對(duì)鋼管混凝土系桿拱橋拱肋施工控制的分析

吳瑩

（安徽省馬鞍山市公路局和縣分局，安徽 馬鞍山 238200）

1 作用

鋼管混凝土是將混凝土填充到鋼管內(nèi)形成的一種組合結(jié)構(gòu)，它使兩種材料充分發(fā)揮了各自的特長(zhǎng)，具有強(qiáng)度高、塑性和韌性好、耐疲勞、搞沖擊等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于在施工中鋼管既可作為勁性骨架，又可作為混凝土模板，因而施工非常方便、快捷，降低了工程造價(jià)，縮短了工期。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土拱橋被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路橋梁的建設(shè)中。錢江四橋位于杭州市錢塘江上，是連接杭州市市區(qū)與濱江新區(qū)的一條重要的城市通道。其設(shè)計(jì)為雙層橋面，主橋上部采用了兩種拱橋的結(jié)構(gòu)形式,即計(jì)算跨徑為85m的下承式系桿拱橋和上承式拱橋相結(jié)合的組合形式，以及計(jì)算跨徑為190m的下承式系桿拱橋和中承式拱橋相結(jié)合的組合形式。由于本橋跨度大，鋼管加工分段多，鋼管長(zhǎng)途運(yùn)輸，易變形，加之采用纜索吊懸拼吊裝方案，因此在施工中，如何保證拱肋（拱軸線）的施工精度是本橋受力及穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。

2 影響拱肋線形的主要因素

拱肋的施工精度控制貫穿于本橋上部施工的全過(guò)程，分析其施工的整個(gè)過(guò)程，拱肋線主要受加工精度、安裝方法、溫度、風(fēng)荷載等因素的影響，因此，拱肋的施工控制過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜和系統(tǒng)的過(guò)程，也是鋼管混凝土拱橋上部施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 拱肋的線形控制

拱肋加工前，設(shè)計(jì)、施工和加工廠三方應(yīng)首先確定拱肋施工的預(yù)拱度值，并確定拱軸線設(shè)置預(yù)拱度值后的空間坐標(biāo)及線形計(jì)算公式，以便控制成橋后的拱軸線滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1 拱肋的加工控制

在拱肋的的加工過(guò)程中，桿件的溫度變形、焊接的收縮、劃線的粗細(xì)等均將導(dǎo)致加工的誤差，因此，本橋鋼管拱肋加工選擇在工廠進(jìn)行，并且在開(kāi)工前做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備工作，如設(shè)計(jì)工裝、編制工藝等，對(duì)拱筒的筒體成型，運(yùn)輸單元的組裝、焊接、涂裝等制定詳細(xì)的工藝要求和制作標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于拱肋的加工質(zhì)量，在工藝保證的同時(shí)，對(duì)拱肋的外型尺寸及焊接質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)控制。（1）公差控制拱肋加工過(guò)程中誤差以及測(cè)量誤差均將導(dǎo)致最終加工誤差。因此應(yīng)參閱相關(guān)規(guī)范制定各工序的交驗(yàn)公差。為確?？⒐そ或?yàn)公差，在每工序完工時(shí)，設(shè)計(jì)、施工、工廠三方根據(jù)竣工交驗(yàn)公差及階段實(shí)際情況共同擬定過(guò)程公差控制數(shù)據(jù)及方法以控制拱肋的外型尺寸。（2）焊接控制拱肋由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般采用自動(dòng)、手工電弧焊接相結(jié)合，焊縫等級(jí)高，焊接工作量大。因此，應(yīng)成立專職的焊接工藝組，制定嚴(yán)格的焊接工藝，焊接完成后，應(yīng)按要求進(jìn)行探傷檢測(cè)。

