滁河大桥钢筋混凝土系杆拱预制安装施工工艺

滁河大桥钢筋混凝土系杆拱预制安装施工工艺
摘要：沿江开发高等级公路（南京江北段）滁河大桥主桥采用钢筋混凝土系杆拱结构，采用预制、安装的施工工艺，本文较详细的介绍了滁河大桥系杆拱预制安装的施工工艺，供类似桥梁施工借鉴。

关键词：钢筋混凝土系杆拱预制安装施工工艺
1 工程概况
沿江开发高等级公路（南京江北段）工程地处江苏省南京市六合区，滁河大桥是该高等级公路上的一座重要桥梁。

全桥分主桥和两侧引桥，引桥为30m预应力混凝土箱梁，主桥为钢筋混凝土系杆拱桥，全桥孔跨布置为10×30+72+11×30m，全长709米。

滁河为长江支流，V级航道，过往船只较多，河面宽度70~200m，水深2~8m，水位受季节及长江潮汐影响，水位最高8.7m，最低2.5m，主桥与航道斜交，夹角约18°。

图1-1桥型布置图
主桥采用72m（计算跨径70m）单跨预应力混凝土系杆拱，为下承式刚性系杆刚性拱，拱轴线为二次抛物线；矢跨比1/5，矢高14m；工字形肋，高1.4m，宽1.0m；系杆为箱型截面，高1.8m，宽1.0m；每片拱片设间距为5m的吊杆13根，采用7-55柔性吊杆，上端固结于闭合性拱肋，下端对应于系梁中轴线和每根中横梁端固结，横梁间铺设行车道板做成桥面；双幅桥，单幅宽16m，每幅桥由两个拱片组成，拱片间设4道风撑
联接；桥面系及所承受的活载通过中横梁传给吊杆，然后通过吊杆传递给拱肋和系杆，通过对系梁、横梁、吊杆三维多次分批预应力张拉，逐步完成受力体系的转换，成为无水平推力的刚性拱桥。

系杆拱桥具有受力合理、跨越能力大、用材经济、施工方便、造型美观、维护费用少等突出优点在我国得到迅速发展，主要应用于江南水乡河网地区及西南地区山涧、河谷地带。

2 施工方案比选
系杆拱桥的施工方法主要分为支架现浇法、预制拼装法和转体施工法等。

支架现浇法根据使用支架的材料不同可分为满堂钢管支架、贝雷片桁架支架及军用梁支架法；预制拼装法主要分为有支架法、少支架法和无支架法，无支架法即是缆索吊装法。

2.1现浇法
由于河道不能断航，只能搭设梁式支架，留通航孔。

拱肋可以采用满堂支架，但拱肋的高度达14米，需用材料数量多，施工工期长，施工成本大；
2.2 缆索法
采用缆索吊装法施工在我国有不少工程实例，但本桥主桥位于滁河河道上，两端各有近80余米的河滩，两岸为护坡河堤，河堤上为防汛用道路，不能占用，受地形条件限制，不宜采用。

2.3 少支架法
采用少支架法预制拼装，只在湿接头处设置临时支撑，其他部位可以不做或少做支撑，可以减少支架材料用量；构件预制施工可与下部结构和支架施工同步进行，因而可以缩短工期；预制吊装的难点在吊装上，根据设计预制块的重量和滁河水文条件，可以采用吨位在110~200吨之间的浮吊来进行吊装，施工方便灵活、难度较小。

根据成本、施工工艺分析比较，选择构件预制、少支架拼装的施工方案。

3 吊装设备及预制场地选择
3.1 吊装设备选择
根据现场条件可供选择的吊装设备有龙门吊和浮吊两种，如采用龙门吊施工需搭设跨河支架作为龙门行走轨道，龙门吊跨度需达到33m以上，龙门吊高度需达到14m以上，
且龙门轨道离河床面高度需满足通航要求，施工难度及安全风险较大；采用浮吊施工则较为方便、灵活、安全，经比选采用浮吊作为吊装设备。

