范全高 （中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 緒論

我國(guó)拱橋歷史悠久，1990 年建成的跨徑115m 鋼管混凝土系桿拱橋“四川旺蒼東河大橋”標(biāo)志著國(guó)內(nèi)拱橋由重型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向輕質(zhì)構(gòu)造轉(zhuǎn)折。鋼管混凝土拱橋體質(zhì)質(zhì)量輕、跨越能力強(qiáng)，且施工方便、造價(jià)相對(duì)較低鋼混結(jié)構(gòu)，隨時(shí)代的進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)的提升，該結(jié)構(gòu)迅猛發(fā)展，逐步走向世界前列，世界最大跨度的拱橋?yàn)橹骺?52m 的重慶朝天門長(zhǎng)江大橋。鋼管混凝土拱橋的施工技術(shù)成熟，但結(jié)構(gòu)自身具有拱肋截面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、架設(shè)工藝控制難、內(nèi)應(yīng)力多次分配等的特點(diǎn)，因此施工過(guò)程中的內(nèi)力狀態(tài)和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制是確保工程安全、質(zhì)量及耐久性保障條件之一。筆者結(jié)合某鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控的實(shí)例，探討鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控的主要內(nèi)容與方法。

1 工程概況

某鋼管混凝土拱橋主橋設(shè)計(jì)飛燕式三跨梁拱組合結(jié)構(gòu)， 跨徑為（39+139+39）m 中承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋梁體系由鋼管混凝土拱肋、預(yù)應(yīng)力混凝土主梁、預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁、吊桿及橋面系統(tǒng)組成。主跨計(jì)算跨徑139m，矢跨比1/4，矢高34.75m，拱軸系數(shù)m=1.1 懸鏈線式的拱軸線。

主拱肋截面為啞鈴型，上下管1.1m等直徑鋼管，鋼管壁厚18mm，鋼管內(nèi)填充C50 微膨脹混凝土，肋高2.8m。拱肋平行間距17.60m，設(shè)置5 道鋼管橫撐。主跨系梁等截面箱梁，梁高2.158m，寬22m，邊跨C50 變截面混凝土箱梁，梁高由邊跨支點(diǎn)處2.471m 變至梁拱結(jié)合段處5.129m，寬22m；主梁內(nèi)布設(shè)2×26束15- 22（12）φs15.2mm 鋼絞線，鋼束錨下張拉控制應(yīng)力為0.75fpk。吊桿順橋向間距5.1m，全橋共設(shè)42 根吊桿，邊吊桿為85 根φ7mm 鍍鋅高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲組成的鋼束，其余吊桿為73根φ7mm 鍍鋅高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲組成。主橋主墩的拱座與承臺(tái)設(shè)計(jì)分離式實(shí)心鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承臺(tái)基礎(chǔ)下采用6 根2m 的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，荷載等級(jí)為荷載等級(jí)公路- Ⅰ級(jí)。圖1 為主橋立面示意圖，圖2 位主跨跨中斷面圖。

圖1 主橋立面示意圖（單位：m）

圖2 主橋斷面（跨中）示意圖（單位：m）

2 施工總體方案概述

圖3 現(xiàn)場(chǎng)勁性支架法施工圖片

施工總體方案采用“先拱后梁”法施工工藝，鋼管拱肋采用方形網(wǎng)格勁性排架法架設(shè)，拱肋分為9 節(jié)段分節(jié)段吊裝就位，整體線形調(diào)整，無(wú)應(yīng)力合龍焊接，填充管內(nèi)混凝土，再逐段吊裝縱橫梁，調(diào)整預(yù)應(yīng)力成橋。

3 施工監(jiān)控意義

本橋?qū)儆诙啻纬o定結(jié)構(gòu),成橋拱軸和橫、縱梁線形及吊桿、系桿的張拉力有較嚴(yán)的要求,每個(gè)節(jié)點(diǎn)外力施加的大小、方向、時(shí)間及坐標(biāo)的變化都會(huì)影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的再分配。雖然模擬計(jì)算過(guò)程中,可以計(jì)算出各施工階段的索力、梁體變形及應(yīng)力分配云圖,但實(shí)施過(guò)程設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)諸如材料的彈性模量、構(gòu)件重量、混凝土的收縮徐變系數(shù)、施工中溫度變化以及施工臨時(shí)荷載條件等與實(shí)際參數(shù)有所偏差。同時(shí)考慮施工過(guò)程中支架、模版等臨時(shí)設(shè)施較多，模擬真實(shí)較差，從而容易威脅結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全理論計(jì)算的吊桿力、線形與實(shí)際施工出入較大，只有做到理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，逐步在施工中調(diào)整理論與實(shí)際的偏差同向性，才可以達(dá)到設(shè)計(jì)理念。

系桿拱橋施工監(jiān)控的關(guān)鍵是建立施工監(jiān)控體系并正確的運(yùn)作：一方面根據(jù)選定控制參數(shù)的理論計(jì)算值，確定施工監(jiān)控目標(biāo)；另一方面，針對(duì)實(shí)際施工過(guò)程中由于種種因素所引起的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的差異，采用一定的方法加以控制和調(diào)整。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)桃江大橋主橋進(jìn)行比較系統(tǒng)的理論分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在充分了解其受力性能和施工工藝以及系統(tǒng)觀測(cè)的基礎(chǔ)上，建立合理的分析模型，對(duì)施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)實(shí)施有效控制。

