鋼結構系桿拱橋梁施工方法研究

龍祖蘊 LONG Zu-yun

（中交一公局第二工程有限公司，蘇州 215000）

0 引言

隨著我國橋梁事業的發展，系桿拱橋以其獨特的優勢受到了更多的關注和重視，系桿拱橋是一種特殊的拱橋，設計師結合現代技術對于傳統的拱橋進行改造，增加了專門的超靜定結構，系桿拱橋內部有梁和拱的雙向支撐，橋梁投入使用后所承擔的負荷也被梁和拱共同承擔。本文以渦陽縣義門渦河大橋新建工程為例，探討和總結鋼結構系桿拱橋梁施工方法，以便于更好的理解鋼結構系桿拱橋梁的具體的施工步驟以及施工要點和建議。

1 橋梁總設計

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）+3×30+120+3×30+3（橋臺）m，主橋采用單跨120m 下承式鋼箱系桿拱橋結構，南北引橋岸采用預應力混凝土組合箱梁結構，渦河大橋橋型結構效果如圖1 所示。主橋為梁拱組合體系橋梁，其中兩片鋼箱主縱梁（剛性系桿）與橋面系進行連接形成主梁，兩片鋼箱拱肋通過梁拱結合段與主梁連接，跨中段設拱上錨固結構、吊桿索體、梁上錨固結構連接主梁與拱肋，拱肋橫向設風撐進行連接保證橫向穩定性，拱肋不設內傾角。

圖1 渦河大橋橋型效果圖

2 鋼結構系桿拱橋施工工藝

2.1 施工階段劃分

根據本橋梁工程的結構特點、通航條件、橋位處地形地質條件，渦河大橋主橋上部結構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段通過打設水中格構支架采用50t 浮吊進行吊裝安裝，施工時采用振動沉樁法在設計樁位插打鋼管樁，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段，并完成節段間的工地連接，最后在中跨33m 的節段處合攏，完成全橋鋼梁安裝。

②拱肋節段及風撐節段通過安裝梁上支架采用150t浮吊進行吊裝安裝，施工前，先按照先邊跨后中跨的順序分節吊裝拱肋支架，并依次完成相鄰拱肋支架的同側柱間支撐，最后吊裝③#、⑥#拱肋支架之間的異側柱間支撐，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撐節段，最后完成合攏段安裝。

③鋼主梁、拱肋及風撐節段合攏之后，拆除梁上支架后進行吊桿的安裝及初張拉，待橋面二期荷載施工完成后進行二次張拉，最終全橋索力調整根據實際受力狀態與目標狀態按照監控單位意見進行。

2.2 鋼結構系桿拱橋節段劃分

構件分段分節的合理性，直接影響工程整體安全質量和進度，直接影響加工制作及現場施工，在鋼結構工程中起著至關重要的作用，綜合考慮多方面因素，鋼梁節段劃分原則主要考慮以下內容：

①構件的運輸尺寸及質量，合理分段確保運輸合理化；

構件的最大運輸尺寸及重量按照滿足陸/水運的運輸條件進行節段劃分，確保運輸方案合理可行。

②構件分段分節應在構件受力較弱區域，避開高應力區；

除拱梁結合段外，其余節段均在原設計分段的基礎上進行分段，避開拱上、梁上錨固區、橫隔板等應力集中部位。

③構件分段確保加工制造合理化。

④盡量減少焊縫的數量和尺寸，減少現場焊接工作量。

⑤構件穩定性安全性，便于現場安裝。

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

在鋼梁橋全過程施工中，為確鋼橋整體穩定性和精度，鋼梁橋的加工制作是關鍵，同時受到溫度、風荷載、重力及臨時荷載、焊接質量以及測量放樣等因素影響，并隨時做好觀測記錄確保后期合龍順利進行。其中溫度是影響順橋向位移的主要因素，風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、橫肋等構件的截面尺寸及拼接位置應嚴格控制。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果復核，確保各點滿足設計要求并在拼裝好的梁板頂面做好標記，為確保其現場安裝精度宜采用精度高的自動化設備切割。

3.2 施工測量放樣精度控制

測量誤差按其特性分為系統誤差、隨機誤差和粗大誤差。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。

放樣前對控制點校核確保其精度滿足規范要求，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離大型施工設備的場地；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：將儀器和棱鏡架設在線的兩端測設其視距，如有誤差調整儀器里的棱鏡參數，使其大小棱鏡視距一致即可）。

施工中測量儀器長時間架設時要多校核后視點確保其精度。

測量放樣應避開高溫時段觀測，炎熱天氣容易產生氣熱浪，觀測者在觀測時儀器的十字絲無法固定會產生上下漂浮現象，對觀測結果有一定的影響。

3.3 支架變形監測

根據施工組織設計以及主橋上部結構安裝專項施工方案等文件，主橋上部結構采用全支架原位拼裝的施工工藝。水中支架作為落梁支點，以便完成鋼主梁的吊裝及合攏，梁上支架作為拱肋及風撐支點，完成拱肋及風撐的吊裝及合攏。

