米立柱）	個	56	╱
4	C3（1米立柱）	個	108	╱
5	C4（水平撐）	個	804	╱
6	C5（2米斜撐）	個	884	╱
7	C6（1.5米斜撐）	個	64	╱
8	C7（1米斜撐）	個	104	╱
9	C8（節點鈑）	個	1608	╱
10	C12（4米墊梁）	個	192	╱
11	C13（6米墊梁）	個	76	╱
12	C15（墊梁緣拼接鈑）	個	172	╱
13	C16（墊梁腹拼接鈑）	個	172	╱
14	C18（間隔撐）	個	300	╱
15	40號工字鋼（舊料）	米	250	╱

質量控制

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的質量控制要求如下：

1.各工序施工質量滿足《公路橋涵施工技術規範》JTJ 041-2000標準及設計要求。

2.嚴格控制拱肋預製施工質量，吊裝就位要準確，各項偏差滿足規範要求。

3.拱肋吊裝過程中全程對棧橋進行監測，確保變形在允許範圍內，每吊裝一片拱肋後，派專人檢查龍門吊的各個部件。

4.拱肋體系轉換過程中加強施工監測，及時分析，掌握拱型結構的變形狀態。

安全措施

採用《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.在吊裝前將對所有參與施工的人員進行安全教育，設專職人員指揮吊裝。

2.吊裝前，對鋼軌、車輪、鋼絲繩等構件進行嚴格的潤滑和防護處理。

3.在拱圈就位時，不能先摘鉤，必須等落梁穩固，加固好以後方可給信號摘鉤。拱肋就位後，立即焊接橫向支撐，臨時鎖定，及時施工合攏段，形成整體，確保裸拱的穩定。

4.設專職安全員對所跨公路進行交通疏導。

環保措施

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的環保措施如下：

1.施工期間噪聲滿足《建築施工場界噪聲限值》GB 12523-90要求，對設備進行保養維修，降低設備本身的施工噪聲，施工過程中各種設備輕拿輕放，避免噪聲污染。

2.渣土、泥漿等及時苦蓋或外運，避免污染施工現場及周邊環境。

效益分析

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的效益分析如下：

在天津開發區西區中心莊路跨京津塘高速公路立交橋工程中，由於施工過程中各種措施得力，拱肋吊裝施工的整個過程非常順利，最多的一天吊裝5片拱肋。拱肋吊裝後，經複測，拱肋的位置準確，各項誤差均在規範允許範圍內，達到了理想的效果，取得了較好的經濟效益與技術效益，節約成本300餘萬元，整體工期提前2個月。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》的套用實例如下：

天津經濟技術開發區中心莊路跨京津塘高速橋主橋採用跨徑為70米的雙鉸型上承式拱形結構，淨跨徑62米，主橋上、下行橋各設計四組平行混凝土拱肋，矢高為8.8米，拱肋斷面是不斷變化梁高和寬度的三邊形殼體，立柱採用二十二面傾斜纖薄的混凝土立柱，橋面板採用變截面現澆T梁，於2003年11月22日開工，2004年10月15日通車，工期緊、施工難度大。採用70米雙鉸型上承式拱橋施工工法施工，質量優良，無任何安全事故發生，節約成本300餘萬元。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《70m跨雙鉸型上承式拱橋施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。