黃建明 馬 斌

（中交三航局南京分公司， 江蘇 南京 210011）

0 前言

鋼管混凝土系桿拱橋由于工程性能出眾、造型優(yōu)美，被越來越多的使用于市政橋梁工程中。是一種組合拱與梁的優(yōu)點的橋型，它將拱與梁兩種基本結(jié)構(gòu)形式組合在一起，共同承受荷載，充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能和組合作用，拱端的水平推力由系桿（梁）承受，使拱端支座不產(chǎn)生水平推力。拱與弦間用兩端鉸接的豎直桿聯(lián)結(jié)而成。隨著技術進步、經(jīng)濟發(fā)展和廣大群眾審美的提高，造型各異的鋼管混凝土系桿拱橋也不斷推陳出新。

異形鋼管混凝土拱區(qū)別于傳統(tǒng)兩側(cè)對稱雙拱結(jié)構(gòu)，拱肋位于橋梁中線，通過中軸線兩側(cè)偏轉(zhuǎn)，形成對稱的副拱配重，達到抵抗橫向力的作用。在施工中進行線型控制時具有以下幾大難點：

（1）主拱線形控制精度要求高；

（2）鋼管混凝土拱結(jié)構(gòu)受力復雜，體系轉(zhuǎn)換帶來的變形難以避免；

（3）鋼結(jié)構(gòu)溫度變形較大；

（4）異形連接件一般為空間曲面，坐標計算、尺寸計算、測量定位難度較大。

1 工程概況

本橋梁采用 1×60m 下承式拱梁組合體系橋方案，正交布置。橋梁總寬 27m，主拱肋為二次拋物線無絞拱，矢跨比 1/4.48，計算跨徑 58.2m,計算矢高 13.0m，采用圓形斷面，直徑 1.8m，鋼管內(nèi)灌注 C55 微膨脹混凝土。副拱肋為二次拋物線，采用圓形截面，截面直徑為 1.0m。拱間采用鋼連接件連接。

主拱肋線形為二次拋物線，位于橋梁中心線上，主拱平面鉛錘于大地其方程為：

Z=-52/58.2014259^2*X^2+13(-29.1007≤X≤29.1007)

副拱（穩(wěn)定拱）與主拱面夾角為 14.628°及于水平面夾角為 75.372°拱軸線方程：

Z=-50.6845716/546127913^2*x^2+12.6711429(-27.3057≤x≤27.3057)

主副拱肋平面圖布置圖

主、副拱肋平面布置圖

2 施工概況

2.1 拱肋分段

縱向劃分為5段，長度控制在20米左右，輔助拱縱向劃分與主拱一致。

2.2 總體施工順序：

計算機軟件建?！摌?gòu)件廠內(nèi)制作→橋上安裝支架→安裝兩側(cè)主拱肋→主拱肋合攏→安裝兩側(cè)副拱肋→副拱合攏→安裝兩側(cè)橫向聯(lián)系。

3 線形控制基本概況

橋梁的施工控制網(wǎng)采用54年太原獨立坐標系統(tǒng)，為城市一級導線網(wǎng)，高程系統(tǒng)采用黃海高程系，按四等水準布設。主橋控制網(wǎng)布控在橋的兩端，采用鋼釘釘入現(xiàn)有瀝青路面設置。鋼管拱的標高采用全站儀三角高程測量控制，兩個控制點均有高程控制。在拱肋吊裝前應對測量儀器進行檢驗和校正，以保證測量成果的精度。并對主橋控制網(wǎng)進行全面復測和報審。

根據(jù)本橋鋼拱施工工藝及橋梁力學模型，計算出鋼拱在體系裝換中的變形量，并最終確定預拱度為20mm。

根據(jù)本橋鋼拱結(jié)構(gòu)的特點，將結(jié)構(gòu)劃分為三部分，分別采用不同控制要點進行測控：

（1）主拱為主要應力結(jié)構(gòu)，要求確保軸線、高程及吊桿套筒位置的精度。

（2）副拱起裝飾和穩(wěn)定作用，主要控制兩側(cè)角度對稱性。

（3）連接件起裝飾作用，主要控制組裝中的線條流暢性。

4 施工控制工藝

4.1 計算機軟件建模應用

由于本橋異形鋼拱組合體結(jié)構(gòu)復雜，組件眾多，施工傳統(tǒng)三維空間坐標計算較為困難，且實際施工中難以操作，故本橋采用電腦軟件構(gòu)件三維坐標系，根據(jù)圖紙給出的各項參數(shù)建立3D模型，在模型的輔助下，較為便捷的確定各構(gòu)件的尺寸及空間位置，并提前在廠內(nèi)生產(chǎn)過程中進行編號、定位和畫線。

