鋼管混凝土系桿拱橋施工技術研究

張軍

（分宜縣交通運輸局，江西 分宜 336600）

0 引言

目前，在我國的系桿拱橋施工中，鋼管混凝土是必要的施工材料，其應用效果非常好，完全可以達到工程的建設標準和要求，對于提高我國橋梁工程的施工技術水平具有積極的意義。

1 工程概況

某橋梁項目工程建設時，設計人員原選擇應用承臺與鉆孔樁的基礎形式，上部結構采用鋼管混凝土系桿拱橋的形式。經(jīng)過對設計方案的深入分析，設計人員選用懸鏈式拱軸線形式，結構組成比較簡單，現(xiàn)場施工也比較方便。橋梁的主鋼梁結構包含多個結構，挑梁、系梁、橫梁等都滿足工程要求，才能提高結構的總體性能。因為橋梁工程的跨徑比較大，所以現(xiàn)場施工單位經(jīng)過分析確定應用支架法進行施工。施工單位根據(jù)工程的情況，對鋼梁結構選用分段作業(yè)的方式，結構性能合格，達到工程的標準和要求，并選用支架的方式在河道上施工，支架施工后立即應用泵送頂升的方式灌注作業(yè)，有序組織開展主橋鋼拱肋結構施工，確保工程質量達標。

2 系桿拱橋主要施工流程和施工技術

2.1 施工流程

第一，做好現(xiàn)場的各項施工準備工作，有效處理支架基礎結構，確保基礎的性能合格，避免給項目帶來不利影響。之后，進行支架預壓處理。第二，預壓達到標準后，工作人員把支架分配梁架設到規(guī)定部位，然后安裝橫梁，系梁與中橫梁焊接結束后，進行小縱梁吊裝作業(yè)，并且開展橋面的鋪裝施工。第三，按照施工工藝方案要求，落實現(xiàn)場施工工藝，明確工作標準和要求。第四，灌注拱肋后，立即組織開展拱肋支架的灌注施工。第五，吊桿安裝完成后，將橋面板拆除，再應用吊桿完成張拉施工。第六，經(jīng)過第一次張拉，工作人員進行澆縫的灌注施工，然后拆除河道的橫梁，鋪設橋梁結構表面。第二次吊桿張拉施工后，對橋面進行全面驗收[1]。

2.2 主橋鋼梁和鋼管拱肋分段

考慮到現(xiàn)場的具體施工情況和施工需要，施工單位確定采用分段施工的方式，結構自重最大80.5t，現(xiàn)場吊裝、運輸以及安裝都非常便利。根據(jù)現(xiàn)場連接的需要，采取拱腳的方式，總計4 處，整個橋梁的東西兩側每側有拱肋11 段、系梁5 段。將上述各個結構按照設計方案在工廠內(nèi)預制加工，同時組織人員展開試拼作業(yè)，符合要求才能繼續(xù)施工，使得現(xiàn)場作業(yè)可以有效展開，提升施工效率。

2.3 主橋鋼梁支架施工

施工單位的技術人員應用先進技術模型展開分析，落實各個結構尺寸的管控，詳細計算支架結構，使受力條件符合要求，預防發(fā)生結構變形或者損壞的問題。根據(jù)工程的設計方案，上部應用貝雷鋼橫梁結構，并設置微調(diào)裝置，便于調(diào)整結構的安裝位置。在現(xiàn)場焊接施工中，工作人員應用鋼板墩支撐輔助結構，提高施工效率。

2.3.1 支架下部施工

以駁船作為主要的運載工具，把鋼管柱運輸?shù)绞┕げ课弧Ｍㄟ^浮吊將其吊裝到規(guī)定的部位，完成架設施工。使用振動打樁機打設施工。樁頂根據(jù)工程的要求架設工字鋼作為分配梁，結構的性能達到標準要求，發(fā)揮支撐作用。

2.3.2 支架上部施工

支架結構設計為貝雷梁，結構尺寸為3m×1.5m。設置雙層貝雷梁對通航孔72m 范圍內(nèi)施工，單個長度為15m，經(jīng)過拼裝制成兩組。同時，在鋼管柱架設的環(huán)節(jié)，使用浮吊把支架設置在40 工字鋼分配梁上，將各個接口都布置在梁體上，貝雷梁安裝精度合格。一跨拼裝完成后，工作人員進行下弦桿的加固處理，每跨使用5 根水平撐。此外，還要在現(xiàn)場應用微調(diào)鋼板墩進行調(diào)整，確保安裝精度合格[2]。

