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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。对应吊杆处设置内横梁，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

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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

1875KN1550KN700KN-700KN-1550KN-1875KN剪力图-7650KN-m-7650KN-m1960KN-m1960KN-m6413KN-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。

①施工期材料租金为：

管桩：120T×200元/T月×10.5月=25.2万元； 贝雷：考虑加强弦杆等配件租金，按每片75元/月计 800片×75元/片月×10.5月=63万元； 型钢：60T×200元/T月×10.5月=12.6万元； ②支架搭设：

打拔钢管桩： 120根×1600元/根=19.2万元； 贝雷搭拆 ： 800 片×200元/片=16万元； ③支架预压

系杆层、拱肋及施工荷载约2000T，预压材料费、人工费、机械费按100元/T计，需20万元；

④安装浮吊使用费 15万元； 计171万元。 第二种方案

因该方案考虑到施工期间利用拱肋及吊杆承载部分系杆层的荷载，故只需要支架管桩80根约80T，贝雷400片，型钢30T。

①施工期材料租金为：

管桩：80×200元/T月×4月=6.4万元。

贝雷：考虑加强弦杆等配件租金，按每片75元/月计 400片×75元/片月×4月=12万元 型钢：30T×200元/T月×4月=2.4万元 ②支架搭设：

打拔钢管桩： 80根×1600元/根=12.8万元 贝雷搭拆 ： 400 片×200元/片=8万元 ③安装浮吊使用费 27万元 计68.6万元。 两种方案对比表

序号 1 2 3 4 5 6 对比项目 工况条件 工期 质量 安全 通航保证 经济 第一种方案 （系杆现浇） 要求高：要两侧有交通条件并能提供混凝土、要完全断航 成桥9个半月 有较大的质量隐患 施工期长，安全隐患大 不能通航 施工成本高，支架及吊装浮吊需171万元 第二种方案 （少支架预制安装） 要求低：要一侧有交通条件并能提供混凝土、间歇断航 成桥4个半月 质量有保证 施工期短，安全隐患小 可以通航，只需间歇性断航 施工成本低，支架及吊装浮吊需68.6万元 六、结束语

邵伯三线船闸进闸桥梁工程第二联系杆拱桥采用少支架预制安装的设计及施工方案，于2010年4月份开始搭设支架，至2010年8月份完成系杆拱桥的施工。在质量、进度、安全、经济效益及通航保证等各个方面都取得了比较好的结果。对于工期要求紧的城区系杆拱桥而言，少支架预制安装的方案应是系杆拱桥施工的首选。

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