系杆拱桥施工技术

系杆拱桥施工技术
张伟姜长峰
【摘要】系杆拱是目前国内较新颖的一种桥梁体系，它造型古朴典雅,对拱脚地基强度要求较低，因此广泛应用于城市桥梁的规划设计中。

本文针对系杆拱的一种形式——钢筋砼系杆拱桥，就其施工流程及关键工序作了介绍。

关键词：钢筋砼系杆拱施工
1 工程概况
漳卫新河大桥装饰拱桥是国道104线德州市区段上的一座大型桥梁，它东依德州学院，西靠金华茶城，横跨于漳卫新河之上，将德城区与开发区连为一体。

桥梁由上海同济大学设计院设计，结构形式为五连拱钢筋混凝土系杆拱，外观采用“飞燕”式，全桥长210米，桥跨布置为35m+35m+70m+35m+35m，大桥横向设置两片拱肋，拱肋之间不设风撑，拱轴线设计为二次抛物线型，其中，边拱矢跨比为0.12,副拱为0.24,主拱为0.22,结构形式如图1。

2 系杆拱施工
根据设计，系杆拱施工时，拱脚处拱肋与系梁采取现浇，其余部分系梁及拱肋先行分节预制，待拱脚处现浇段施工完毕后，再拼装并施行纵向张拉。

施工工艺框图如图2：
2.1 系梁节段预制
2.1.1 节段长度
系杆拱主拱处设7根吊杆，边、副拱处各设3根吊杆，吊杆间距均为7m。

考虑起吊能力及施工方便，选定系梁、拱肋分节长度如下表1：
2.1.2 节段预制
系梁断面为矩形单室箱梁，施工时，先行绑扎钢筋笼并设置好波纹管及吊杆予埋管，再浇注底板混凝土，安放内模，最后浇注侧板及顶板混凝土。

待梁体砼达到一定强度后，拆除内模。

2.2 浇注拱脚连接段
全桥共12个拱脚连接段，施工时，先浇注主拱拱脚，再浇注边、副拱拱脚。

图2 钢筋混凝土系杆拱桥施工工艺框图
表1 系梁、拱肋分节段长度
2.2.1 支撑方案
根据连接段构件多、结构复杂的特点，选用满堂式支架。

支架由Φ50钢管拼组而成，钢管水平间距90cm，竖向间距120cm，考虑拱肋下支架受力过于集中，除在支架顶设置10*10cm方木分散应力外，另在拱肋底加两排竖杆，以避免支架变形过大。

2.2.2 施工连接段
连接段施工分4道工序，依次为：拱座、立柱及系梁下拱肋、系梁、系梁上拱肋。

拱座结构设计为六角石状，考虑轻便、高强、经济的原则，模板采用竹胶合板制作而成，胶合板上按设计钻眼定出钢筋位置，由于拱座钢筋密集且有较大面积反坡，施工时，应注意控制混凝土质量。

拱肋轴线设计为二次抛物线，断面为倒圆角矩形状，倒圆角圆弧半径R=30cm （边、副拱R=15cm），模板加工时，底模采用竹胶合板制作，侧模采用木框架贴铺高强PVC板制作，顶模由微弯竹胶合板分节段拼装，每节长度1m，浇注拱肋混凝土时，再根据混凝土浇注高度依序安装。

系梁底模采用竹胶合板制作，侧模采用定型钢模板，由于连接段系梁长度较长，施工时对波纹管位置应严格控制。

2.3 系梁拼装膺架设计
2.3.1 方案选择
拱桥边、副拱位于河滩上，支架工作高度约为8～10m；主拱位于河道中，水深平均约1.5m，支架至水面高度约为10.5m，考虑水利部门泻洪要求及现有材料，膺架采用桥跨式支撑体系，以钢管做支墩，梁体结构由“六四”式军用梁拼组而成。

2.3.2 跨径布置
边、副拱系梁拼装长度为21.6m，主拱系梁拼装长度为49.6m，考虑军用梁稳定性及挠度要求，边、副拱处支架设计为双悬臂梁式，跨径布置为 2.8m +16m +2.8m；主拱处支架设计为连续梁式，跨径布置为 17.18m +17.87m +14.55m。

2.3.3 基础
支架基础分两种情况：
①边、副拱处地质条件较好（实测地基承载力介于150Kpa～200Kpa之间），支架基础采用混凝土扩大基础，结构尺寸为3.5m*3m*0.35m，基础下做20cm厚10％灰土补强。

②主拱处支架位于河道内，淤泥较厚，根据地质资料，河道淤泥约1m，淤泥下沉积层地基承载力约为100Kpa，摩擦系数为3.1，考虑快速、简便、经济原则，经比较，采用打入式木桩群作为基础持力构件，木桩上浇注C20#砼承台，承台尺寸为2.5m*2m*0.4m。

力学计算如下：
系梁自重: G1=86.9 t
支架总重: G2=15 t
砼承台重: G3=18.4 t
荷载重: G j=G1×1.3+G2+G3=146.3 t
单根木桩承载力计算公式: [P] =E/(5e+0.1)
式中: [P] —单桩承载力 (KN)
E —冲击能 (KN·m)
e —贯入度 (m /击)
打入木桩采用16t吊车起吊重锤击打法，重锤约重2t，考虑重力损失，计算重量取1.5t，重锤提升高度为1m，实测最终一击贯入度为0.02m～0.05m，为安全计，取e =0.05m，则：
E =m gh =1.5×9.8×1 =14.7 (K N )
[P] = E /(5e+0.1) =14.7/(5×0.05+0.1) =42 (K N )
主拱支架共4个基础，每个基础计打入14根木桩，基础总承载力为：
P =4×14×42 =2352（KN）=235.2 t
∵ P >G,故基础承载力满足施工要求。