3.2 拱肋的預(yù)拼裝控制

為檢驗(yàn)拱段加工尺寸是否符合成橋拱軸精度要求，保證在現(xiàn)場(chǎng)的順利拼裝，在廠內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所有拱肋加工單元應(yīng)進(jìn)行1：1的預(yù)拼，如果場(chǎng)地不容許，也可進(jìn)行1/2拱肋的分段預(yù)拼，通過(guò)預(yù)拼對(duì)不合適的部位進(jìn)行修整，然后安裝定位銷、臨時(shí)連接座和卡具，并對(duì)符合要求的拱段進(jìn)行編號(hào)。（1）設(shè)置預(yù)拼平臺(tái)。根據(jù)拱肋的預(yù)拼長(zhǎng)度設(shè)置混凝土預(yù)拼平臺(tái)，平臺(tái)澆筑時(shí)安裝預(yù)埋件，用以安裝支承胎架，每個(gè)運(yùn)輸單元用兩個(gè)胎架，并在平臺(tái)上設(shè)置控制坐標(biāo)點(diǎn)。（2）拱肋預(yù)拼裝。在平臺(tái)的胎架上，對(duì)拱肋進(jìn)行預(yù)拼裝，接口調(diào)整好后安裝卡具固定，同時(shí)在拱肋管內(nèi)組焊臨時(shí)連接座和定位插銷。對(duì)預(yù)拼好后的拱肋進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)，特別是各接口處上、下緣線的坐標(biāo)值符合工藝設(shè)計(jì)值，對(duì)不符合者，應(yīng)進(jìn)行校正。（3）確定拱肋吊桿孔位。根據(jù)預(yù)拼拱肋的實(shí)測(cè)值，并考慮焊接收縮、溫

3.3拱肋的安裝控制

3.3.1 拱腳的安裝控制

拱腳是拱肋線形控制的基礎(chǔ)，拱腳的施工應(yīng)注意其幾何尺寸位置及拱肋鋼管的軸線尺寸、縱向仰角、橫向垂直度，以確保拱肋安肋安裝的精度。另外，由于拱腳是與系桿梁、端橫梁部分的混凝土一起施工，因此，在澆筑混凝土前，應(yīng)將拱腳處拱肋鋼管進(jìn)行臨時(shí)固接，以防在混凝土施工中移位。在澆筑混凝土?xí)r，由于該處勁性骨架、鋼筋以及預(yù)應(yīng)力束密集，因此應(yīng)制定詳細(xì)的澆筑工藝，確保該處的混凝土質(zhì)量。

3.3.2 拱肋的軸線控制

拱肋的安裝采用無(wú)支架方法施工。在施工中應(yīng)制定具體的控制措施。特別是對(duì)測(cè)量定位、焊接等方面進(jìn)行控制。（1）根據(jù)橋位地形情況設(shè)置貫通的軸線控制點(diǎn)或布置一導(dǎo)線控制網(wǎng)，在拱肋安裝的全過(guò)程進(jìn)行軸線測(cè)量、監(jiān)控。（2）拼裝前，應(yīng)根據(jù)拱肋懸時(shí)各工況扣索的受力及變形，進(jìn)行拱肋控制點(diǎn)的預(yù)拱度設(shè)置。（3）測(cè)量時(shí)，應(yīng)重視溫差而引起的桿件長(zhǎng)度變形和側(cè)向變形，應(yīng)盡量選擇日出前或日落后溫差最小時(shí)，或?qū)袄哌M(jìn)行灑水降溫后，對(duì)其測(cè)量。（4）拱肋安裝時(shí)宜設(shè)置豎向及橫向微調(diào)裝置進(jìn)行精確對(duì)位，對(duì)位后應(yīng)及時(shí)通過(guò)定位銷和臨時(shí)連接裝置進(jìn)行連接，然后施焊。（5）焊接時(shí)，應(yīng)選擇合理的焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接產(chǎn)生的側(cè)向變形。（6）在拱肋拼裝過(guò)程中，應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響，已安裝的拱肋宜及時(shí)拉設(shè)纜風(fēng)繩，防止拱肋的失穩(wěn)，也防止風(fēng)載對(duì)其軸線精度的影響。

