下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結構支架施工技術探析

陳 瑞 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

項目主橋設計采用120m 下承式鋼管混凝土系桿拱，下部結構采用柱式墩，鉆孔灌注樁基礎。主橋設計為預應力混凝土系桿拱結構，采用剛性系梁剛性拱，計算跨徑L=120m，拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/5，矢高24m。拱肋采用啞鈴型鋼管混凝土，每個鋼管外徑110cm，鋼管及腹板壁厚1.6cm，內充C50 微膨脹混凝土。系梁采用箱形斷面，系梁高為250cm，寬為180cm，壁厚30cm～40cm。每一系梁內設有24 束預應力束，每束為10～12Фs15.2mm 鋼絞線。

2 技術特點

①主橋現澆采用承插型滿堂支架進行施工，滿足裝拆簡單高效、支撐穩定有效的施工需求。主橋支架將針對全橋受力情況，在鋼管拱施工完成后，再進行拆除，保證施工過程中質量安全。

②通過箍環板上的箍板控位栓使上墊板和下墊板與拱肋連接牢固，可有效降低第二平臺板的安裝難度；同時在縱向相對的第二平臺板之間設置提拉平臺板，降低了橫撐安裝施工平臺搭設的難度。

③通過立柱校位栓、立柱套管及其內側的導向連接槽限定支撐立柱的空間位置，提升了支撐立柱定位的準確度。

④在拱腳底模和拱腳頂模與拱墩接縫端設置底模密閉板和頂模密閉板，另一端設置端模，可有效提升模板拱腳模板支設的密閉性。同時，拱腳底模和拱腳頂模通過模板緊固栓連接，可降低模板連接的難度。另外，本發明通過預設于拱肋上部和下部的第二掛板和第一掛板固定上撐架和下撐架，可有效降低支撐體系布設的難度。第一支撐體、第二支撐體、第三支撐體和第四支撐體的長度均可根據需要現場調整，提高了支撐控位的準確度。在拱墩內預設與拱腳套管連接的墩內承壓板，并將拱肋的底端插入拱腳套管的管腔內，可有效降低局部應力，改善拱墩結構的受力性能。

3 工藝原理

鋼管拱施工采用少支架法進行施工，由鋼管樁、型鋼組拼成支架，下部與系梁預埋鋼筋連接，并在支架頂面安裝分配梁及拱肋調整設施，形成上層操作平臺，以方便拱肋拼裝。縱向每處支架由左右幅各2 根鋼管及橫向連接系組成。優化鋼拱肋運輸及安裝體系，有效降低空中對焊施工難度，提升成拱質量。同時，采用支架法，減少了現澆梁上的施工荷載，有效地保證了現澆梁的質量及安全。

建立施工監測系統，跟蹤施工過程結構的真實狀態。應力監控測量包括滿堂支架預壓、澆筑及線型、拱肋的施工應力監測、系桿的施工應力監測和橫梁的施工應力監測兩大部分。

3.1 施工工藝流程

基本流程：基礎處理→測量放樣→支架搭設→預壓（合格）→底模整形及檢測量測點布置→鋼筋施工→現澆施工→預應力第一次張拉→鋼管拱支架搭設→鋼管拱施工→鋼管拱混凝土頂升→預應力第二次張拉→鋼管拱支架拆除→現澆支架拆除。

3.2 操作要點

3.2.1 基礎處理

地基處理范圍為橋梁投影每側各超出3.0m，周圍設置排水溝。支架區域為原路基，原狀土層地基承載力經試驗檢測滿足要求。

3.2.2 支架搭設

現澆梁采用承插型盤扣式滿堂支架施工，具體布置為支架立桿采用60 mm×3.2mm 鋼 管，鋼 材 材 質 均 為Q345B。橫桿采用48mm×2.5mm 鋼管，鋼材材質為Q235B，豎向斜桿采用48mm×2.5mm 鋼 管，鋼 材 材 質 為Q195，扣件式水平剪刀撐采用48.3 mm×3.6mm 鋼 管，鋼 材 材 質 為Q235B。采用橫桿豎向步距為0.5m/1.0m，立桿縱橋向間距為0.3m/0.6m/0.9m；橫橋向間距為0.3m/0.6m/0.9m；水平及豎向斜桿布置嚴格按照《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》(JGJ 231-2010)模板支架構造要求設置；所有模板均為15mm 厚優質竹膠板。模板下方布置：沿主橋跨度方向布置10cm×10cm 的方木，方木下為（間距同立桿間距）普通10 號工字鋼。必須設置掃地桿，掃地桿距離地面20cm。

3.2.3 模板整形及監控

支架搭設完成后、底模鋪設前進行支座的安裝工作。進行支座安裝前應認真閱讀支座的使用說明書，嚴格按照支座說明進行安裝。支座的安裝應嚴格按照設計要求控制支座的平面位置、方向、頂面高程，確保其位置滿足設計及規范要求，在支模前進行監測點布置。