2.3.3 支架預壓及同步觀測

支架體系在施工完成后，工作人員應該進行壓載試驗。預壓試驗包含下述幾個部分：第一，鋼管柱預壓。在對單根鋼管柱預壓時，應用100t 千斤頂，檢測承載性能，達到設計標準要求。第二，鋼管柱群與貝雷梁鋼架預壓。在現(xiàn)場按照設計方案進行鋼縱梁的拼接作業(yè)，并進行鋼管柱群與通航孔部位貝雷梁的預壓作業(yè)，通常預壓載荷為設計載荷的1.1 倍，從而可以準確掌握受力條件和正常投入使用的效果。第三，開展鋼橋面預壓施工。鋼梁結構經(jīng)現(xiàn)場拼裝組合后，進行結構構件、橋面板的安裝，并做好承載力檢測與試驗工作，掌握其總體的穩(wěn)定性和安全性。在預壓過程中，執(zhí)行規(guī)范化的標準，并對數(shù)據(jù)展開詳細的計算分析，合理布置測量點，開展預壓環(huán)節(jié)檢測確定，分析標高變形。

2.4 主橋鋼結構安裝施工

2.4.1 安裝鋼梁

按照施工工藝方案要求施工，將各個部位安裝到規(guī)定的位置。應用駁船展開運輸作業(yè)，通過110t 浮吊進行施工，然后焊接連接。在安裝工作完成后，應用龍門吊施工，達到架設施工的要求，然后進行臨時橋面板的架設，并安裝鋼拱架支架結構，期間需要保證安裝鋼梁性能和質量滿足設計規(guī)范。

2.4.2 鋼拱肋安裝支架施工

將鋼管拱肋支架設置在臨時面板結構上，并將其底部焊接在系梁頂板上。在頂部布置防護欄、托盤、分配梁等結構，應用鋼桁架組合形成整體。此外，工作人員按照設計方案進行構件加工，然后開展拼裝，達到標準要求后即可進入現(xiàn)場施工。工作人員按照施工順序的要求在臨時橋面上吊設拼裝與焊接作業(yè)。焊接前，工作人員進行拱肋管道、泄水孔、排氣孔檢查。在安裝作業(yè)中，工作人員將系梁、端橫梁、鋼拱腳連接形成整體，下部應用精軋螺紋鋼連接，具體可見圖1。

圖1 鋼管拱肋安裝

2.5 鋼管拱肋混凝土灌注及吊桿安裝

2.5.1 鋼管拱肋混凝土灌注

鋼管拱肋按照設計標準進行生產(chǎn)加工，主要指的是下弦管、上弦管等，施工材料為C50 無收縮微膨脹混凝土，施工總量是897m3。在現(xiàn)場鋼管拱肋施工結束后，由專業(yè)人員組織落實現(xiàn)場施工作業(yè)，通過輸送泵完成灌注施工。在現(xiàn)場灌注的階段，應做好各個環(huán)節(jié)的控制，每項技術參數(shù)必須符合工程的要求，預防產(chǎn)生結構損壞或者性能不合格的問題。但是在施工現(xiàn)場極易發(fā)生鼓管、爆管等問題，應根據(jù)現(xiàn)場的要求組織落實灌注到頂?shù)氖┕し绞剑缓髮⒏魝}布置在臨時鋼管支撐結構上，灌注時間在10h 以內(nèi)。在灌注施工中，按照下弦管、上弦管、綴板腹腔的順序進行施工。灌注作業(yè)前，工作人員把地泵布置在拱腳的位置上，從下到上逐步進行灌注施工，從南到北保持連續(xù)灌注作業(yè)。每一個結構施工都要做好控制，并且使各位置灌注長度差不超過2m，對于冒出的材料要及時清理，以達到結構性能和標準要求[3]。

2.5.2 吊桿安裝

從橋梁項目來說，其整體表現(xiàn)為東西兩側對稱，每一側設置20 根φ82mm 的吊桿，相鄰吊桿距離7m。生產(chǎn)單位按照設計方案進行加工制作，保證拉索材料性能合格，且吊桿張拉端現(xiàn)場施工時，工作人員應用吊車完成作業(yè)，直接放入吊桿錨固段與拱肋預埋管，然后傳入系梁預埋套管，應用錨固段進行固定處理。按照工藝方案要求在吊桿內(nèi)安裝傳感器，檢測應力參數(shù)是否符合設計標準。一般來說，吊桿張拉端布置在拱肋部位上，應用銷接式吊耳進行固定處理，再根據(jù)方案要求進行收緊、分次張拉作業(yè)，吊桿總體性能達標。

2.6 施工監(jiān)控

在橋梁施工中，為了更好地滿足工程的安全性要求，應加強監(jiān)控管理，隨時做好技術參數(shù)的控制。在監(jiān)控工作階段，工作人員加強測量和控制，及時糾正偏差和問題，在確保工程安全性合格的基礎之上，提升橋梁的穩(wěn)定性與強度。

