鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋梁施工方法研究

龍祖蘊(yùn) LONG Zu-yun

（中交一公局第二工程有限公司，蘇州 215000）

0 引言

隨著我國橋梁事業(yè)的發(fā)展，系桿拱橋以其獨(dú)特的優(yōu)勢受到了更多的關(guān)注和重視，系桿拱橋是一種特殊的拱橋，設(shè)計(jì)師結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)對于傳統(tǒng)的拱橋進(jìn)行改造，增加了專門的超靜定結(jié)構(gòu)，系桿拱橋內(nèi)部有梁和拱的雙向支撐，橋梁投入使用后所承擔(dān)的負(fù)荷也被梁和拱共同承擔(dān)。本文以渦陽縣義門渦河大橋新建工程為例，探討和總結(jié)鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋梁施工方法，以便于更好的理解鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋梁的具體的施工步驟以及施工要點(diǎn)和建議。

1 橋梁總設(shè)計(jì)

渦河大橋起訖樁號為：K2+847-K3+153，橋梁全長306m，跨徑布置為：3（橋臺(tái)）+3×30+120+3×30+3（橋臺(tái)）m，主橋采用單跨120m 下承式鋼箱系桿拱橋結(jié)構(gòu)，南北引橋岸采用預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)，渦河大橋橋型結(jié)構(gòu)效果如圖1 所示。主橋?yàn)榱汗敖M合體系橋梁，其中兩片鋼箱主縱梁（剛性系桿）與橋面系進(jìn)行連接形成主梁，兩片鋼箱拱肋通過梁拱結(jié)合段與主梁連接，跨中段設(shè)拱上錨固結(jié)構(gòu)、吊桿索體、梁上錨固結(jié)構(gòu)連接主梁與拱肋，拱肋橫向設(shè)風(fēng)撐進(jìn)行連接保證橫向穩(wěn)定性，拱肋不設(shè)內(nèi)傾角。

圖1 渦河大橋橋型效果圖

2 鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋施工工藝

2.1 施工階段劃分

根據(jù)本橋梁工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、通航條件、橋位處地形地質(zhì)條件，渦河大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用全支架原位拼裝的施工工藝，全橋拼裝支架立面布置圖如圖2 所示。

圖2 全橋拼裝支架立面布置圖

①其中鋼主梁各吊裝節(jié)段通過打設(shè)水中格構(gòu)支架采用50t 浮吊進(jìn)行吊裝安裝，施工時(shí)采用振動(dòng)沉樁法在設(shè)計(jì)樁位插打鋼管樁，并完成鋼管樁之間的連接系及樁頂縱橫梁后，按照先邊跨后中跨的順序依次吊裝鋼梁節(jié)段，并完成節(jié)段間的工地連接，最后在中跨33m 的節(jié)段處合攏，完成全橋鋼梁安裝。

②拱肋節(jié)段及風(fēng)撐節(jié)段通過安裝梁上支架采用150t浮吊進(jìn)行吊裝安裝，施工前，先按照先邊跨后中跨的順序分節(jié)吊裝拱肋支架，并依次完成相鄰拱肋支架的同側(cè)柱間支撐，最后吊裝③#、⑥#拱肋支架之間的異側(cè)柱間支撐，完成梁上支架的整體安裝；隨后按照先邊跨后中跨的順序吊裝各拱肋及風(fēng)撐節(jié)段，最后完成合攏段安裝。

③鋼主梁、拱肋及風(fēng)撐節(jié)段合攏之后，拆除梁上支架后進(jìn)行吊桿的安裝及初張拉，待橋面二期荷載施工完成后進(jìn)行二次張拉，最終全橋索力調(diào)整根據(jù)實(shí)際受力狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)按照監(jiān)控單位意見進(jìn)行。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋節(jié)段劃分

構(gòu)件分段分節(jié)的合理性，直接影響工程整體安全質(zhì)量和進(jìn)度，直接影響加工制作及現(xiàn)場施工，在鋼結(jié)構(gòu)工程中起著至關(guān)重要的作用，綜合考慮多方面因素，鋼梁節(jié)段劃分原則主要考慮以下內(nèi)容：