图1-2安装浮吊
浮吊选择应考虑航道通行能力、作业空间以及预制块件重量、吊装高度、吊装距离等方面因素，需满足最不利工况要求，110t浮吊起吊参数表见表1-1。

表1-1
综合计算安装重量、距离、高度，确定吊装最不利工况是中段拱肋安装，110t浮吊可满足最不利工况吊装要求。

3.2 预制场地选择
吊装设备选择完毕后进行预制场地的选择，考虑到运输及施工方便，预制场地尽量选择在靠近桥位的河岸边，以便于吊装。

本桥系杆、拱肋、拱肋端块件等重量较大的构件选择在桥位上游约200m处的一个废弃码头内预制；因受场地狭小条件限制，横梁、风撑、行车道板等重量较小的构件在30米箱梁预制场预制，用汽车通过便桥运输至主墩位置，浮吊安装。

4 构件预制及吊装准备工作
4.1 构件预制
4.1.1台座施工
拱肋及拱肋端块件均采用平卧式预制，系杆、横梁采用立式预制，构件均采用整体放样，分段预制，首先采用绘图软件进行坐标计算，再根据计算的坐标用全战仪进行实地放样，并通过钢尺复核放样结果。

台座及地基必须有足够的强度和承载力，并按照图纸要求设置一定的预拱度。

经计算，地基承载力需达到150Kpa，预制场地先整平压实，清表后填筑30cm碎石土，振动压路机碾压密实，经检测承载力满足要求。

在处理好的地基上砌筑40cm块石做为底模基础，然后在基础上浇筑15cm厚的C25混凝土面层，为保证底模光洁在面层上贴一层绝缘板。

4.1.2模板施工
拱肋及拱肋端块件采用木模，系杆横梁等采用钢模施工，无论采用何种模板必须保证模板具有足够的强度、刚度，确保构件几何形状。

4.1.3混凝土施工
混凝土由自设拌和站供应，拌和机械为2台JS500强制式搅拌机，水平运输采用混凝土罐车，垂直运输采用汽车吊。

图1-3 拱肋端块件台座
4.2 吊装前准备工作
4.2.1 组织准备
成立吊装领导小组，根据吊装施工的时间及技术要求制定安装时间表并及时与航道、海事及水利部门协商，共同组织有关人员在吊装时对船舶进行交通管制。

4.2.2 技术准备
⑴对作业人员进行岗前培训，技术交底。

主要是技术培训和施工作业安全培训。

⑵对混凝土构件吊装及安装强度、刚度、稳定性及裂缝验算，确保构件安装安全。

⑶检查混凝土结构尺寸和预埋件的位置，进行结构端部混凝土凿毛清洗和预埋件表面清理工作；确定并在构件上用墨线标出各块件顶面中心线和端截面上下口中心点，作为安装时的控制点。

⑷对岸边测量控制点及支架上的控制点进行检查、复测。

⑸确定吊装顺序。

4.2.3 机具、设备准备
⑴仔细检查吊装设备，进行卷扬机、扒杆和吊具、钢丝绳、电器设备及操作设备的检修保养，排除隐患；对吊具进行验算，确保安全。

⑵检查现场电力、道路准备情况；检查支架的稳定情况、支点砂筒的位置和稳定性。

⑶检查缆风绳、紧锁器等是否配齐。

4.2.4预制构件起吊摆放
预制构件在安装前应吊起重新摆放，便于清理表面、安装及绑扎安全栏杆。

⑴首先对预制构件混凝土强度、几何尺寸进行认真细致的检查，在符合要求的情况下才能起吊摆放，并做好记录。

⑵系杆与横梁采用两点支撑，沿河边摆放；拱肋起吊翻身后摆放在事先制作好的土牛胎拱架上，土牛胎利用塑料编织袋装砂砾堆摆而成，应稳定坚实，与拱肋接触点应在吊点位置，摆放后要采取措施防止倾覆。

