双线铁路钢管混凝土系杆拱系梁施工关键技术

双线铁路钢管混凝土系杆拱系梁施工关键技术

作者：秦栩 魏建明 程辉

来源：《城市建设理论研究》2013年第29期

摘要：我国铁路桥梁大多采用预应力钢筋混凝土简支梁或连续梁桥式，利用系梁－钢管拱肋这种组合结构型式较少。西安铁路枢纽新建北环线西兰路铁路特大桥跨越咸铜路处设计采用了1-48m双线钢管混凝土系杆拱桥，由于结构构造、空间体系受力复杂，无既有经验，工期异常紧迫，施工难度极大。为顺利组织该项目施工，在施工中采用的系梁原位现浇、角钢支架固定拱座、支架支撑汽车吊吊装拱肋拼装方法，具有施工简捷高效、施工费用低等特点。通过第二工程公司广大参战职工的顽强拼搏，该工程按期高质量地圆满完成了施工任务，受到了建设、监理、设计、地方政府的好评。钢管系杆拱桥系梁承受弯拉作用力，是钢管混凝土系杆拱桥的主要构件，它起着连接拱肋、横梁、吊杆、墩台的作用，它的施工质量直接影响系杆拱桥的整体成桥质量，本文主要介绍该桥系梁施工的关键技术。 关键词：系杆拱桥；系梁施工；关键技术 中图分类号：U448.22+5文献标识码：A

西兰路特大桥为铁路双线桥梁，桥梁全长871.50m。该桥位于咸阳市北郊，人口集中，建筑物密集，道路纵横，交通便利发达。该桥为跨越咸铜公路和西兰公路而设，起桥高度控制在6～7m。线路在IDK59+120处跨越咸铜公路，与公路斜交72°40′，公路宽38m；受线路高度控制，采用1-48m系杆拱。在IDK59+495处跨越西兰公路，受公路宽度的控制（净高不控制），采用32+48+32m连续梁。平面位于半径4000m的曲线上，双线之间线间距逐渐变化。纵断面上在IDK59+150和IDK59+550处分设两个变坡点，坡度分别为5.8‰、-4.2‰、-5.8‰。该桥下部均采用ф125cm钻孔摩擦桩基础，双线圆端型桥墩，T型桥台。系杆拱处2、3号及连续梁处13、14号墩采用8ф125cm钻孔桩基础，盆式橡胶支座；其余墩均采用6ф125cm钻孔桩基础，钢支座。

西兰路1—48m系杆拱桥系梁为现浇全预应力后张法刚性构件，端部为长3.5m，高2.8m，宽1.24m的矩形断面，跨中为长40.2m，高2.6m，翼缘板宽1.04m，高0.5m，腹板厚0.5m的工字形断面。内有16束纵向预应力筋。

系梁承受弯拉作用力，是钢管混凝土系杆拱桥的主要构件，它起着连接拱肋、横梁、吊杆、墩台的作用，它的预拱度设置影响拱肋组拼安装的正确对位，它内部筋系、管系复杂，预埋件、预留孔洞多，施工复杂，它的施工质量直接影响系杆拱桥的整体成桥质量。

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确定了系梁原位现浇施工方案后，需对系梁现浇支架进行施工设计和力学检算，进行预拱度的设置控制；然后进行混凝土浇注和预应力施工。其施工关键控制技术如下： 1、系梁支架设计和支架基础处理 1.1、支架设计

根据交通部门要求，在系梁跨中搭设12m门洞保障施工期间公路交通畅通，门洞上、下行分离，净空高度4.5m。门洞采用I56a工字钢配合军用墩搭设。每片系梁底采用3片工字钢对称布置，下部支撑在并列的两片军用墩上，加固连接采用焊接、钢管斜撑焊接并与满堂支架（60cm步距）钢管锁固。纵梁其余部分采用ф48mm碗扣式满樘支架，按30cm（60cm套设形成）纵横步距布置。横梁部分按60cm纵横步距设置。

建立力学模型，按系梁混凝土、模板、施工荷载对支架结构（含军用墩、工字钢门洞）作用进行了力学检算，施工设计的支架结构刚度、强度均满足荷载要求。 1.2、支架基础处理

根据各杆件受力计算和现场实际，对支架基础分别进行了如下处理。

1.2.1、咸铜公路原有快车道宽14m，慢车道宽5.5m，中间隔离带宽1.5m。公路结构层为30cm厚3：7灰土+20cm厚二灰石+25cm厚C25混凝土路面。对快、慢车道基础不再进行加固处理。

