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铁路工程跨线桥系杆拱施工技术分析

发表时间：2021/6/9 来源：《基层建设》2021年第6期作者：刘厚才

[导读] 摘要：本文以铁路工程跨新西公路桥梁工程为例，建立了“大体系+小体系”管理模式，实现环保、水保设施与主体工程“同时设计、同时施工、同时交付使用”工作方案，应用系杆拱“先梁后拱”施工技术，提高了工程效率，保证了工程质量，可为同类工程施工提供参考和借鉴。

        中铁一局集团第四工程有限公司陕西咸阳 712000
        摘要：本文以铁路工程跨新西公路桥梁工程为例，建立了“大体系+小体系”管理模式，实现环保、水保设施与主体工程“同时设计、同时施工、同时交付使用”工作方案，应用系杆拱“先梁后拱”施工技术，提高了工程效率，保证了工程质量，可为同类工程施工提供参考和借鉴。
        关键词：铁路工程；跨新西公路桥梁；系杆拱施工技术
        1 项目概况
        1.1 区域概况
        地形地貌：跨新西公路中桥中心里程LDK8+218.40，位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗乌审召镇，该工程地处毛乌素沙漠腹地[1]，以流动沙丘及半固定沙丘为主，局部分布固定沙丘、小型海子湖泊及古海子形成的洼地。
        工程地质：桥址范围内地层为第四系全新统风积层（Qeol4）细砂，白垩系下统环河华池组（K1hc）砂岩，桥址无不良地质。
        水文情况：地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，勘测期间地下水埋深5.9～7.2m（高程1332.65m～1333.25m），地下水主要由大气降水补给，主要排泄方式为蒸发，水位季节变化幅度大[2]。
        地震及最大冻结深度情况：地震动峰值加速度0.05g，动反应谱特征周期0.4s，地震基本烈度6度，最大冻结深度1.4m。
        1.2工程概况
        跨新西公路中桥（中心里程LDK8+218.40）位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗乌审召镇，上跨乌阿线K87公里处，全桥长102.92m，斜交角度69°09′00″，现有立交为12×5.5m，规划立交要求24×5.5m。桥梁结构类型为1-20m简支T梁+1-48m系杆拱+1-20m简支T梁，单线双柱矩形桥墩，桥台为单线T型桥台，钻孔桩基础，桩径分别为1.25米和1.0米。其中系杆拱梁部总长48m，采用纵横梁体系设计，主纵梁高跨比1：29.06，梁高1.6m，梁宽由跨中到端部位置的变化范围1.4m~2.2m。吊杆采用间距为4m的平行布置吊杆式设计[3]，拱肋拱轴线采用二次抛物线，矢跨比1：6，跨度、拱肋矢高分别为46.5m、7.75m。拱肋横断面采用椭圆形钢管混凝土变截面，钢管截面高度h=1.3m~0.8m，截面宽1.8m~1.3m，由16mm的钢板制作而成，在钢管内设加劲箍，拱管内灌注C50补偿收缩混凝土。
        2 方案提出
        本项目施工过程中，构建了以研发设计、物料管理、施工建设、运维管理为主的系统化生产管理体系，建立了“大体系+小体系”管理模式（总项目采用“大体系管理”、分项目采用“小体系管理”），确定了环保、水保设施与主体工程“同时设计、同时施工、同时交付使用”工作方案，[4]，并按照“高效、精干”原则，成立了项目领导小组，明确了职能部门、人员组成和任务分工，提出应用先梁后拱[5]，梁部采用满堂支架施工，拱肋拼接采用在梁部搭设钢管支架法拼接的技术方案，实现了施工质量指标化控制，加快了工程进度、提升了工程质量。
        3 施工技术
        严格遵循“统筹规划、科学组织，重点先行、分段展开，均衡生产、有序推进”施工原则，以桥梁施工、路基填筑为工期控制主线，合理组织，均衡生产。坚持“一切经过试验、一切用数据说话”原则，优选施工参数，优化资源配置。工艺过程严格落实班组长自检、技术员复检和质量员专检的“三检”制度，坚持未进行技术交底不施工、图纸及技术要求不清楚不施工、测量控制资料未经换手复测不施工、上道工序未进行“三检”不施工的“四不施工”以及无记录不交接、技术人员未验收签字不交接、施工记录不全不交接的“三不交接”制度。系杆拱梁施工技术和系杆拱施工技术是跨新西公路中桥的核心技术，简要分析如下：
