下承式鋼管混凝土系桿拱橋拱肋施工風險研究

吉小軍

安徽省交通建設工程質量監督局（230051）

0 引言

下承式鋼管混凝土系桿拱為超靜定結構，橋梁上部、下部以及基礎甚至地基連成一體,結構的超靜定次數較多，受力復雜[1]。由于其系桿剛度與拱梁組合體系的系桿梁剛度相比小很多，特別對于大跨徑橋梁，系桿拉力增量將產生很大的變形，而拱肋、系桿和墩柱固結在一起,根據位移變形協調條件，拱的水平推力的增量主要由橋墩和拱肋自身承受，因而考慮系桿變形后它是有推力的結構。正是由于下承式鋼管混凝土系桿系桿拱的結構特點，加上拱肋在施工中的難點較大,因此需要加強施工的質量控制。

1 拱橋拱肋施工方案

拱橋方案拱肋采用纜索吊裝施工，根據纜索吊機的吊裝能力，將拱肋分段預制，由纜索吊機先將兩拱腳段吊裝就位，并用扣索將其固定，再依次吊裝其余各段并與先吊段對接，直至吊裝完畢[2]。在整個懸拼過程中，扣索索力不宜經常調整，因此每段拱肋吊裝施工前，都應對吊點標高的預抬高值、扣索的索力有一個準確的估算。采用纜索吊裝法施工時，由于拱肋分段數多、單件吊裝階段體積大、結構復雜，容易造成施工過程中拱的實際線形與理想線形發生偏離。對于采用纜索吊裝-斜拉扣掛施工的大跨度拱橋，其施工控制的關鍵技術為扣索索力的確定以及拱段和橫梁定位標高的確定。特別是當扣、背索采用鋼絞線施工時，客觀上要求扣、背索應盡量減少張拉次數，標高也不允許反復調整，否則很容易產生鋼絲松弛導致索力損失，甚至滑脫而造成質量事故。

一般情況下由于受施工地理位置的限制，將吊裝吊塔安置于扣塔頂部,吊裝吊塔與扣塔之間鉸接，以最大限度減少對扣錨系統的干擾，纜索吊裝系統設計時將吊裝主索系統分為兩組,可以方便地組合。吊裝階段為受力最不利階段[3]，拱肋吊裝和懸拼施工難點有以下幾個方面∶

1）拱肋最大節段重量大，其吊裝難度大，如何擬定合理的吊裝工況，纜索吊裝體系如何設計，有許多問題需要研究解決。

2）拱肋懸臂長度較大，吊裝過程中的穩定性風險較大。隨著跨度的增大穩定安全系數會降低，而且設置風纜往往也非常難，如何采用相關的措施非常關鍵。同時，如何加快施工進度，盡快合龍，從而減小施工期間風險。

3）工程地形較復雜，場地狹窄，纜索吊裝體系和扣掛體系相互關聯，空間關系復雜，扣掛體系風險也不能忽視。

4）在吊裝過程中，吊扣塔的穩定性至關重要。

5）拱肋高程控制難度大，受到不對稱安裝和扣索張拉的影響，先前安裝的拱肋節段會影響到后續節段的高程，因此要嚴格控制。

6）扣索張拉是施工過程的關鍵步驟之一。扣索張拉長度直接影響拱肋的線型和結構內力。

7）錨索平衡墩頂錨梁的扣索水平力，在整個懸拼過程中，在錨索索力應力不斷發生變化，對扣墩和錨碇影響較大。為保證扣墩的安全，故依據扣墩頂位移量控制各施工階段施加的錨索索力。

8）拱肋段與段的接頭一般采用“先栓后焊，栓焊結合”的原則連接，施工復雜，質量和懸拼精度要求高。而影響懸拼精度因素有很多，如溫度變化、制作誤差、非彈性變形、拱肋固結點的變形等各種因素。