①構(gòu)件的運(yùn)輸尺寸及質(zhì)量，合理分段確保運(yùn)輸合理化；

構(gòu)件的最大運(yùn)輸尺寸及重量按照滿足陸/水運(yùn)的運(yùn)輸條件進(jìn)行節(jié)段劃分，確保運(yùn)輸方案合理可行。

②構(gòu)件分段分節(jié)應(yīng)在構(gòu)件受力較弱區(qū)域，避開高應(yīng)力區(qū)；

除拱梁結(jié)合段外，其余節(jié)段均在原設(shè)計(jì)分段的基礎(chǔ)上進(jìn)行分段，避開拱上、梁上錨固區(qū)、橫隔板等應(yīng)力集中部位。

③構(gòu)件分段確保加工制造合理化。

④盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，減少現(xiàn)場焊接工作量。

⑤構(gòu)件穩(wěn)定性安全性，便于現(xiàn)場安裝。

⑥便于焊接操作，避免仰焊位置施焊；避免焊縫密集與雙向或三向相交。

⑦鋼梁橫向分段線應(yīng)避開車輪輪跡線。

渦陽縣義門渦河大橋主橋主要有橋面板、拱肋等部分組成，其中橋面板的縱向劃分如圖3 所示，橋面板的橫向劃分如圖4 所示，拱肋的劃分如圖5 所示。

圖3 橋面板的縱向劃分方案

圖4 橋面板的橫向劃分方案

圖5 拱肋劃分方案

3 系桿拱橋施工要點(diǎn)

在鋼梁橋全過程施工中，為確鋼橋整體穩(wěn)定性和精度，鋼梁橋的加工制作是關(guān)鍵，同時(shí)受到溫度、風(fēng)荷載、重力及臨時(shí)荷載、焊接質(zhì)量以及測量放樣等因素影響，并隨時(shí)做好觀測記錄確保后期合龍順利進(jìn)行。其中溫度是影響順橋向位移的主要因素，風(fēng)力是影響橫橋向的主要因素。

3.1 鋼橋制作精度控制

鋼梁的制作是影響橋梁整體精度的關(guān)鍵的因素之一，因此在加工過程中對隔板、腹板、橫梁、橫肋等構(gòu)件的截面尺寸及拼接位置應(yīng)嚴(yán)格控制。鋼梁制作采取分段下料，整體拼裝的方法制作，鋼梁主體拼裝前，在抄平的胎架上放樣，確保胎架頂高程與鋼梁底高程一致。整體放樣完成后對放樣結(jié)果復(fù)核，確保各點(diǎn)滿足設(shè)計(jì)要求并在拼裝好的梁板頂面做好標(biāo)記，為確保其現(xiàn)場安裝精度宜采用精度高的自動(dòng)化設(shè)備切割。

3.2 施工測量放樣精度控制

測量誤差按其特性分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。想要減小誤差，可以選用精密的測量儀器，多次測量取平均值。

放樣前對控制點(diǎn)校核確保其精度滿足規(guī)范要求，其次對測量儀器不定期檢查（棱鏡桿氣泡和儀器水平氣泡是否有問題）。施工中大棱鏡和小棱鏡切換使用時(shí)首先要校核其視距是否存在誤差（校核方法：第一步：找一塊地勢平坦且遠(yuǎn)離大型施工設(shè)備的場地；第二步：用鋼卷尺在地面上量取一段20m 左右的直線為確保其準(zhǔn)確性可以選用至少兩把不同的鋼卷尺校核；第三步：將儀器和棱鏡架設(shè)在線的兩端測設(shè)其視距，如有誤差調(diào)整儀器里的棱鏡參數(shù)，使其大小棱鏡視距一致即可）。