支架變形的監測，是在支架預壓分級加載過程中，對支架的高程以及空間位移進行監測，并在施工過程中定期監測支架的變形，及時與施工單位溝通，確保支架在拆除前滿足主橋上部結構施工要求。

3.4 溫度作用

溫度作用是橋梁結構在考慮氣溫變化、太陽輻射及使用熱源等因素，作用在構件上的溫度變化。鋼橋結構溫度產生變化時，每一部分構件都將因溫度的升高或降低而發生收縮或膨脹導致結構變形?？紤]到在施工中對所有構件實施溫度監測工作量大且成本高，所以在監測時選擇關鍵的位置布置觀測點。施工中應避開高溫時段選擇早晨或下午，連續架設時要分析其觀測數據確保下一階段構件的預留量。因此在施工中選擇合理的施工環境和方法減少溫度對鋼橋施工影響。

3.5 風荷載作用

風荷載也稱風的動壓力，是空氣流動對工程結構所產生的壓力。與基本的風壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，以及建筑體型等因素有關。在拼裝過程中加強節點水平軸線跟蹤測量，每向前推進一個節點即要對上一節點軸線復測并與設計軸線值進行比較，做到施工中及時糾偏改正。

3.6 重力影響

鋼梁橋由于自身的特性因此在實際施工中其跨度大。大跨徑拱橋是屬于高次超靜定結構，由于結構是逐節段、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對橋梁拱度觀測并做好觀測記錄。施工過程中，通過施工監控可以對施工狀態進行參數識別、調整和糾偏、預測，使整個施工過程均處于有效的控制之中。

3.7 焊接質量控制

為防止焊接變形對軸線和拱度的影響，確保焊接質量，應采取相應的焊接措施。

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清除干凈。

②清理后應及時進行焊接。在潮濕的環境下施焊應將坡口出烘干再進行焊接。

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嚴格控制。對于收縮量大的焊縫應先焊接。

⑤焊縫的布置，若構件截面分布不對稱，則會引起該構件焊接時產生的彎曲變形，因此鋼梁在設計加工階段應考慮相關因素。

⑥在焊接工藝上，采取小電流、多道多層焊接，且嚴格控制焊道層間溫度，層溫控制在200 度以下。多道焊接應連續施焊，其中每一層焊道焊完后應及時清理，如發現有影響焊接質量的缺陷，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：焊接前應事先考慮焊接后會發生何種變形，因此在實際施工中要預留變形余量。

4 橋梁上部結構系桿拱橋吊桿施工

4.1 張拉力的設計

①根據設計文件，吊桿索力分批分級張拉，張拉時要求吊桿順橋向關于跨中對稱同步張拉，橫橋向關于道路設計中心線對稱同步張拉；

②鋼絞線在下端張拉，拉索張拉調節完成后，施工方應將緊定螺釘打緊；

③二次張拉索力對應考慮橋面二期荷載后成橋階段吊桿張拉索力；二次調索應結合現場實際受力狀態與目標狀態，依據監控意見進行調索；

④吊桿張拉應結合施工監控指令，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節桿，測量連接調節桿外露長度卸壓）→分級加壓至設計張拉力卸壓錨固再測量連接調節桿外露長度，梁下支架拆除后及恒載加載完成等待監控指令調整進行索力。

②注意事項。

整體張拉機具安裝完成后，分循環且分級同步控制施加張拉力至設計張拉力，分級同步控制通過按以上規定控制分級油壓實現，其張拉程序和在張拉過程中應注意：

1）在油壓較低時，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緊狀態，此時應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現，張拉時應設專人進行指揮，各同步點每張拉至每一分級油壓時應停機保壓，待各點均到達并確認后再進行下一分級的張拉。按此控制一直張拉至該循環的設計油壓值。

3）在張拉過程中，連接調節桿應同步旋合，在每個循環張拉至設計張拉力后，應旋緊連接調節桿，以減少錨固力的損失。

③索力調整。調索應遵循的原則為：調整后索力達到成橋索力噸位。調索按預定級次的相應張拉力，通過電動油泵進油或回油逐級調整索力。如果是降低索力，則先進油拉動吊桿索，使錨固螺母能夠松動，在旋開螺母后可回油使吊桿索索力降低。

5 結束語

鋼梁一般作為結構的主要承重構件，其安裝精度直接影響到相關構件的安裝質量及結構的整體受力狀態。通過制定針對性的工藝技術措施，可以有效減小安裝偏差，達到預控的目的，能有效保證鋼梁的整體安裝精度和安裝質量，有利于結構的受力狀態與設計分析保持一致。