        3.1系杆拱梁施工技术[6]
        为确保施工安全，保证施工进度和工程质量。经方案比选，采用先梁后拱法施工，梁部施工采用满堂支架法整体现浇成型，支架采用盘扣式满堂支架。
        3.1.1 搭设支架。在桥址处采用承插型盘扣式满堂支架的方案，临时护栏设置在支架外侧悬挑出去。盘扣式满堂支架立杆顺桥向间距全桥均为1.20m，水平杆步距1.50m。盘扣式满堂支架体系从上至下为：上纵梁方木规格为150mm×150mm，横向分配梁工字钢规格为工14；承插型盘扣式支架采用A型，规格为Φ60×3.2mm。
        3.1.2 预压试验。本桥拱肋支架体系采用满堂支架为承力结构，结构简单，受力明确，在支架搭设好后，通过简化受力荷载，采用砂袋堆载预压法对全桥支架进行预压试验，预压重量为设计荷载（箱梁自重、内外模板重量及施工荷载之和）的110%。加载时按照设计荷载的60%、80%、110%分三级加载，测出各测点加载前后的高程。预压监测：支架预压时进行竖直和水平位移监测，监测内容包括基础沉降变形、支架竖向位移、支架顶面水平位移、支架纵横梁的挠度。监测点共设置5个截面，梁端、1/4跨度、跨中，每处截面设置5个监测点，分别布设于翼板、腹板、梁中心。本桥无设计预拱度，依据支架的弹性变形值设置梁底预留沉落量。
        3.1.3 拱梁浇筑。将钢筋绑扎、焊接成型，通过人工作业，从梁体两端进行对称穿束。由于拱梁浇筑质量要求高，主梁采用C50混凝土，拱肋中灌注C50自密实补偿收缩混凝土（掺加HCSA膨胀剂，限止膨胀率0.0002，含气量小于2.5%，初凝时间应大于完成浇筑一根钢管所需要时间），封锚采用C50干硬性补偿收缩混凝土。采用泵送混凝土入模，插入式振捣器振捣、连续均匀浇筑的方法对梁部进行一次性浇筑，确保斜向分层厚度不超过30cm，纵向分段长度控制在4～6m。
        3.1.4 应力张拉。预应力钢束使用前先进行张拉、锚固试验，按照先纵再横方式，分阶段一次完成。张拉A节段纵向预应力钢束T0、B0、张拉A节段横向预应力钢束→张拉B节段横向预应力钢束→张拉纵向预应力钢束B1、T1、T2→张拉端横梁预应力D1、D3→张拉纵向预应力钢束B2、T3、B3。钢束张拉按照0→初始张拉力0.1σcon（持荷2min，划标线）→张拉控制力σcon（持荷2min，测量伸长量）→锚固的程序进行控制，主伸长值应控制在正负6%以内（经验值）。

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        3.1.5 孔道压浆。张拉完成后，应在48小时内立即对其管道进行压浆。压浆选用真空辅助压浆工艺，压浆按先纵后横的顺序进行。压浆前用真空泵抽吸预应力孔道空气，使孔道内真空度达到80％以上，真空度控制在-0.06Mpa～0.1Mpa，预应力管道自下而上进行压浆，同一管道应连续压浆，一次完成。压入管道的水泥浆应饱满密实，水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min，管道压浆水泥浆强度不低于M50。压浆的充盈度应达到管道另一端饱满并于排气孔排出与规定流动度相同的浆体为止，关闭出浆口后还应保持0.5Mpa-0.6Mpa且不少于3min的稳压期，灌注结束后进行封锚处理。
        3.2系杆拱施工技术[7]
        该技术采用钢管和型钢组拼成支架、与系梁梁面挡碴墙预埋、钢筋连结并浇注混凝土基础，在支架顶部设置操作平台并在支架顶面安装拱肋调整设施。
        3.2.1 安装支架。拱架采用门式钢管支架，立柱采用4根150×10mm无缝钢管组成的钢管格构（钢管中心距0.8m），格构横向中心距9.1m。在拱肋下部搭设盘扣式支架，支架高度和高程按拱肋下缘坐标准确放出，为加强拱肋支架的稳定性，在支架的外侧采用缆风绳加以固定。支架搭设完成后需要采取1.1倍拱肋重量对支架进行预压，以消除支架非弹性变形。支架搭设质量要求：底层水平框架的纵向直线度应不大于L/200；横杆间水平度应不大于L/400；盘扣支架全高的垂直度应小于L/500；最大允许偏差应小于50mm。
        3.2.2系杆拱肋节段吊装。拱肋分段按照制作方案分为6节，每段拱肋、横撑需焊吊耳，安装后割掉并打磨平整，系杆拱拱肋组装前，对钢管、横撑内表面采用氟碳涂装配套体系，底层为特制环氧富锌底漆，底层防锈漆为2道，每道40μm。中间层为棕红云铁环氧中间漆，防锈漆为2道，每道40μm。面层为氟碳涂料面漆，防锈漆为2道，每道35μm。