3.2.4 鋼筋工程

嚴格按照施工設計圖和施工規范要求進行安裝，成形的鋼筋應保證一定的剛度，不導致下一步施工造成大的變形，安裝完成后進行全面檢查，特別注意預埋鋼筋和錨下鋼筋檢查，切不可少裝或漏裝。

3.2.5 混凝土澆筑

混凝土輸送采用泵送，振搗采用插入式振搗器，澆筑一次性完成。澆筑順序為：端橫梁→兩側系梁→中橫梁，為避免系梁與橫梁接觸部位產生施工縫，系梁、端橫梁、中橫梁同時進行澆筑。采用對稱澆筑，混凝土澆筑至頂面時，應嚴格控制其頂面標高。澆筑時，應邊澆筑、邊抹平。在初凝前進行第二次抹面，消除收水裂縫。

3.2.6 預應力施工

張拉順序：嚴格按照圖紙順序進行張拉。系梁及橫梁預應力張拉時，必須對稱張拉。

鋼束張拉完畢，符合設計和規范要求后，應及時進行孔道壓漿。壓漿要求飽滿密實，水灰比為0.4～0.45，不允許摻氯鹽，抗壓強度不低于混凝土強度。

3.2.7 架拱支架

鋼管拱安裝采用少支架法進行安裝，由鋼管樁、型鋼組拼成支架，下部與系梁預埋鋼筋連接，并在支架頂面安裝分配梁及拱肋調整設施，形成上層操作平臺，以方便拱肋拼裝。縱向每處支架由左右幅各2 根鋼管及橫向連接系組成。選用φ325×6 鋼管作為主管，所有立柱連接系采用[16a、[8 組成的桁架連接系。

3.2.8 鋼管拱施工

拱肋分段按照制作方案分為7 節（不含拱腳），拱肋最大吊裝重量小于20.0t，橫撐最大吊裝重量小于4t，每段拱肋、橫撐須焊吊耳，安裝后割掉并打磨平整。

鋼管拱在運輸及存放過程中拼裝節段位置鋼管的外露端會出現失圓，橢圓度要求f/d≤3/1000，現場對橢圓度的處理步驟：

①檢查拱肋橢圓度；

②利用千斤頂及頂架處理；

③及時用斜撐固定。

拱肋節段在安裝過程中不可避免會出現錯臺，錯臺要求h≤0.2t,t，現場安裝對錯臺的處理步驟：

①檢查拼裝節段錯臺量；

②利用千斤頂及頂架處理；

③及時用碼板固定。

3.2.9 主拱肋混凝土灌注

圖1 鋼管拱頂節合攏

①主拱肋弦管內填充C50微膨脹混凝土。

②泵送順序：先下弦管，后上弦管，再腹腔。

③在拱腳處的上鋼管、下鋼管及綴板上各開設一個灌注孔（Φ150mm），并在灌注孔口焊接一根帶有閥門的短管，保證混凝土灌注密實，此短管伸入拱肋內腔約5cm 左右。在每條鋼管拱頂部的上鋼管、下鋼管、腹箱設置灌注混凝土時的排氣孔（Φ100mm），出氣孔高出鋼管最高位置1m左右。

④主拱肋弦管內混凝土一次性連續澆筑，以單根為單元縱向對稱由兩岸同步采用泵送頂升法灌注(全橋同時進行需用4 臺泵機），從每管下端灌進，順管而上，泵送速度盡量協調一致，嚴格按對稱、均勻的原則加載，灌注過程中通過錘擊法，確定混凝土在管內的位置，以此來嚴格控制兩對稱半跨的進度差不超過2m。

⑤管內混凝土灌注完成后，應將鋼管的所有開孔封閉，防止管內水分蒸發。在養護初期，若遇高溫天氣，鋼管溫度高于30℃時，應給鋼管淋水降溫。

⑥管內混凝土強度達到設計強度的90%后，才能進行下一條管的灌注。

⑦管壁與混凝土應結合緊密，檢查中如發現異常應進行鉆孔復檢存在不密實的部位，應用鉆孔壓漿法進行補強（補強宜采用不低于設計強度的高強合成環氧樹脂材料），然后鉆孔補焊封固。

3.2.1 0鋼管拱支架拆除

根據設計要求，拱肋混凝土灌注完成并達到設計強度后即可拆除支架，拆除時先解除支架上支撐鋼管的托盤，使支架不承受鋼管拱載荷后，再進行支架系統的拆除。鋼管拱永久固接→解除6#、7#立柱頂抄墊→解除5#、8#立柱頂抄墊→解除4#、9#立柱頂抄墊→解除3#、10#立柱頂抄墊→解除2#、11#立柱頂抄墊→解除1#、12#立柱頂抄墊→拆除5#、6#及7#、8#立柱連接系→拆除7#、8#和5#、6#立柱→拆除3#和4#立柱連接系→拆除3#和4#立柱→拆除1#和2#立柱連接系→拆除1#和2#立柱，按跨中對稱進行。