利用軟件建立全橋力學模型，提前預測每一步體系轉(zhuǎn)換導致的結(jié)構(gòu)變形，進行累加，計算出各控制點預拱度，并為各階段施工提供參考數(shù)據(jù)，便于及時調(diào)整，確保定位精度。

4.2 鋼管拱加工

為了保證鋼管拱的加工質(zhì)量和精度，橋梁的鋼管拱肋選擇專業(yè)化工廠加工。加工時按照1：1拱軸線放大樣，由于鋼材的熱膨脹系數(shù)較大，加工時間又是在夏天高溫季節(jié)，所以考慮了溫度修正；在制作的過程中，焊接作業(yè)量較大，還考慮了焊接變形。

全橋拱肋加工完成后，在廠內(nèi)進行了預拼，預拼過程中用全站儀對鋼管拱上下緣坐標點進行精確的測量，使之與計算坐標一致。

橫向連接件根據(jù)3D模型精確放樣，制作成模塊運輸至現(xiàn)場，待主、副拱安裝完成后，再進行焊接組裝。提前對橫向連接件進行編號，根據(jù)3D模型中確定的位置，在主、副拱上畫線標記，并標注編號，方便后續(xù)施工，避免錯亂。

4.3 鋼管拱吊裝測量技術

橋梁的拱肋定位采用三維坐標法，將全站儀架設在路面控制點上，利用全站儀的三維坐標控制功能直接測出拱段前端觀測點的三維坐標。為確保施工質(zhì)量，保證拱肋的線形，每段鋼管拱在焊接前和焊接后必須進行空間位置的測量，并及時反饋、調(diào)整測量數(shù)據(jù)。

4.4 拱腳預埋段的安裝

主拱預埋節(jié)段定位安裝是鋼管拱肋安裝的一項重要工作，預埋位置的精度直接影響整體鋼管拱的安裝線形，因此有必要對拱腳預埋的測量控制進行嚴格把關。

主拱鋼管拱安裝時根據(jù)設計拱座中預留出的預埋段孔道，用吊機并輔助倒鏈將其初步就位，將主拱預埋段下端的定位鋼板焊接在承力鋼板上，固定初步位置，用千斤頂精確微調(diào)上口的空間位置和標高后，將拱腳預埋段與勁性定位骨架和臨時支架焊接牢固。在安裝過程中隨時檢查軸線和高程，固定后再次檢查軸線和標高，出現(xiàn)偏差需重新定位，確保拱腳預埋段的精度。

4.5 拱肋節(jié)段安裝測量

拱肋安裝過程中的觀測，是保證主拱肋正確就位的關鍵，如果觀測出現(xiàn)偏差，拱肋就位出現(xiàn)偏差，將導致整個拱肋安裝失敗，因此做好安裝過程中的跟蹤觀測工作十分重要。

根據(jù)設計圖紙和規(guī)范《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》的相關要求，本橋鋼管拱肋安裝實測項目的允許偏差如下：

1、拱軸線偏位≤10mm

2、拱圈高程偏差≤±20mm

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3、對稱點高差≤20mm

4.5.1 鋼管拱初步定位

拱肋在空間的部分分為三段加工拼接，預拼合格后平板車運至現(xiàn)場。搭設鋼管安裝平臺。按照軸線和高程，在每個支架兩側(cè)拱肋下沿位置安裝臨時定位支座，吊裝節(jié)段按照設計外傾角度放在承托支座上。