施工中測量儀器長時(shí)間架設(shè)時(shí)要多校核后視點(diǎn)確保其精度。

測量放樣應(yīng)避開高溫時(shí)段觀測，炎熱天氣容易產(chǎn)生氣熱浪，觀測者在觀測時(shí)儀器的十字絲無法固定會(huì)產(chǎn)生上下漂浮現(xiàn)象，對觀測結(jié)果有一定的影響。

3.3 支架變形監(jiān)測

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)以及主橋上部結(jié)構(gòu)安裝專項(xiàng)施工方案等文件，主橋上部結(jié)構(gòu)采用全支架原位拼裝的施工工藝。水中支架作為落梁支點(diǎn)，以便完成鋼主梁的吊裝及合攏，梁上支架作為拱肋及風(fēng)撐支點(diǎn)，完成拱肋及風(fēng)撐的吊裝及合攏。

支架變形的監(jiān)測，是在支架預(yù)壓分級加載過程中，對支架的高程以及空間位移進(jìn)行監(jiān)測，并在施工過程中定期監(jiān)測支架的變形，及時(shí)與施工單位溝通，確保支架在拆除前滿足主橋上部結(jié)構(gòu)施工要求。

3.4 溫度作用

溫度作用是橋梁結(jié)構(gòu)在考慮氣溫變化、太陽輻射及使用熱源等因素，作用在構(gòu)件上的溫度變化。鋼橋結(jié)構(gòu)溫度產(chǎn)生變化時(shí)，每一部分構(gòu)件都將因溫度的升高或降低而發(fā)生收縮或膨脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形?？紤]到在施工中對所有構(gòu)件實(shí)施溫度監(jiān)測工作量大且成本高，所以在監(jiān)測時(shí)選擇關(guān)鍵的位置布置觀測點(diǎn)。施工中應(yīng)避開高溫時(shí)段選擇早晨或下午，連續(xù)架設(shè)時(shí)要分析其觀測數(shù)據(jù)確保下一階段構(gòu)件的預(yù)留量。因此在施工中選擇合理的施工環(huán)境和方法減少溫度對鋼橋施工影響。

3.5 風(fēng)荷載作用

風(fēng)荷載也稱風(fēng)的動(dòng)壓力，是空氣流動(dòng)對工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的壓力。與基本的風(fēng)壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，以及建筑體型等因素有關(guān)。在拼裝過程中加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)水平軸線跟蹤測量，每向前推進(jìn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)即要對上一節(jié)點(diǎn)軸線復(fù)測并與設(shè)計(jì)軸線值進(jìn)行比較，做到施工中及時(shí)糾偏改正。

3.6 重力影響

鋼梁橋由于自身的特性因此在實(shí)際施工中其跨度大。大跨徑拱橋是屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)是逐節(jié)段、長期施工形成的，受自身的重力和其它荷載的影響對橋梁整體的拱度具有一定影響因素。因此施工過程中要不定時(shí)對橋梁拱度觀測并做好觀測記錄。施工過程中，通過施工監(jiān)控可以對施工狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別、調(diào)整和糾偏、預(yù)測，使整個(gè)施工過程均處于有效的控制之中。

3.7 焊接質(zhì)量控制

為防止焊接變形對軸線和拱度的影響，確保焊接質(zhì)量，應(yīng)采取相應(yīng)的焊接措施。

①焊接前需要將坡口表面及其周圍的鐵銹、油污、水、油漆及其它雜物仔細(xì)清除干凈。

②清理后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焊接。在潮濕的環(huán)境下施焊應(yīng)將坡口出烘干再進(jìn)行焊接。

③采用合理的焊接順序可以減少焊接變形。如對稱焊接。

④焊縫間隙的大小對焊縫橫向收縮有一定影響，焊縫大其橫向收縮也大。因此在鋼梁制作和施工拼裝過程中應(yīng)嚴(yán)格控制。對于收縮量大的焊縫應(yīng)先焊接。

⑤焊縫的布置，若構(gòu)件截面分布不對稱，則會(huì)引起該構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生的彎曲變形，因此鋼梁在設(shè)計(jì)加工階段應(yīng)考慮相關(guān)因素。