3.3.3 拱肋的合龍控制

合龍段的施工是拱肋拼裝的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。也是拱肋線形控制的重點(diǎn)，因此應(yīng)根據(jù)本橋施工特點(diǎn)制定相應(yīng)的合龍方案，在施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）主拱合龍段的加工長(zhǎng)度，應(yīng)留有適當(dāng)預(yù)留切割量，以防在拼裝過(guò)程中，由于焊接收縮而引起的長(zhǎng)度變化。（2）合龍時(shí)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要的合龍溫度進(jìn)行合龍，以防產(chǎn)生溫度應(yīng)力。（3）應(yīng)采用抱箍或套管對(duì)合龍段拱肋進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

3.3.4 系梁（系桿）張拉控制

系梁（系桿）施工完成后，在每次張拉前（按加載過(guò)程共分六次張拉），均應(yīng)對(duì)拱軸線進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證成橋后的拱軸線精度。

4、拱肋的施工監(jiān)控

4.1 施工監(jiān)測(cè)

在無(wú)支架拼裝拱肋過(guò)程中，拱肋和施工設(shè)施（如扣索）等共同受力并且施工中難以控制，因此在進(jìn)行軸線及標(biāo)高跟蹤檢測(cè)的同時(shí)，宜對(duì)拱肋及臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，為施工控制及時(shí)提供可靠的數(shù)據(jù)，并確保施工安全。

另外，拱肋合龍后，在體系轉(zhuǎn)換以及逐步加載過(guò)程中，對(duì)拱肋受力及變形須進(jìn)行全面控制。

對(duì)拱肋的施工監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為：溫度監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、位移（撓度、軸線）監(jiān)測(cè)等。（1）對(duì)各主拱肋拱腳進(jìn)行變位監(jiān)測(cè)，以確定拱座基礎(chǔ)是否有位移。（2）以各主拱肋控制截面（L/8，L/4，L/2）及勁性骨架接頭進(jìn)行線形和位移監(jiān)測(cè)，以便掌握拱肋的真實(shí)位移情況。（3）對(duì)主拱肋拱腳，L/8，L/4，3L/8、拱頂截面的鋼管以及施工受力設(shè)施（如扣索）的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。（4）對(duì)主拱肋鋼管、管內(nèi)混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，以獲得與線形及位移相對(duì)應(yīng)的大氣溫度，以及主控肋箱體溫，為控制的理論分析提供可靠的溫度值。

4.2 施工控制

控制的實(shí)施通常是根據(jù)實(shí)測(cè)控制變量的值與理論分析得出的各施工階段理想目標(biāo)值的差異，采用一定的方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。與橋梁的施工監(jiān)控相比，鋼管拱橋施工監(jiān)控中的預(yù)報(bào)次要得多，因?yàn)樗淮嬖诳刂屏⒛?biāo)高的問(wèn)題，所起的作用主要是校核實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的吻合程度，通過(guò)對(duì)造成實(shí)測(cè)值與理想目標(biāo)的差異的原因分析，采用合理的調(diào)整方案，使最終目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

5 拱肋的施工精度要求

目前，由于還無(wú)鋼管拱橋的施工規(guī)范，拱肋的施工精度一般都按設(shè)計(jì)文件的要求或參照公路橋涵設(shè)計(jì)和施工規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范、《鐵路鋼橋制造規(guī)則》及《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》等之規(guī)定進(jìn)行精度控制。

結(jié)語(yǔ)

鋼管混凝土拱橋是一種受力合理的橋梁，但也是一種施工精度要求很高的結(jié)構(gòu)。如何對(duì)拱肋施工過(guò)程的每一步進(jìn)行控制，確保拱肋的線形，是本橋上部結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵和難點(diǎn)，也是保證鋼管拱橋受力安全的先決條件，因此，需要我們?cè)谑┕み^(guò)程中給予高度重視。

[1]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》人民建設(shè)出版社

[2]《公路施工手冊(cè)（橋涵）上冊(cè)》人民交通出版社

[3]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041-2000.