系杆拱桥施工方案比较与选择

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系杆拱桥施工方案比较与选择

摘要：笔者在下文对先梁后拱式系杆拱桥的三种设计、施工方案的技术可行性、经济性、工期及安全进行了比较，供同行参考。

关键词：系杆拱桥；施工方案；比较；选择

一、工程概况

主桥采用刚性系杆刚性拱肋的钢管砼系杆拱结构，系杆跨径为77.7m，计算跨径为70m矢高为14.801m，矢跨比D≈1/5，采用二次抛物线线型，拱轴线方程为Y=(4fx/L2)(L-x)，其中L＝74.006m，f=14.801m。系杆采用高1.8m，宽1.4m矩形空箱断面，拱肋采用单根φ1100㎜钢管，钢管采用Q345C，壁厚16㎜。风撑为中间一字撑、两侧各一K撑，其中一字撑及K撑横管为φ1100㎜钢管，钢管采用Q345C，壁厚16㎜。K撑撑脚钢管为φ400㎜钢管，钢管采用Q345C，壁厚12㎜。吊杆采用OVMLZM7－37I型成品吊杆，吊杆间距4m，全桥计2×17根吊杆。对应吊杆处设臵内横梁，在横梁之间安装桥面板。

系杆拱桥跨高水河，规划III级航道，标准通航净空为60×7m。设计最高通航水位8.33，河道在南水北调调水期常水位为7.0左右。系杆底高程为15.80。

二、系杆拱桥设计施工顺序（系杆现浇、完成系杆层后安装拱肋）

1）工厂加工钢管，现场预制中横梁，达到强度后，张拉中横梁第一批预应力钢束；

2）搭支架现场分三段浇注系杆及拱肋预埋段、端横梁；

3）浇注系杆两道湿接缝；

4）待系杆和端横梁达到强度后，张拉端横梁预应力钢束，张拉系杆第一批预应力钢束；

5）安装中横梁，张拉横梁第二批预应力钢束；

6）安装行车道板；

7）桥面搭设支架，安装拱肋钢管、风撑钢管；

8）灌注拱肋内混凝土；

9）安装吊杆，拆除拱肋安装支架，张拉吊杆；

10）拆除桥下临时支架;

11)张拉系杆中第二批预应力钢束；

12）施工桥面二期恒载；

13）安装伸缩缝，完成全桥施工。

三、原设计方案现浇支架计算

(一)、荷载

1、行车道板重

130×25/（74×2）=22KN/m

2、中横梁重

0.76×8.5×25×17/（69×2）=20KN/m

3、系杆重

（4×1.4×1.8－3.2×1.2×0.8＋3.2×2×0.1×0.1）25/4=44.2KN/m

4、施工荷载 10KN/m

5、贝雷自重（一节长） ×

（1）贝雷片 5×2.7=13.5KN

（2）加强弦杆 5×2×0.8=8KN

（3）贝雷销 5×4×0.03=0.6KN

（4）支撑架 2×0.21＋2×0.4=1.2KN

（5）弦杆螺栓 10×2×0.0074=0.15KN

（6）支撑架螺栓 24×0.0069=0.17KN

小计23.62KN 合7.87KN/m

吊杆张拉前的支架计算

荷载组合（1＋2＋3＋4＋5）

合计104KN/m，取安全系数K=1.2

q= 125KN/m

（二）、受力分析

1、受力简图

q=125KN/m贝雷支架受力简图

2、内力图

1875KN

1550KN

700KN

-700KN

-1550KN

剪力图-7650KN-m-7650KN-m

1960KN-m1960KN-m

6413KN-m

弯矩图（三）强度校核

最大弯矩 7650KN－m＞1687.5×5×0.8=6750 KN－m

5片贝雷抗弯强度不满足，需6片贝雷才能满足抗弯强度要求。最大剪力 1875KN＞245.2×5×0.8=980.8KN 不满足

考虑贝雷片自重，需采用6排双层贝雷才能满足抗剪要求。搭设双层贝雷支架后，通航孔净空高度只有不到4米，不能满足通航要求。

四、建议方案(少支架预制安装)

由于高水河桥在施工区域的特殊性，北侧40米就是老的进闸桥，老桥通航孔与新桥通航孔并不重合，故采用现浇支架法施工，通航高度、宽度及通航安全很难保证，采取无支架整片吊装的条件又不具备、且线型很难控制。项目部建议采用少支架预制安装施工方案。系杆、