1.2.2、对公路人行道部分及桥墩周围，由于钻孔桩施工时已有扰动，需对地基进行开挖，清除软层，进行分层回填夯实；到2m深度后，按照公路路面结构层设置进行处理，以保证支架基础具有相同强度和弹性模量，满樘支架下托支撑在15×15cm方木上，以保证均匀受力。 1.2.3、门洞支架基础用C25混凝土浇注，基础高程根据支架高度计算并调整。 2、预拱度设置和控制 2.1、预拱度设置

每片系梁重2979.6KN,作用在每片工字钢上的均布荷载为36.5KN/M,按结构力学计算，跨中最大挠度为5mm；考虑模板、方木、机具人员等附属施工荷载作用下跨中所产生的挠度3mm，总计系梁浇注施工中最大挠度为8mm。

再考虑横梁自重、拱肋、横斜撑钢管、预应力束张拉、桥面二期恒载、列车荷载等产生的梁体挠度，经计算系梁预设上挠度总计为25mm。

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根据工期紧的实际，本桥未进行支架预压。结合以往类似施工经验，实际系梁预设上挠度30mm。

挠度设置采用二次抛物线形式布设，在铺设底模时一并调整完成。对碗扣式满樘支架，采用该支架系统可调丝杆调整；对工字钢门洞部分，采用弧形木调整。 2.2、控制

施工时，在系梁两侧沿长度方向每隔1m设点，进行水准测量，误差控制在1mm内，为预拱度设置提供准确标高。

施工中在底模或底模方木上按3m间距设点，用细铁线悬挂重垂球，在地面布设沉降观测点，测量沉降量。指定专人跟踪观察模板及支架、基础变形情况，携带工具及时敲紧木楔，拧紧微调杆。

系梁浇注过程中，尽量对称均匀进行。 2.3、挠度测量结果

经对系梁在浇注混凝土及安装横梁、浇注湿接头、横梁张拉、压浆、支架拆除后两个工况挠度观测，在系梁底间隔3m设置观测点，主要观测跨中15m段总下沉量（包括节点压缩、支点下沉、结构挠度）。预拱度的实测值见下表。 系梁预拱度实测值与理论值对照表 表1

第一次实测值是在浇注系梁混凝土过程中观测的下沉量，第二次实测值是在横梁安装完，支架拆除后观测的下沉量。考虑二期恒载和列车活载产生的挠度，预拱度的设置证明基本是合理的。实测系梁浇注后的预拱度偏小，证明基础处理、预拱度控制措施得力。 3、系梁浇注及张拉 3.1、模板设计

系梁底模采用木模，侧模采用定型钢模，采用侧模包裹底模方式。加固采用对拉螺栓紧固，对拉螺栓横向间距1.5m，竖向0.5m,模板顶、底各设一道拉杆。 3.2系梁浇注工艺

由于拱脚部位3.5m范围为C50钢纤维混凝土，其余部分为C50混凝土，因此浇注过程中沿长度分三段，沿高度按35cm控制分层浇注，浇注连续进行，一次浇注成型。每层先浇注两

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拱脚3.5m段，再顺次浇注中间段；拱脚段采用汽车吊吊斗输送混凝土，中间段采用泵送灌注，均采用插入式振捣器振捣。

因系梁断面小、配筋密，预埋件和波纹管纵横交错，在拱脚段C50钢纤维混凝土施工中专门设计了5-19mm级配连续的中小石；Ⅱ区级配，细度模数2.6-2.8,同时掺入了具有缓凝、保坍、减水和高强性能的WR复合外加剂的配合比，其配合比为：1:1.7:1.85:0.34：0.0129（外加剂）：0.02(钢纤维)，施工中坍落度为14cm左右。在系梁中段专门设计了C50普通混凝土，其配合比为：1:1.39:1.92:0.34：0.0119（泵送剂），坍落度为16-18cm。灌注过程专人振捣，专人灌注，专人检查，确保混凝土的密实。 3.3、特殊问题处理

系梁施工中，筋系、管系、预埋件多，接头多，各部相互间碰撞、干扰很多，必须区分各自情况，进行一些特殊处理。处理原则是：普通钢筋与预应力钢绞线、预应力螺纹钢发生碰撞时，适当对普通钢筋进行挪移、改型处理；预应力筋、线与预埋杆件发生干扰时，须区分重要程度，进行处置。以保证整个结构受力安全。必要时按照设计图纸1：1现场放样，确定空间位置关系，拿出解决方法。 3.3.1、拱脚定位技术

拱脚准确定位是拱肋合拢的关键。因为拱脚定位难度大，精度要求高。如定位不准确，将造成拱肋不能合拢、焊缝过大过小、焊缝强度差、吊杆安装位置偏差大、拱肋轴线线型变化、使相应结构受力发生改变。所以定位必须仔细认真，反复检查，反复核对相对位置关系，确保精度，确保顺利合拢。

