下承式鋼拱橋拱肋合龍施工技術

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概述

杭州市沿江公路運河二通道橋，主橋采用“三水共融”下承式鋼箱拱橋，跨徑布置為252 m+106 m=358 m，主跨拱肋采用空間布置，立面拱軸線形為二次拋物線，矢跨比為1∶4.75，一側為單片拱，另一側為雙片拱，在接近拱頂區域分叉；邊跨拱肋采用單片拱，拱軸線形為拋物線，一端支撐于邊跨邊墩，一端支撐于主跨拱肋分叉點；主拱系統共布置3道風撐，上端支撐于邊跨拱肋，下端支撐于主跨分叉雙片拱肋。

邊跨鋼拱肋共分為8個節段，分別為BL1～BL8，各分段均為矩形鋼箱截面，材質為Q345qD，合龍段為BL8，合龍段的位置如圖1所示。

圖1 合龍段位置示意（BL8）

2 拱肋合龍段測量控制

拱肋合龍是全橋的關鍵，其測量精準與否直接關系到大橋整體是否安全。為此，必須仔細規劃其測量方法和精度。

1）平面控制和測量基本要求：合龍段測量的平面控制網與拱肋的平面控制網相一致，高程系統也一樣。為順利完成合龍段的施工，其測量分2部分進行。其一，分別測量兩側拱肋安裝及焊接完之后對應點之間的相對距離，為合龍段的安裝提供準確的數據。其二，測量兩側拱肋在大橋坐標系中的絕對位置，減少瞄準誤差。

2）拱肋絕對位置的觀測：拱肋合龍段的觀測點要更多、更細，觀測點位均采用預拼裝棱鏡的坐標作為理論坐標。合龍段的安裝必須根據兩側拱肋的測量數據（絕對位置和相對距離）、預拼裝數據等進行綜合考慮，決定安裝的溫度和時間，在合龍段上放置棱鏡，計算出安裝坐標。拱肋絕對位置的測量僅能反映拱肋的曲線和設計位置的偏差，對于合龍段的安裝還是不夠的，因此，還需要測量兩側拱肋在不同的觀測條件下（溫度、風力和陽光等）的相對位置。

3 邊跨鋼拱肋合龍時間的確定

合龍段吊裝一般選擇在氣溫較低時進行，然后隨著氣溫的上升，在鋼結構熱膨脹的原理下，合龍段同兩側拱肋間距會逐漸減小，當達到設計尺寸時，安裝定位馬板，焊接鎖定，完成合龍施工。為保證鋼拱肋合龍段的順利吊裝，先對合龍端口進行精確檢測，具體如下[1,2]：

1）合龍吊裝前對合龍段空間距離進行24 h的連續跟蹤測量，測量內容包括：合龍段尺寸，線形，頂、底板高程，上下游外腹板處高程，橋軸線偏移，并繪制溫度曲線變化圖。白天每2 h、夜間每3 h進行1次跟蹤測量，連續24 h觀測。

2）利用公式ΔL=拱長×10-5×Δ溫度，算出拱長變化。

3）依據設計圖紙主橋上部結構施工圖設計總說明中的基準溫度，并結合實測溫度曲線，確定邊跨鋼拱肋合龍時間。根據現場測量情況，最低溫度為28 ℃，最高溫度為54 ℃，兩者溫差26 K，合龍間隙相差1.50～1.80 cm，變化量不大。經綜合考慮，最后將合龍時間定于上午10：00，合龍溫度定為37 ℃（焊縫預留按6～10 mm考慮）。

4 合龍段余量配切

合龍段在工廠制造時一般都留有余量，然后根據現場實際情況確定合龍段的拱肋長度。

合龍段余量配切選擇在上午9：00～10：00，保證同吊裝時間一致，配切分為以下幾個步驟：

1）步驟一：復查。對已吊裝、焊接完成的拱頂交匯段（JH1T）、邊跨段（BL7）拱肋控制點坐標進行反復測量，確認達到監控要求。

2）步驟二：布置控制點。在邊跨段（BL7）、拱頂交匯段（JH1T）及合龍段（BL8）環口位置布置控制點，詳見圖2。

圖2 合龍段環口控制點布置

3）步驟三：測量。測量出邊跨段（BL7）、拱頂交匯段（JH1T）環口部位相對應控制點之間的直線距離長度。

4）步驟四：畫出余量線。合龍段（BL8）基準端環口為基準，先以頂底板控制點（D、B）之間的數據畫出余量線，再以兩側腹板控制點數據畫出腹板余量線。頂底腹板上的余量線應為閉合的四邊形，如不閉合，則數據出現問題，需重新測量，再畫線。

5）步驟五：切割余量。按余量線切割余量，余量切割時，同時將焊接坡口加工出來。

5 合龍段吊耳布置

合龍段拱肋采用AutoCAD軟件建模，軟件自動導出節段重心，然后根據重心位置利用彎矩平衡原理算出吊點位置及鋼絲繩長度，布置吊裝吊耳。吊耳布置如圖3所示。

6 6 500 kN履帶吊起吊

履帶吊應嚴格按照方案要求的停靠位置、起吊半徑、扒桿長度、吊裝索具等進行操作，不得隨意更改。

履帶吊應在規定的溫度下進行吊裝，控制吊裝節段坐標的基準是監控單位下發的監控指令，內部復查其控制點坐標，如與監控指令有誤差，應及時聯系監控單位，再次檢驗，保證控制點坐標的準確性。

合龍段初始擺放位置應保證環口對環口，頂、底、腹板外側面應平齊。測量合龍段端口控制點坐標，進行微調。

連接履帶吊吊鉤與拱肋吊點，并調勻每個吊點的鋼絞線，使得每個吊點及每根鋼絞線受力基本均勻，然后開始緩慢提升。當節段脫離運梁車10 cm左右時，持荷10 min，對履帶吊、吊點等作一次全面檢查，一切正常后進行連續提升[3,4]。

7 馬板臨時固定

合龍段就位、微調，達到監控數據要求后，環口部位臨時用馬板固定，馬板采用長80 cm、厚16 mm的鋼板，在環口四周每50 cm設置1塊。

根據現場溫度變化對縫寬的影響，馬板臨時固定采取合龍段兩側面同時開焊固定，安排2批焊工同時操作。馬板臨時固定如圖4所示。

圖3 吊耳布置示意

圖4 馬板示意

8 結語

結合杭州市沿江公路運河二通道橋工程鋼拱肋合龍施工實例，可以看出：鋼拱肋合龍施工是整個鋼箱拱橋安裝中最關鍵、最重要、技術含量最高也最困難的部分，特別是由于焊接、溫度、日照等眾多因素的影響，使得給合龍段的安裝帶來較大困難。但是只要我們建立高精度的測量系統，嚴格控制合龍段的加工精度，合龍施工前做好充分的技術準備，合龍施工時嚴格按照設計及方案要求，困難也就迎刃而解了。所以像杭州市沿江公路運河二通道橋這種造型新穎又兼顧景觀效果的市政橋梁也是未來橋梁建設發展的大方向。