4.5.2 鋼管拱精確定位

分段的拱肋臨時固定后，采用千斤頂進行橫向微調(diào)和標高控制，根據(jù)吊裝節(jié)段在工廠預拼時做好的標記，將每一節(jié)段相鄰節(jié)段連接，并用全站儀精確定位復核，通過全站儀測量拱肋前端觀測點（人工將棱鏡架設在各節(jié)段前端預先做好的拱肋中線點上），根據(jù)各吊桿點高度來判斷是否需要調(diào)整拱肋軸線和高程，調(diào)整到與監(jiān)控數(shù)據(jù)符合后與支座焊接固定。兩端節(jié)段連接處對接螺栓臨時固定?？臻g微調(diào)是一個循序漸近的過程，直至其偏差值滿足規(guī)范和設計要求為止。

在精確定位過程中還要考慮溫度對拱肋的影響，現(xiàn)場應盡量避免晴天高溫是定位拼接，或者在夏天下午太陽下山之后進行微調(diào)和焊接。

當?shù)跹b節(jié)段調(diào)好后必須要把前面架好的每一節(jié)段測一組數(shù)據(jù)與沒有安裝時的數(shù)據(jù)比較，測出此節(jié)段安裝后，前面幾節(jié)段相應的下沉量，并提拱給監(jiān)控單位使其提供下一節(jié)段的施工預拱度。特別需要注意的是，拱肋的計算資料應考慮預拱值。

4.5.3 合攏段的吊裝

設計圖紙要求合攏前應該在25±5℃的溫度下對拱肋進行全面的線形、表格測量，并進行微調(diào)，確定出合理長度后，切除多余部分并將切除部分鋼板開坡口以利焊接質(zhì)量。當線形滿足設計、監(jiān)控及相關施工技術規(guī)范要求后，進行鋼板接口的焊接工作，完成拱肋的正式合攏。

4.6 豎向轉(zhuǎn)體撓度的影響

副拱長度較長， 豎向轉(zhuǎn)體，拱肋中部下擾，這對后面的合攏帶來了較大影響，如不考慮撓度，甚至會出現(xiàn)合攏困難，而且影響到整個拱肋的線形能否符合設計以及規(guī)范要求。解決方法：由專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)工程師計算出邊側(cè)拱肋轉(zhuǎn)體的撓度，在安裝邊側(cè)拱肋時加設預拱，有效地避免了副拱豎向轉(zhuǎn)體撓度帶來的影響。

4.7 連接件施工

連接件根據(jù) 3D模型確定的尺寸加工成三段，并按照提前畫好的位置進行連接。因連接件精度要求較低，故根據(jù)現(xiàn)場實際情況對連接件拼縫進行截短或加長。

5 整體效果

本橋鋼管拱安裝結(jié)束、混凝土頂壓完成后，經(jīng)第三方監(jiān)測單位實測，拱肋軸線偏位最大處為3mm，小于《公路橋涵施工技術規(guī)范》L/6000，L=60m,即10mm；拱圈高程最大偏位為+2mm，小于規(guī)范要求的±20mm。

6 結(jié)束語

該異型結(jié)構(gòu)的橋梁通過可靠措施和手段，確保了線形滿足要求，采取了以下幾項措施：

1、優(yōu)化施工工藝，確保工序、工藝的合理性和科學性。針對該橋的實際情況，對全橋施工工藝進行了反復論證和改進。根據(jù)鋼拱組合體重量較大，精度要求不同等特點，將原整體安裝方案改為主副拱及連接件分塊安裝方案，確保了結(jié)構(gòu)的可靠性和施工的安全性。

2、利用電腦軟件，提前統(tǒng)籌，一步到位。本橋鋼構(gòu)組合體為異形拱，副拱角度、連接件定位等因素給本橋鋼構(gòu)件施工帶來較大困難。通過3D模型、力學軟件的應用，精確掌握各控制點空間坐標，預測每一步體系轉(zhuǎn)換導致的變形量，提前籌劃，提前定位，為后續(xù)施工打下良好的基礎，提高了施工精度和施工速度。

3、加強過程控制，從整體到碎部，從拱肋的工廠加工到現(xiàn)場安裝，實施全過程控制，確保拱肋的線形達到設計要求。

4、從測量上控制。全戰(zhàn)儀三角高程單向觀測法的靈活運用，進行誤差估算；觀測墩的設置；多人多時段觀測有效保證了拱肋的安裝精度。