根据结构空间位置分析，拱脚预埋段必须在安装系梁端部钢筋前就位。拱脚预埋段双层钢管长4.68m，重2100㎏。由于悬空高度达1.7m且仰角较大，吊车起吊后在支架上不易加固定位，操作不安全。针对此问题，经各级技术人员研究会诊，决定在地面采用L75㎜角钢焊接成框架，分三点坐标定位确定拱脚上下口相对平立面关系，再整体吊装至支架上系梁端部的方法；采用此法解决了空间拱脚预埋段定位的难题。到支架上后，采用垂球、钢尺检查，使拱脚轴线与系梁轴线相重合，上下口水平投影与系梁上提前放样的X坐标吻合，上下口与系梁相对高程相符（即Y坐标重合）。偏差采用三角钢垫片或钢垫片调整。拱脚预埋段定位示意图如下。

拱脚预埋段定位图示

系梁模板合拢加固后浇注混凝土前，必须对拱脚预埋段进行二次校验，校验后双侧采用电葫芦拉紧。

3.3.3、拱脚预埋段与系梁钢筋、精轧螺纹钢筋的处理

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系梁端头钢筋与拱脚预埋拱肋段相干扰。拱肋预埋部分深入系梁1.432m，影响到端头纵向钢筋与箍筋不能穿过，因此对端部钢筋不能按照设计图加工，必须在拱脚定位后，根据端部结构尺寸现场随制随安。所有与拱脚发生干扰及相交的钢筋都必须与拱脚预埋段焊接以保证钢筋连续。焊接长度按照《钢筋焊接规程》要求执行。

由于纵向钢绞线及端部精轧螺纹钢穿过拱脚预埋段管节，因此在地面焊接拱脚预埋段定位角钢后，需采用气割在拱脚预埋段上逐个切割出钢绞线、螺纹钢穿越孔洞。孔洞位置采用坐标换算相对关系，在拱脚上逐个用尺量、墨线或粉笔标识。核查位置无误后，再准确切割椭圆型孔洞，孔洞不能过大，以免影响拱脚预埋段承力。 3.4、系梁预应力张拉

设计系梁预应力钢绞线采用ф15.2mm的低松弛高强度钢绞线，标准强度fpk=1860 MPa,锚外张拉控制应力为0.725fpk，锚下张拉控制应力为1270 MPa，弹性模量Ey=1.95×105 MPa。系梁全断面上布设16束预应力钢绞线，共四层，每层四束，从底层向上按N1到N4依次编号。 系梁混凝土达到90%后，按设计给定张拉顺序进行上下、左右对称张拉。张拉前，先校好两套YCW-250型千斤顶和ZB4/500型油泵，采用两端张拉方式，进行孔道摩阻力试验，测试孔道摩阻力，确定张拉力调整数值，验证应力和伸长量关系。

先张拉N1 、N3 号筋，再张拉N2、N4 号筋，按设计给定次序进行。采用应力和伸长量双控。张拉中，根据设计加载等级由专人进行施工，观测记录油缸油压值和测量伸长量，确定、控制预应力施加程度，按张拉程序进行持荷、锚固并及时按规定标准做好锚头切除、封锚、压浆工作。

4、系梁施工过程中的得失

在本桥系梁施工中，做得较好的工作一是方案制定研究与确定，将系梁顶推方案变为满樘支架和工字钢门洞现浇方案，节约了成本和时间，简化了施工工序，降低了施工难度。二是拱脚定位技术，在钢管拱肋拱座与系梁对位过程中，创造性地制定了角钢支架固定拱座方法，解决了拱座空间准确定位这一最主要的难题。变高空作业为地面作业，确保了定位精度，确保了施工作业安全。三是系梁的拱度控制，在没有时间进行支架预压的情况下，通过强化地基处理的密实度、强化支架安装的紧密度及通过采用在浇注过程中指定专人测量沉降，携带工具及时敲紧木楔、拧紧微调杆，对称均匀浇注等措施，较好地控制了系梁的预拱度。四是在系梁与各构件相互组合多，管系、筋系、预埋件互相干扰碰撞的情况下，分清主次，区别对待，较好的解决了相互间碰撞干扰的问题。

在系梁施工中有待以后改进的不足方面，一是系梁横梁接头钢筋的处理问题。施工中考虑湿接头钢筋过密（1080个/片系梁），施工中对系梁湿接头钢筋采用窝弯紧贴钢模内侧，浇注系梁混凝土后再凿出校直的方法。实践证明该方法凿除难度大，二次校直造会成钢筋损伤，因

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此建议在今后施工中湿接头部分模板采用木模，在木模上预留钢筋孔洞，钢筋不需折弯能很好地保证施工质量。二是在个别预留孔、预埋件的精确定位方面需进一步加强。