拱肋在土牛胎上挨排摆放，拱跨沿着河流方向。

⑶堆摆完成后进一步检查构件几何尺寸及变形情况，并在支架上弹出构件纵横轴线的控制线，便于构件就位时与中心线对应。

⑷正式安装前在系杆、拱肋上绑扎脚手架护栏。

5 安装工艺流程
5.1拱肋端块件和系杆安装
首先进行支座安装，支座安装必须水平，根据拱肋合拢温度计算并预留支座安装预偏量。

安装顺序为：端横梁→拱肋端块件→边段系杆→中段系杆→5#、9#中横梁。

先在主墩盖梁上放出端横梁位置，放置砂箱，将端横梁简支在主墩盖梁上并固定，然后吊装拱肋端块件。

待位置固定后将端横梁与拱肋端块件连接的骨架钢筋焊接好，使之连接成整体，确保整体稳定。

拱肋端块件和端横梁安装完毕后再吊装系杆，根据设计要求，系杆预制构件安装顺序为：先两边段系杆，再中段系杆；安装时两两对称，安装完中段系杆后安装5#、9#中
横梁以增加系杆稳定性。

⑴系杆安装时首先安装下游侧边段系杆预制构件，浮吊吊起构件达到一定高度后缓慢平移至安装位置后慢慢落座；为确保其就位后便于纵横向作细微调整，在系杆两端横向设缆风，用手拉葫芦或紧锁器来调整。

⑵就位时在墩顶测平台上，用全站仪和水准仪同时观测系杆预制构件部分的中心标记，通过浮吊、千斤顶及倒链调节构件的平面位置使其符合设计安装要求；并以钢尺作直观复核。

图1-4 拱肋端块件安装
⑶当单片构件坐标及高程符合要求后，系好左右缆风固定在地锚上，调整缆风上的用手拉葫芦或紧索器，保证其横向稳定，并开始焊接部分系杆接头连接钢筋；用同样的方法吊装横向对应边段系杆构件，固定好缆风后用型钢在靠近构件两端中横梁处焊接对
撑，并用全站仪及水准仪跟踪观测，直至符合要求为止，此时浮吊才能脱钩，再安装下一根系杆。

⑷系杆构件吊装就位后，立即在构件上支点处设置沉降观测点，开始每2小时观测一次，以后观测时间逐渐延长，待观测的三天内沉降量不超过3毫米即可视为已稳定，待支架沉降稳定后测量系杆标高如发现标高与设计不符则通过千斤顶进行调整，直到符合设计标高为止，然后焊接湿接头钢筋
⑸湿接头接缝钢筋焊接应符合施工规范要求，所有湿接头接缝连接钢筋焊接完成后，进行安装接缝模板，浇筑湿接头混凝土，湿接头混凝土应提高一个等级，并采用微膨胀混凝土，按要求覆盖洒水养护至少14天。

⑹在以后吊装其他构件过程中，应每天对构件位移及高程进行观测，作好记录、加强分析。

5.2中横梁预制构件安装
第一批安装的中横梁为5#、9#，中横梁安装采用吊架悬吊法。

为防止横梁吊装过程中系杆由于偏心受力而倾斜，系杆上端设置钢管支撑，保证系杆不扭曲。

中横梁钢筋全部焊接完成即开始安装预应力波纹管，进一步观测中横梁与系杆交接处的高程及坐标，符合要求后进行安装接缝模板，浇筑湿接头混凝土。

5.3张拉第一批中横梁及系杆预应力束
当湿接头混凝土强度达到设计强度100%后进行预应力束张拉。

首先对称张拉5#、9#中横梁N2钢束至设计张拉力，然后对称张拉端横梁N2钢束至设计张拉力，再对称张拉系杆预应力钢束N1、N4至设计张拉力。

5.4拱肋和风撑预制构件安装
拱肋预制构件安装顺序为：先边段拱肋，再中段；安装按桥梁纵横轴线两两对称进
行，横向对称两段构件就位后用钢管平撑连接，以增加横向稳定性。