        吊装方法：由汽车吊将拱肋节段吊至钢管支架上，通过支架顶安放的20t手动千斤顶，将拱肋节段的水平位置和标高调整到施工设计值后，用码板将该拱肋节段与上一节段临时焊接固定后，方可进行下一节段的安装，下一节段安装后对上一节段拱进行复测，线型合适即可永久焊接。系杆拱各节段的安装应对称进行，最大不平衡安装段不超过1个节段。拱肋焊接完成后，对所有现场焊缝进行超声波探伤。对于探伤不合各的焊缝采用碳弧气刨，将不合格的焊缝刨开，重新进行焊接，焊接后再次进行探伤，确保焊缝合格为止。
        系杆拱拱顶合拢：在吊装合拢节段时，先在前一天的相同温度条件下，测量出合拢口的精确长度，然后对合拢节进行精确切割，并按图纸要求将切割端打磨出坡口，以上工作完成后，在第二天相同温度条件下进行合拢节段的安装。合拢节段按左、右幅分别安装，安装应选择在气温在10℃~20℃之间进行，并应尽快进行。
        3.2.3 顶升浇灌。拱肋混凝土拟采用高压泵送顶升浇灌法，顶升前应将管内杂物清理干净。每次浇筑1根弦管，两侧对称进行，浇筑应从拱脚（设浇筑孔）至拱顶（设排气孔）进行，需要有足够的泵压。泵送过程应在混凝土初凝时间内1次泵送到顶，为防止堵管，泵送混凝土要有合理配比、恰当外加剂外，浇注前先压入清水、润湿管壁，再压入一定量水泥浆作先导，然后连续泵入无收缩混凝土。为防止管内混凝土产生空隙，可在钢管上设置附着振捣器，边浇边振，既可排出空气，又可增强混凝土密度。混凝土浇筑完成后，封闭浇注孔和排气孔，达到一定强度后应进行超声波检测。
        3.2.4 吊杆安装。本桥共设9对吊杆，吊杆间距4m，吊杆垂直梁部布置。吊杆下部主梁顶部2.5m范围内表面设防护钢筒，顶端与吊杆之间缝隙填塞防腐油脂。安装吊杆防护钢筒，并与拱肋、纵梁的预埋钢板焊接。
        3.2.5 冷镦穿束。采用LD20k型液压冷镦机进行冷镦，镦头应园整不歪斜，并取镦头总数3%作抗拉试验，试镦合格后正式镦头，镦头油压取镦头器的额定油压，为保证镦头不歪斜，被镦的钢丝端面应与母材垂直，镦头的偏心度不超过1mm。
        3.2.6吊杆张拉。该工序是成桥的关键，必须严格按设计规定的张拉力和规定顺序，待拱内砼强度达到100%后，安装吊杆，在主梁侧同时进行单端对称张拉两组吊杆（即每次张拉四根，吊杆5为1组共2根）吊杆张拉程序：0→初应力→σi1（持荷载5min锚固），σi1为每根吊杆第一次张拉控制应力，按设计要求取定，张拉以双控制，并注意做好张拉记录，吊杆张拉工序：2，2´→4，4´→3，3´→5→1，1´。
        3.2.7支架拆除。当吊杆张拉完成后，按照全孔多点、对称、缓慢的要求拆除支架，先拆除钢管支架顶的千斤顶、马凳等，使支架与系杆拱分离，不承受系杆拱的载荷，拆除时先将每个钢管立柱的连接型钢拆除掉，然后将单根钢管逐一拆除。最后拆除现浇梁满堂支架，支架必须从跨中对称往两端拆，并对公路路面进行初步恢复，完善相关附属工程，交工验收。
        4 结语
        铁路工程项目中的跨线桥梁施工难度大、工艺复杂度高，系杆拱桥是一种集拱和梁优点于一身的经典桥型，在铁路工程项目施工中得到广泛应用[8]。本文浅析了铁路工程跨新西公路桥梁采用系杆拱施工方案，分析了系杆拱梁和系杆拱等关键施工技术，进一步丰富、拓展了系杆拱先梁后拱施工方法应用范围，可为同类工程提供参考借鉴。
        参考文献：
        [1]李泰君.沙地生态系统生态恢复评价[D].内蒙古大学，2010.
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        [3]金庆利.平行双吊杆钢管拱桥设计与施工[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（11）：253-255+258.
        [4]李艳哲.建设项目安全管理“三同时”与安全评价的分析[J].冶金管理，2019（01）：28.
        [5]乔叶伟.钢管混凝土系杆拱桥先梁后拱施工控制研究[J].科技视界，2020（26）：55-59.
        [6]徐钦佩.大跨度简支拱拱脚快速施工技术[J].建筑机械化，2019，40（05）：22-24.
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        [8]何志华.浅析铁路工程项目特大桥的系杆拱施工技术[J].科技风，2016（10）：171-172.