2 拱肋合龍及拆索風險

拱橋方案是一個典型的自架設體系橋梁，從節段安裝到橋梁合龍，是實現體系轉換、完成橋梁施工的重要環節，實踐表明，合理拱肋合龍有助于提高橋梁的線形，改善主拱肋的受力。拱橋方案主拱拱肋合龍段一般采用“散件合攏”,為方便吊裝施工，合龍段制造時均制成單根構件，現場采用逐根安裝就位。整個合龍段較長，合龍桿件較多，不同的合攏順序將使得成拱后的內力和線形不同，控制合龍成拱后內力和合理線形存在困難。

拱肋合龍前一節段安裝完成后、合龍前，拱肋高程和設計軸線易存在誤差，將導致拱肋合龍高差過大,兩側拱肋拼裝精度不能滿足拱軸線要求[4]。拱肋合龍施工受環境作用因素較大，特別是對溫度比較敏感，合龍前，合龍段兩端懸臂受溫度變化的影響，可能產生縱向伸縮使合龍段間距變化，從而導致合龍梁段過程中受到張拉或壓縮的超應力的影響。

合龍段構件的安裝和接頭施焊也比較困難，要求較高。影響拱肋合龍的參數主要有∶自重、施工荷載、約束條件、溫度和制作安裝誤差。拱橋方案拱肋安裝合攏的特點還有以下幾方面∶

1）合攏點多。合攏點要求均能準確對位，空間形狀無誤，施工控制難度很大。

2）合龍段的跨度大，受溫度影響大。受日照的影響，拱肋平面彎曲變形、溫度伸縮量亦大。

3）合攏空間坐標的變化因素多。拱肋長度的偏差，方向的偏差、拱肋中線的偏差，均受日照、溫度、安裝荷載、索力等影響，相互制約，合攏點的位置較難控制。

4）結構體系轉變多。拱肋從開始安裝至主跨跨中合攏前后，均為多次超靜定結構，其間要經過多次結構體系轉換，控制拱肋內力及線型滿足設計要求，十分復雜。

5）合攏精度要求高。大型鋼結構在空中實現多點合龍，對合龍精度要求極高。

3 鋼管混凝土灌注風險

鋼管混凝土拱橋的主拱肋在施工時，首先是要把一節一節的鋼管拱拼裝到位，形成與設計線型相吻合的空鋼管拱肋，然后向主拱肋內灌注混凝土形成鋼管混凝土受力骨架。鋼管混凝土在灌注過程中，主拱肋的剛度和強度是不斷增大的過程，灌注質量的好壞對整個結構的受力和線性有很大的影響。在灌注鋼管拱管內混凝土的過程中，核心混凝土是逐漸硬化的，因此在混凝土的灌注過程以及硬化過程中，會對結構產生重要影響，另外，在鋼管拱管內混凝土的灌注過程中，兩拱腳會產生向外的相對水平位移，會使拱的軸壓力減小，彎矩增大，對于拱的受力是非常不利的，因此，拱腳水平位移的控制是主拱肋混凝土灌注過程中的一個主要內容。

4 總結

詳細介紹了下承式鋼管下承式鋼管混凝土系桿拱拱肋的施工步驟，其中尤其詳細介紹了拱肋合龍及拆索風險以及鋼管混凝土灌注風險，分析了產生這些風險的原因，并為之后解決這些風險打下了堅實的基礎。

[1]薛新枝.鋼管混凝土拱橋的施工控制[J].鐵道建筑,2006(12).

[2]張國云,張益多,鮑麗麗.京滬高鐵跨錫澄運河系桿拱橋拱肋施工技術[J].施工技術,2012(05).

[3]王治均,李年維,沈超明,李三珍.鋼管混凝土剛性系桿拱橋施工監控技術[J].施工技術,2010(10).

[4]項影明.鋼管混凝土系桿拱施工過程的控制[J].鐵道建筑,2010(10).