待拱肋合拢后尽快安装风撑使其形成稳定结构。

⑴拱肋吊装前对搭设好的支架进行全面的检查其牢固性及稳定性，并对支撑点进行坐标和水准复测，对拱肋中线及坐标标记点进行检查，弹线作标记；在拱肋下端系两根麻绳，上端距端部1米处系好缆风，可使拱肋到位后由人工拉绳和缆风来调节拱肋的横向位置，待全部符合要求后开始进行吊装作业。

⑵首先吊装下游拱肋，拱肋边段按二点吊挂吊索，吊点位置同设计吊点，浮吊缓慢起吊到一定高度逐渐移动到位；中段拱肋按四点吊挂吊索，吊点位置见设计图纸。

下端先对准端块件拱座上标画的中线位置，拉绳实现就位，缆风在收紧和放松时应在测量观测下统一指挥进行，随拱肋接头高程的升降而放、收，拉动缆风使其中线位置大致符合设计线。

⑶利用全站仪和水准仪在墩顶搭设的平台上进行跟踪观测拱肋接段上端和下端，为便于观测高程可挂钢尺作竖直标尺。

⑷收紧缆绳保持浮吊原位不动，徐徐调整上下两吊索，调整拱肋中线和标高，实现拱肋徐徐落座（细微调整可用千斤顶来实现）。

⑸固定缆风，细调就位，焊接端头工字钢劲性骨架。

图1-5 中段拱肋安装
⑹用同样的方法吊装上游拱肋。

⑺在完成下游拱肋安装后，经复测在符合要求的情况下，开始安装其余拱肋。

⑻拱肋就位过程中用两台水准仪同时观测拱肋两端高程，用全站仪观测中线位置，徐徐放松吊索，使拱肋两端均匀下降，拱肋合龙时，每个接头点与设计标高之差不能超过±15mm，中线偏差不能超过5-10mm,否则应重新起吊进行调整。

符合要求后固定缆风，细调就位，焊接端头劲性骨架和主筋使拱肋尽快成为无铰拱，则纵向稳定能得到满足。

⑼两根拱肋合龙后应尽早安装风撑，使拱肋有足够的横向稳定性。

⑽连接钢筋焊接后应按要求安装接缝模板，浇筑与梁同标号的混凝土，初凝后覆盖洒水养护不少于14天。

⑾完成拱肋及风撑安装后，对两道拱肋高程及中线位置测量，做好记录以便掌握吊杆张拉后拱肋的变形情况。

5.5吊杆及其他中横梁安装
⑴安装成品吊杆钢束，方法是从上向下穿，用浮吊安装，到位后固定好下端锚头，
从上端进行张拉。

⑵安装除端横梁及5#、9#中横梁外的其他中横梁，安装方法同5#及9#中横梁，安装时对称进行。

⑶拆除拱肋支架，做好张拉吊杆钢束准备工作。

⑷张拉吊杆第一批预应力，张拉顺序按图纸设计进行，同一幅桥左右侧吊杆应同时对称进行张拉。

张拉中要控制好锚下张拉应力，在张拉过程中跟踪观测拱肋、系杆对应位置的高程变化，并做好记录。

图1-6 成桥
5.6其它构件安装及张拉
⑴对称张拉系杆第二批预应力钢束。

⑵拆除所有临时支架，支架拆除必须对称进行，确保成型构件的整体受力稳定，防止构件受力不均产生裂缝。

⑶采用8T汽车吊安装行车道板。

其顺序应由两端向跨中对称安装。

⑷张拉横梁第二批预应力钢束。

⑸对称张拉吊杆第二批预应力钢束。

⑹现浇桥面整体化混凝土，桥面铺装及桥面护栏施工。

6施工控制重点
6.1预制施工控制重点
⑴拱肋端块件钢筋密集，混凝土浇筑质量不宜控制，需采用细石混凝土并进行单独的配合比设计，施工时采取钢筋绑扎时预留振捣孔、采用小直径振捣棒振捣等措施，确保浇筑质量。