2.3.4 支墩及梁部设计
支墩采用钢管桁架式，由6根φ200mm（壁厚6mm）的钢管组合而成，钢管平面布置为2×3状，考虑支墩较高，钢管间用角钢做框架联系并设剪刀撑，以免支墩钢管出现失稳现象。

梁部结构由两片“六四”式军用梁拼装，军用梁横向间距60cm，为增加梁部稳定性，每隔10m用[10槽钢将两片军用梁连接，考虑支墩支撑点处弦杆应力集中，容易变形，在此另设加强竖杆。

2.3.5 膺架予压
为检验支架稳定性，需进行予压试验。

考虑若用沙袋作为予压荷载单元体，工程量过于浩大，且工期偏长，经仔细计算，决定采用系梁预制件作为予压荷载单元体，以沙袋为辅，施行予压。

予压观测主要包括支架失稳、支架沉降、梁体挠度三部分。

其中，支架失稳主要是由于荷载过大，引起支墩挠曲变形过大造成，本桥支墩惯性距较小轴为沿桥横向，故只观测支墩沿桥纵向有无变形即可；而支架沉降分两部分，一部分属支架弹性形变，此值较小，另一部分为基础承载力不够引起的支架整体下沉，此值在予压初期较大，随时间增加将逐渐趋于稳定，属非弹性形变。

实际观测中，支架失稳现象不明显，支架沉降及各跨跨中挠度曲线如下图3：
图3 挠度曲线图
（表中，1、3、5、7点为支墩位置，2、4、6点为各跨跨中位置，单位为米）2.4 系梁拼装、张拉
予压完成后，在支架上定出系梁边线、端线及标高线，进行拼装。

调整完毕，复核系梁位置及吊杆中心，穿入钢绞线，浇注湿接缝，施行张拉。

张拉采用两端对称分级张拉方法，一次张拉至设计吨位。

2.5 拱肋节段预制
全桥拱肋预制节段共38片，其中边、副拱拱肋断面尺寸较小，主拱拱肋断面尺寸较大，在此以主拱拱肋施工为例作一介绍。

2.5.1 模板制作工艺
拱肋断面为倒圆角矩形状,拱肋轴线为二次抛物线型，如右图4
由于拱肋施工采取预制后拼装工艺，故对预制件结构尺寸精度
要求较高。

预制前，在平台上仔细放出拱肋大样图，检查无误后，
建立底模台座并予埋拉杆。

侧模采用“大框细拼”法制作，即先做架立框架沿轴线定出侧
模边线位置，再用微弯条形细木精细拼装，作出抛物线型曲面，最后
用木螺钉将提前弯制好的PVC板固定于细木上。

考虑制作精度要求，
架立框架轴线间距设定为60cm，框架间用角钢或粗钢筋连接。

2.5.2 拱肋节段施工
节段内钢筋均为抛物线型，曲率较小，弯制精度难以保证，为避免钢筋笼顶模，宜在钢筋笼与模板间设置垫块。

普通砼垫块容易在立模时偏位，且影响构件外观质量，为此，施工中采用新型PVC垫块，较好地解决了这个问题。

混凝土浇注时，由于构件内空间较小且钢筋过于密集，应适当增加砼的工作性，振捣方法可采用附着式振动器辅以插入式振捣棒由一侧向前徐徐推进，以将气泡排出。

2.6 拱肋支架
拱肋支架采用满堂式支撑体系，如图5：
以主拱支架为例，支架工作高度9.36m，宽1.8m，采用Ф50mm钢管拼组而成，沿桥轴线方向钢管间距为100cm，横向为40cm+30cm+30cm+30cm+50cm，竖向间距为80cm，支架脚手杆底部
分别坐落于系梁支架、系梁和既有桥上。

考虑主拱支架矢高较大，宽度较窄，如遇大风易晃动，故在支架每边各设两道缆风，以增加支架的整体稳定性。

经计算分析，缆风位置设在距系梁顶6.24m处最佳。

2.7 拱肋拼装、张拉
拱肋拼装采用捆绑式吊装方法，由吊车直接吊放节段就位。

考虑节段安放时斜度较大，施工中选用KATO500和KATO200吊车两台起吊，以50t为主，由20t 调节拱肋斜度。

为防止节段安放时下滑，应考虑在支架上设置防滑构件。

节段就位后，检查拱肋轴线偏位、下底面标高和吊杆位置，焊接湿接缝钢筋，浇注湿接缝。

拱肋吊杆设计为Ф32冷拉Ⅳ级予应力粗钢筋，冷轧螺纹轧丝锚具锚固。

该种
体系的主要特点为：①予应力筋采用螺母锚固，锚固性能可靠；②可以多次重复张拉、放松，操作方便；③予应力筋回缩损失很小，可以用在予应力筋较短的场合，如竖向予应力束；④采用套筒式连接器可以任意接长钢筋。

施加予应力时,可采用德国DYWIDAG专用电动液压千斤顶张拉，也可自行设计改装普通YDC-100穿心式千斤顶予以张拉，张拉顺序应由拱脚向拱顶对称进行。

3结束语
系杆拱桥是目前国内较新颖的一种桥梁结构体系，本文重点介绍了德州漳卫新河装饰拱桥在施工中的系梁膺架设计、拱肋预制件模板制作工艺、拱肋拼装和予应力粗钢筋的张拉特点，它的施工方法对于别类系杆拱桥的施工具有一定的指导意义，可供同类工程借鉴。