横梁及行车道板全部采取预制安装。

施工顺序如下：

1）工厂加工钢管，现场预制中横梁、系梁中间三大段及拱脚段及端横梁，达到强度后，张拉横梁第一批预应力钢束；

2）搭支安装拱脚段、端横梁、系杆中间三段及1#、2#、5#、6#、12#、13#、16#、17#中横梁；

3）浇注系杆、端横梁及第一批中横梁湿头；

4）待系杆和横梁湿接头混凝土达到强度后，张拉端横梁、第一批中横梁第二批预应力钢束，张拉系杆第一批预应力钢束；

5）桥面搭设支架，安装拱肋钢管、风撑钢管，灌注拱肋内混凝土；

6）拆除桥面支架，按顺序对吊杆进行第一次张拉；

7）拆除桥下临时支架;

8）张拉系杆中第二批预应力钢束；

9）安装剩余中横梁，浇筑湿接头，张拉第二批中横梁第二批预应力；

10）安装行车道板;

11)现浇调平层；

12）现浇护栏和水泥混凝土面层；

13）吊杆第二次张拉，成桥。

五、两种方案比较

1、工况条件的要求

第一种方案：

（1）要求两岸都有交通条件，可以提供混凝土；

（2）整个施工期间要求断航，时间大约为一年。

第二种方案：

（1）一侧有交通条件，可以提供混凝土；

（2）任何可以进行浮吊船操作的河道，不需要整个施工期断航，只需要在浮吊船操作过程中断航，间歇性断航时间约为每天8小时，计15天。

2、工期

考虑预制构件在做基础灌注桩及下部构造时完成。

第一种方案：支架搭设2个月，支架预压1个月，分三段浇筑系杆、拱脚段及端横梁3个月，浇筑系杆二道湿接头、等强及张拉端横梁半个月，安装中横梁、浇筑中横梁湿接头、等强及张拉中横梁第二批预应力钢束半个月，安装行车道板半个月，在桥面搭设支架、安装拱肋风撑及灌注拱肋内混凝土半个月，安装吊杆、拆除桥面支架及张拉吊杆半月，拆除桥下支架2月（占用桥梁施工工期1天，忽略），张拉系杆中第二批预应力钢束、施工桥面二期恒载、安装伸缩缝等1月，至支架完全拆除共需10个半月，成桥需要9个半月。

第二种方案：支架搭设1个月，安装拱脚段、端横梁、系杆中间三段及1#、2#、5#、6#、12#、13#、16#、17#中横梁、浇注系杆、端横梁及第一批中横梁湿头及，张拉端横梁、第一批中横梁第二批预应力钢束，张拉系杆第一批预应力钢束1个月；桥面搭设支架，安装

拱肋钢管、风撑钢管，灌注拱肋内混凝土半个月；安装吊杆、拆除桥面支架，按顺序对吊杆进行第一次张拉半个月；拆除桥下临时支架1个月（占用桥梁施工工期1天，忽略），张拉系杆中第二批预应力钢束、安装剩余中横梁，浇筑湿接头，张拉第二批中横梁第二批预应力半个月，安装行车道板10天，现浇调平层5天，现浇护栏和水泥混凝土面层10天，吊杆第二次张拉5天。成桥需要4个半月，支架使用4个月。

3、质量

第一种方案：（1）因采取支架现浇，存在支架下沉影响线型的问题；（2）因场地条件所限，混凝土只能由高水河东侧接200米泵管输送到仓面，存在堵管等问题，可能导致混凝土浇筑停顿甚至中止等情况发生，会形成施工冷缝等质量问题。

第二种方案：（1）因构件安装时采用砂筒配合千斤顶等工具，可以精确调节构件的轴线及高程，不会影响桥梁的线型；现场只浇筑少量的湿接头混凝土，不存在堵管等隐患，混凝土浇筑质量能够得到保证；

4、安全

水上平台施工，施工周期越长，安全越不能得到保证。故第二种方案更安全。

5、通航保证

第一种方案不能满足5级航道通航净高5米的要求，施工期间需完全断航，断航时间10个半月。

第二种方案只需间歇性断航，时间约为每天8小时，计15天。

6、经济

不考虑水上施工的施工难度的影响，钢筋混凝土的人工费等按两种方案相同计，只对支架及安装浮吊使用费进行比较。

第一种方案：

因该方案没有考虑施工期间利用拱肋及吊杆承载部分系杆层的荷载，所有系杆层（包括系杆、中横梁、行车道板）、拱肋安装支架及拱肋、风撑的所有重量全部由系杆现浇支架来承受，故需要支架管桩120根约120T，贝雷800片，型钢60T。