⑵本系杆拱桥采用分段预制再拼装施工，对于台座放样精度要求很高，放样时先用绘图软件计算整体坐标，再用全站仪实地放样，最后用钢尺做直观复核，确保精度。

⑶台座施工时需根据设计图纸及安装计算预留预拱度，确保线形符合设计。

⑷预埋件的位置是控制重点，施工时加强对预埋件数量、位置的控制，确保精度。

6.2 安装施工控制重点
⑴支架必须经过计算，有足够的承载力和稳定性。

⑵钢丝绳等吊具必须经过验算，有足够的安全系数。

⑶构件预制前需进行安装强度、刚度、裂缝验算，并计算确定吊点位置。

⑷由于拱肋为平卧预制，吊装前需进行翻身摆放，需对该工况进行验算，防止出现裂缝。

⑸块件安装就位时均处于简支状态，支点（座）需进行单独设计，支点采用千斤顶或砂箱，采用砂箱时需预留调节标高的千斤顶位置，便于沉降稳定后调节标高。

⑹杆件安装时需设置揽风绳，揽风地锚需坚实稳定。

⑺安装中横梁前，为防止系杆上部受拉扭曲需在系杆上部设置型钢平撑，固定两系杆位置；横向两拱肋安装完毕后也应设置型钢平撑，限制横向位移。

⑻构件安装时需根据计算预留预拱度，预拱度的设置根据安装工况及成桥线形要求通过计算确定。

安装预拱度的设置应考虑拱圈自重产生的拱顶弹性下沉、拱圈温度降低与混凝土收缩产生的拱顶弹性下沉、墩顶水平位移产生的拱顶弹性下沉、拱肋支架在设计荷载作用下的弹性及非弹性变形、支架基础受载后非弹性下沉，将以上变形量叠加得
出安装预拱度，预制及安装时预留。

⑼拱肋支架卸落拆除是钢筋混凝土系杆拱桥施工的关键工序，落架顺序及每次下落量直接关系到拱肋在施工过程的受力状态，涉及到期整个拱片的安全。

本桥拱肋安装采用少支架，每片拱肋共有4个集中支点支撑（湿接缝两相近支点可视为一个集中支点），支架拆除前拱肋为两端固定的5跨连续梁，支架拆除过程中为保证拱肋始终处于小跨度连续梁结构，避免落架时一个支点脱架突然增加拱梁的跨度，在跨中或支点处产生裂缝，为此，拱肋落架时采用对称平衡多层次落架方案。

吊杆张拉前先卸落拱肋支架，为保证张拉过程中拱肋安全，支架先不拆除（待吊杆第一期张拉完毕后再拆除拱肋支架）。

卸落支架是指将支持住拱肋的砂箱卸落，砂箱卸落时应对称（同一拱肋、同一幅桥应对称）、分层次、缓慢进行，卸落从拱顶向拱脚进行，先拱顶，然后拱肋1/4部位，再拱脚部位，每次卸落量通过计算确定，拱顶、拱肋1/4处、拱脚处砂箱卸落量应根据直线分配比例计算，拱顶部位卸落量大，拱脚部位小。

卸落时应加强对拱肋标高的观测工作，如发现异常应立即停止卸落，分析解决后再继续进行。

卸落完成后将砂箱移除。

6.3施工监控重点
系杆拱桥通过对系梁、横梁、吊杆三维多次分批预应力张拉，逐步完成受力体系的转换，成为无水平推力的刚性拱桥，施工中必须重视监控工作，每一个工况都必须对杆件内力、线形进行监控，并根据监控结果指导施工。

⑴首先根据施工工艺对每个工况的构件、桥梁内力及变形进行计算，确定应力、变形控制断面并预埋测试元件及标高观测点。

然后根据安装的进度及工况实时监测；
⑵各构件吊装前测定构件控制截面初始应力，吊装、简支就位后分别测试内力情况并记录；
⑶安装前在支架及构件上设置标高观测点并标记轴线位置，安装就位后对支架及构件平面位置及标高实时监测并记录，为沉降稳定及位置正确的判定提供依据；
⑷每次预应力张拉前后对关键截面控制点的内力及标高均进行监测并记录；
⑸成桥后对拱肋线形吊杆内力做重点监控，根据监控结果调整吊杆内力，确保成桥内力及线形满足设计要求。