⑥在焊接工藝上，采取小電流、多道多層焊接，且嚴(yán)格控制焊道層間溫度，層溫控制在200 度以下。多道焊接應(yīng)連續(xù)施焊，其中每一層焊道焊完后應(yīng)及時(shí)清理，如發(fā)現(xiàn)有影響焊接質(zhì)量的缺陷，必須清除后再焊。

⑦長焊縫可采用分中逐步退焊法或間跳焊接。

⑧焊接反變形：焊接前應(yīng)事先考慮焊接后會(huì)發(fā)生何種變形，因此在實(shí)際施工中要預(yù)留變形余量。

4 橋梁上部結(jié)構(gòu)系桿拱橋吊桿施工

4.1 張拉力的設(shè)計(jì)

①根據(jù)設(shè)計(jì)文件，吊桿索力分批分級張拉，張拉時(shí)要求吊桿順橋向關(guān)于跨中對稱同步張拉，橫橋向關(guān)于道路設(shè)計(jì)中心線對稱同步張拉；

②鋼絞線在下端張拉，拉索張拉調(diào)節(jié)完成后，施工方應(yīng)將緊定螺釘打緊；

③二次張拉索力對應(yīng)考慮橋面二期荷載后成橋階段吊桿張拉索力；二次調(diào)索應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際受力狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)，依據(jù)監(jiān)控意見進(jìn)行調(diào)索；

④吊桿張拉應(yīng)結(jié)合施工監(jiān)控指令，按照對稱張拉施工。

4.2 張拉力的施加

①張拉程序。

0MPa→分級加壓至20%張拉力（用加力扳手旋緊連接調(diào)節(jié)桿，測量連接調(diào)節(jié)桿外露長度卸壓）→分級加壓至設(shè)計(jì)張拉力卸壓錨固再測量連接調(diào)節(jié)桿外露長度，梁下支架拆除后及恒載加載完成等待監(jiān)控指令調(diào)整進(jìn)行索力。

②注意事項(xiàng)。

整體張拉機(jī)具安裝完成后，分循環(huán)且分級同步控制施加張拉力至設(shè)計(jì)張拉力，分級同步控制通過按以上規(guī)定控制分級油壓實(shí)現(xiàn)，其張拉程序和在張拉過程中應(yīng)注意：

1）在油壓較低時(shí)，由于索體受力較小，上端即固定端錨固螺母還處于松弛即預(yù)緊狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)派專人在固定端檢查球形墊板和球形螺母的對中，直至螺母受力不移位為止。

2）為保持同步張拉的實(shí)現(xiàn)，張拉時(shí)應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行指揮，各同步點(diǎn)每張拉至每一分級油壓時(shí)應(yīng)停機(jī)保壓，待各點(diǎn)均到達(dá)并確認(rèn)后再進(jìn)行下一分級的張拉。按此控制一直張拉至該循環(huán)的設(shè)計(jì)油壓值。

3）在張拉過程中，連接調(diào)節(jié)桿應(yīng)同步旋合，在每個(gè)循環(huán)張拉至設(shè)計(jì)張拉力后，應(yīng)旋緊連接調(diào)節(jié)桿，以減少錨固力的損失。

③索力調(diào)整。調(diào)索應(yīng)遵循的原則為：調(diào)整后索力達(dá)到成橋索力噸位。調(diào)索按預(yù)定級次的相應(yīng)張拉力，通過電動(dòng)油泵進(jìn)油或回油逐級調(diào)整索力。如果是降低索力，則先進(jìn)油拉動(dòng)吊桿索，使錨固螺母能夠松動(dòng)，在旋開螺母后可回油使吊桿索索力降低。

5 結(jié)束語

鋼梁一般作為結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，其安裝精度直接影響到相關(guān)構(gòu)件的安裝質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)。通過制定針對性的工藝技術(shù)措施，可以有效減小安裝偏差，達(dá)到預(yù)控的目的，能有效保證鋼梁的整體安裝精度和安裝質(zhì)量，有利于結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)分析保持一致。