對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形成的一種組合結構，它使兩種材料充分發揮了各自的特長，具有強度高、塑性和韌性好、耐疲勞、搞沖擊等優點。同時，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，縮短了工期。由于其獨特的優點，鋼管混凝土拱橋被廣泛應用于公路、鐵路橋梁的建設中。錢江四橋位于杭州市錢塘江上，是連接杭州市市區與濱江新區的一條重要的城市通道。其設計為雙層橋面，主橋上部采用了兩種拱橋的結構形式,即計算跨徑為85m的下承式系桿拱橋和上承式拱橋相結合的組合形式，以及計算跨徑為190m的下承式系桿拱橋和中承式拱橋相結合的組合形式。由于本橋跨度大，鋼管加工分段多，鋼管長途運輸，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定的重要環節。

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程，分析其施工的整個過程，拱肋線主要受加工精度、安裝方法、溫度、風荷載等因素的影響，因此，拱肋的施工控制過程是一個復雜和系統的過程，也是鋼管混凝土拱橋上部施工的重點和難點。

3 拱肋的線形控制

拱肋加工前，設計、施工和加工廠三方應首先確定拱肋施工的預拱度值，并確定拱軸線設置預拱度值后的空間坐標及線形計算公式，以便控制成橋后的拱軸線滿足設計要求。

3.1 拱肋的加工控制

在拱肋的的加工過程中，桿件的溫度變形、焊接的收縮、劃線的粗細等均將導致加工的誤差，因此，本橋鋼管拱肋加工選擇在工廠進行，并且在開工前做好充分的技術準備工作，如設計工裝、編制工藝等，對拱筒的筒體成型，運輸單元的組裝、焊接、涂裝等制定詳細的工藝要求和制作標準。對于拱肋的加工質量，在工藝保證的同時，對拱肋的外型尺寸及焊接質量應進行重點控制。（1）公差控制拱肋加工過程中誤差以及測量誤差均將導致最終加工誤差。因此應參閱相關規范制定各工序的交驗公差。為確保竣工交驗公差，在每工序完工時，設計、施工、工廠三方根據竣工交驗公差及階段實際情況共同擬定過程公差控制數據及方法以控制拱肋的外型尺寸。（2）焊接控制拱肋由于其結構特點，一般采用自動、手工電弧焊接相結合，焊縫等級高，焊接工作量大。因此，應成立專職的焊接工藝組，制定嚴格的焊接工藝，焊接完成后，應按要求進行探傷檢測。

3.2 拱肋的預拼裝控制

為檢驗拱段加工尺寸是否符合成橋拱軸精度要求，保證在現場的順利拼裝，在廠內或現場對所有拱肋加工單元應進行1：1的預拼，如果場地不容許，也可進行1/2拱肋的分段預拼，通過預拼對不合適的部位進行修整，然后安裝定位銷、臨時連接座和卡具，并對符合要求的拱段進行編號。（1）設置預拼平臺。根據拱肋的預拼長度設置混凝土預拼平臺，平臺澆筑時安裝預埋件，用以安裝支承胎架，每個運輸單元用兩個胎架，并在平臺上設置控制坐標點。（2）拱肋預拼裝。在平臺的胎架上，對拱肋進行預拼裝，接口調整好后安裝卡具固定，同時在拱肋管內組焊臨時連接座和定位插銷。對預拼好后的拱肋進行各項指標的檢驗，特別是各接口處上、下緣線的坐標值符合工藝設計值，對不符合者，應進行校正。（3）確定拱肋吊桿孔位。根據預拼拱肋的實測值，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，拱腳的施工應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，應將拱腳處拱肋鋼管進行臨時固接，以防在混凝土施工中移位。在澆筑混凝土時，由于該處勁性骨架、鋼筋以及預應力束密集，因此應制定詳細的澆筑工藝，確保該處的混凝土質量。