圖2 支架拆除

3.2.1 1施工監控

①立模標高和軸線偏位控制

結構分析是結構施工控制的主要工作內容之一，根據施工完成的各施工狀態及成橋后的內力、位移計算，進而確定出結構各施工階段結構的控制參數。

②線形控制

線形控制包括拱肋和系桿的線形及軸線偏位控制。在橋梁施工過程中，為了滿足設計文件的要求，保證橋梁的線形和軸線偏位，就必須在關鍵的施工階段對系桿和拱肋的線形和軸線偏位進行跟蹤監測。

③應力監控

在每片拱肋的拱腳、L/4 截面、拱頂截面、3L/4 截面的上下緣位置布置應力測點；在系桿的L/4截面、跨中截面、3L/4截面上下緣位置設置應力測點；在兩側端橫梁和中間橫梁的跨中截面上下緣位置布置應力測點。

另外在施工過程中要求施工單位對布置的應力傳感器進行必要的保護。為避免傳感器損壞對監控工作的影響，根據以往的監控經驗，在傳感器易受破壞的重要控制截面布置備用應力傳感器。選擇拱肋的拱腳和拱頂位置截面、系桿的跨中位置截面分別在截面的上緣或下緣原傳感器附近布置一個備用傳感器。

④應力測試方法

應變計按預定的測試方向固定在主筋上，測試導線引至混凝土表面。施工過程中注意對應力傳感器和引出導線的保護。振弦式應力（應變）傳感器具有較好的長期穩定性，比較適合施工監控的要求，本橋采用振弦式混凝土應變計（同時具有溫度測試功能）進行應力監控。

⑤應力測試頻率

在橋梁施工過程中，每一施工工況的變化都應對已預埋的應變計進行觀測，包括荷載發生變化、吊桿拉力發生變化前后都必須測量應力，并整理數據加以分析。

⑥吊桿索力監控

準確測定吊桿施工期間及使用期間吊桿索力，在每根吊桿上安裝磁通量傳感器一個，用以準確采集吊桿索力。實際監控工作中，同時采用振動法修正公式測量吊桿索力，并與磁通量法相互對比，更確切地掌握吊桿索力的大小和變化。

⑦系桿和拱肋變形監測

在兩側拱肋跨中和四分點的控制截面懸掛重錘，并在重錘對應的系桿位置，布置高程測點。用鋼直尺或者百分表測量重錘對應系桿測點的相對位移，同時用水準儀測量系桿測點的高程，采用這種間接測量的方式測量拱肋控制截面的位移。測量時，以施工現場控制點為基準點，合理選擇儀器架設位置，保證測量的可行性和準確性。

⑧溫度監控

溫度是影響系桿拱橋變形和應力的主要因素之一。在施工中主要受溫度變化的影響，溫度變化在拱肋中產生溫度應力，影響數據測量的準確性。因此，本橋的溫度監控工作主要是為了在相同溫度時間段內測試監控數據，保證數據的連貫性和準確性，盡量消除溫度變化對測試數據的影響。監控工作中，測試數據的時間段選在凌晨太陽未出來前。

監控中所采用的振弦式應力計均具有同時測試溫度的功能，因此溫度測點與應力測點一致，測試應力時即測試溫度，也可根據實際需要單獨測量環境溫度。

4 質量安全主要控制措施

①鋼管拱安裝前必須對每節鋼管拱的弦長、直徑等幾何尺寸進行檢查，并按要求標識明確。

②鋼管拱節段吊裝時，必須確定每節拱肋的重心位置，焊好吊耳，并計算出每吊的千斤繩的長度，確保其垂直起吊。

③鋼管拱在安裝時，必須可靠的臨時連接，臨時連接所用的管口法蘭螺絲必須全部上齊，加勁板必須與拱肋滿焊焊接。

④鋼管拱拱肋填充混凝土頂升時，同一弦管必須兩側對稱頂升，兩端的混凝土面高差控制在2m以內。

5 結論

下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結構支架施工技術綜合研發鋼管混凝土拱橋現澆臨時支架體系設計與施工、鋼拱肋安裝施工技術、拱橋施工過程線形控制及穩定分析、下承式鋼管混凝土拱橋施工監控技術等，充分利用新型結構、材料的性能，加快施工進度，提升下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工質量，有效推進鋼管混凝土拱橋施工技術進步，社會效益明顯，具有較好的推廣應用價值和廣闊的市場應用前景。