3 施工技術要點

對于鋼管混凝土拱橋結構施工，加強混凝土配合比控制極為重要。合理優(yōu)化技術參數(shù)，確保在灌注環(huán)節(jié)監(jiān)測應力與質量數(shù)據(jù)達到混凝土施工連續(xù)性的要求，滿足施工技術標準和要求。

3.1 混凝土配合比的優(yōu)化

在鋼管柱施工中，混凝土材料的性能是人們關注的重點，尤其是流動性、密實性，這些指標和參數(shù)對于工程的質量影響最為直接。為了使這些指標符合要求，加強混凝土的配合比設計極為重要，必須綜合分析各種因素，并有效優(yōu)化和改進。該工程案例選擇使用微應力混凝土形式，在材料內(nèi)加入一定量的膨脹劑，主要的作用是提升混凝土的性能。加入微膨脹劑也要加強質量控制，特別是保證膨脹率合理，做好精確性試驗分析，保證混凝土結構的施工質量合格。

3.2 混凝土的灌注

在應用頂升灌注處理方法時，混凝土灌注必須通過規(guī)定壓力進行，且灌注作業(yè)采取對稱方式施工，從而提高施工質量水平。為了達到這一要求，應重點做好如下幾個方面的工作：首先，對現(xiàn)場開孔必須精準測量，對稱設置，精度合格。其次，對現(xiàn)場施工情況實時測量，焊接施工的質量符合要求，為后續(xù)灌注作業(yè)順利開展提供基礎和標準。在該工程項目的實施中，灌注作業(yè)尤為重要，重點關注拱下各個標段不一的情況，如果存在問題要立即采取措施。根據(jù)工藝方案的要求，從較高側開始灌注，隨時關注變形情況，拱兩側的控制點標高達到設計標準后及時灌注。但是也要注意，兩側同時進行灌注施工，確保灌注量合格。然后關閉混凝土止回閥。在該環(huán)節(jié)保持嚴密、謹慎的態(tài)度，從而使得結構施工更加穩(wěn)定、高效，結構的性能和質量合格，避免對橋梁結構的性能帶來很大的負面影響[4]。

3.3 確保混凝土灌注的連續(xù)性

為了確保混凝土灌注的連續(xù)性，應一次灌注成型。工作人員對現(xiàn)場環(huán)境展開全面的勘察和分析，由于扁拱形梁極易發(fā)生變形的問題，所以該橋梁工程案例采取兩級的灌注施工方式，達到一次成型的施工效果。所以在現(xiàn)場應合理分配兩級灌注時間，確保施工連續(xù)進行，工程質量和效果滿足要求。

4 鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性

4.1 拱的面內(nèi)失穩(wěn)

在外部荷載以及自重同時作用下，拱橋截面受到多個方面作用力的影響，如剪力、彎矩、軸向壓力等。軸向壓力是主要的作用力，在內(nèi)部形成合力拱軸線，對于橋梁結構產(chǎn)生較大的作用力。在特殊的工作條件以及環(huán)境下，如在拱軸線與荷載應力作用線完全重合的情況下，拱截面內(nèi)力也會以軸向壓力的形式存在。拱截面設計如果處于理想的條件，即使只存在軸向壓力存在，截面穩(wěn)定性和線形、矢跨比存在直接關系。所以技術人員綜合分析上述各項參數(shù)，消除不利因素的影響，以達到運行的標準要求，預防出現(xiàn)質量問題。

4.2 拱的側傾失穩(wěn)

拱橋結構由于內(nèi)部存在吊桿連接拱肋與系梁的結構，吊桿結構部件會限制屈曲的發(fā)生，從而有效預防結構出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)。經(jīng)過現(xiàn)場對比分析了解到，系桿拱橋的側向失穩(wěn)是關鍵性問題，必須加強分析和控制。在系桿拱橋的設計過程中，拱肋結構形式應用二次拋物線的設計形式，而橫撐一般都會選擇平式或者立式的結構形式，并且橋面系對系桿拱橋穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，也是人們研究的重點。如果設計人員忽視這一問題，或者設計不合理，極易造成結構性能不達標。就目前工程的具體情況分析，拱的外屈曲面臨界荷載較為嚴重，極大危害工程的質量與安全。因此，設計人員根據(jù)要求選擇合適的線形，確定具體荷載分布狀態(tài)，并分析抗彎強度參數(shù)，掌握拱座的約束狀態(tài)，應用科學合理的措施消除負面因素干擾，從而提升拱橋的性能，達到安全、穩(wěn)定的標準[5]。

5 結語

鋼管混凝土系桿拱橋施工是通過應用泵送頂升灌注法、支架法展開施工，分析現(xiàn)場的系桿拱橋施工技術，嚴格落實現(xiàn)場施工各個環(huán)節(jié)的控制，保證大跨徑橋梁施工順利完成，縮短項目工期，降低施工成本，實現(xiàn)綜合效益的提升。