3.3.2 拱肋的軸線控制

拱肋的安裝采用無支架方法施工。在施工中應制定具體的控制措施。特別是對測量定位、焊接等方面進行控制。（1）根據橋位地形情況設置貫通的軸線控制點或布置一導線控制網，在拱肋安裝的全過程進行軸線測量、監控。（2）拼裝前，應根據拱肋懸時各工況扣索的受力及變形，進行拱肋控制點的預拱度設置。（3）測量時，應重視溫差而引起的桿件長度變形和側向變形，應盡量選擇日出前或日落后溫差最小時，或對拱肋進行灑水降溫后，對其測量。（4）拱肋安裝時宜設置豎向及橫向微調裝置進行精確對位，對位后應及時通過定位銷和臨時連接裝置進行連接，然后施焊。（5）焊接時，應選擇合理的焊接工藝，嚴格控制焊接產生的側向變形。（6）在拱肋拼裝過程中，應考慮風荷載的影響，已安裝的拱肋宜及時拉設纜風繩，防止拱肋的失穩，也防止風載對其軸線精度的影響。

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環節。也是拱肋線形控制的重點，因此應根據本橋施工特點制定相應的合龍方案，在施工中應注意以下幾點：（1）主拱合龍段的加工長度，應留有適當預留切割量，以防在拼裝過程中，由于焊接收縮而引起的長度變化。（2）合龍時，應按照設計要的合龍溫度進行合龍，以防產生溫度應力。（3）應采用抱箍或套管對合龍段拱肋進行臨時鎖定。

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（按加載過程共分六次張拉），均應對拱軸線進行復測，以保證成橋后的拱軸線精度。

4、拱肋的施工監控

4.1 施工監測

在無支架拼裝拱肋過程中，拱肋和施工設施（如扣索）等共同受力并且施工中難以控制，因此在進行軸線及標高跟蹤檢測的同時，宜對拱肋及臨時設施進行應力監控，為施工控制及時提供可靠的數據，并確保施工安全。

另外，拱肋合龍后，在體系轉換以及逐步加載過程中，對拱肋受力及變形須進行全面控制。

對拱肋的施工監測主要內容為：溫度監測、應力監測、位移（撓度、軸線）監測等。（1）對各主拱肋拱腳進行變位監測，以確定拱座基礎是否有位移。（2）以各主拱肋控制截面（L/8，L/4，L/2）及勁性骨架接頭進行線形和位移監測，以便掌握拱肋的真實位移情況。（3）對主拱肋拱腳，L/8，L/4，3L/8、拱頂截面的鋼管以及施工受力設施（如扣索）的應力進行監測。（4）對主拱肋鋼管、管內混凝土進行溫度監測，以獲得與線形及位移相對應的大氣溫度，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

控制的實施通常是根據實測控制變量的值與理論分析得出的各施工階段理想目標值的差異，采用一定的方式對結構進行調整。與橋梁的施工監控相比，鋼管拱橋施工監控中的預報次要得多，因為它不存在控制立模標高的問題，所起的作用主要是校核實測值與預測值的吻合程度，通過對造成實測值與理想目標的差異的原因分析，采用合理的調整方案，使最終目標得以實現。

5 拱肋的施工精度要求

目前，由于還無鋼管拱橋的施工規范，拱肋的施工精度一般都按設計文件的要求或參照公路橋涵設計和施工規范、鋼結構工程施工及驗收規范、《鐵路鋼橋制造規則》及《鋼管混凝土結構設計與施工規程》等之規定進行精度控制。

結語

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構。如何對拱肋施工過程的每一步進行控制，確保拱肋的線形，是本橋上部結構施工的關鍵和難點，也是保證鋼管拱橋受力安全的先決條件，因此，需要我們在施工過程中給予高度重視。

[1]《鋼結構設計手冊》人民建設出版社

[2]《公路施工手冊（橋涵）上冊》人民交通出版社

[3]《公路橋涵施工技術規范》JTJ041-2000.