4 標(biāo)高監(jiān)控分析

拱橋勁性主拱架設(shè)采用了分節(jié)段排架架設(shè)法，將整個(gè)拱肋分為9 節(jié)段，架設(shè)在鋼管樁排架上，方便焊接，節(jié)段編號(hào)分左右兩拱，從拱腳至拱頂按樁號(hào)大小方向依次編排，如：小樁號(hào)側(cè)左拱段第2 節(jié)段。測(cè)點(diǎn)布置在兩節(jié)段接口位置附近0.5m 范圍內(nèi)。

各控制點(diǎn)測(cè)量值及實(shí)測(cè)值

三條箱梁理論線形（設(shè)計(jì)線形、目標(biāo)線形和預(yù)拱度線形），設(shè)計(jì)線形由大橋設(shè)計(jì)單位提供；目標(biāo)線形則是在設(shè)計(jì)線形的基礎(chǔ)上，計(jì)入活載和長(zhǎng)期徐變的作用。預(yù)拱度線形的計(jì)算要在大橋施工圖中施工階段基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，考慮施工工藝的變更，臨時(shí)荷載的改變等因素，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，如無(wú)特殊變化，目標(biāo)線形與預(yù)拱度線形是一致的。

從上表可得，橋面標(biāo)高較設(shè)計(jì)標(biāo)高偏低，行車道兩側(cè)最大值較設(shè)計(jì)標(biāo)高低0.046m，行車道中心線最大值較設(shè)計(jì)標(biāo)高低0.087m，橋面橫坡較設(shè)計(jì)值2%小。主要因素推斷為：①橋面橫坡設(shè)置不足；②主梁澆筑過(guò)程混凝土澆注不到位。總之，主拱標(biāo)高較設(shè)計(jì)標(biāo)高有些許差別，在規(guī)范容許范圍內(nèi)；橋面鋪裝橫坡較設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)小。線形監(jiān)控是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，除監(jiān)控單位要準(zhǔn)確計(jì)算、分析和預(yù)測(cè)外，還取決于施工方精細(xì)施工。

5 應(yīng)力監(jiān)控研究

鋼管拱橋應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要是對(duì)施工階段的主梁應(yīng)變監(jiān)測(cè)。通過(guò)應(yīng)變實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)環(huán)境、受力狀態(tài)、施工條件等微調(diào)應(yīng)力施加調(diào)整主梁受力狀況，控制應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)理論應(yīng)力范圍，確保結(jié)構(gòu)的施工安全和質(zhì)量安全。該項(xiàng)監(jiān)測(cè)貫穿成橋全過(guò)程，實(shí)時(shí)與設(shè)計(jì)理論線進(jìn)行擬合。

鋼管拱橋應(yīng)力監(jiān)控主要對(duì)施工階段的拱肋、主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)。拱肋主要內(nèi)容包括邊跨拱腳應(yīng)力監(jiān)測(cè)、主跨拱腳應(yīng)力監(jiān)測(cè)，主跨1/4 跨、1/2 跨、3/4 跨拱肋應(yīng)力監(jiān)測(cè)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)工作主要有施工過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、施工監(jiān)控計(jì)算文件的建立及在施工過(guò)程中的實(shí)時(shí)調(diào)整、施控參數(shù)在施工過(guò)程中依據(jù)反饋測(cè)試數(shù)據(jù)的辨識(shí)和修正。主橋主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)的各測(cè)試截面上、下緣的混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算值（按照設(shè)計(jì)參數(shù)取值）的沿程比較結(jié)果見(jiàn)圖4～圖6。本報(bào)告中應(yīng)力壓應(yīng)力為正負(fù)值，拉應(yīng)力為正值，混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)力值已經(jīng)扣除混凝土收縮徐變的影響（圖中所示應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面頂緣與底緣應(yīng)力平均值）。

圖4 主拱腳應(yīng)力狀態(tài)值

圖5 主拱1/4 跨應(yīng)力狀態(tài)值

圖6 主拱跨中應(yīng)力狀態(tài)值

6 結(jié)論

施工監(jiān)測(cè)、監(jiān)控工作要求具有深厚的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐施工監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)，能有效地開(kāi)展監(jiān)控工作，對(duì)實(shí)際施工中提出的各種技術(shù)問(wèn)題和異常情況，能理論聯(lián)系實(shí)際給出合理解釋及找出內(nèi)在本質(zhì)原因，并及時(shí)加以有效妥善處理，本橋施工監(jiān)控根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程動(dòng)態(tài)，實(shí)測(cè)與理論數(shù)據(jù)的擬合，達(dá)到設(shè)計(jì)理念狀態(tài)，形成以下結(jié)論和建議：

①鋼管混凝土組合充分利用材料特性應(yīng)用于拱橋拱肋大大提升了拱橋的跨越能力和范圍，但其中、下承式結(jié)構(gòu)形式，給施工監(jiān)測(cè)帶來(lái)了一定的難度，其中高精度局域測(cè)量網(wǎng)、應(yīng)力計(jì)的布設(shè)、應(yīng)變位置選擇都是監(jiān)控測(cè)量系統(tǒng)十分重要的因素；

②鋼結(jié)構(gòu)安裝精定位與合攏、鋼結(jié)構(gòu)線形與定位測(cè)量均要求在設(shè)計(jì)要求的合攏溫度（20℃±2℃）范圍內(nèi)進(jìn)行，以確保工程質(zhì)量（主要是避免溫度附加應(yīng)力的產(chǎn)生）和可比性（鋼結(jié)構(gòu)線膨脹系數(shù)比較大，對(duì)溫度特別敏感，進(jìn)行實(shí)踐溫度修正計(jì)算）；

③鋼管拱肋內(nèi)混凝土采用泵送頂升施工，單肢拱肋由兩拱腳至拱頂對(duì)稱均衡地一次連續(xù)壓注完成?；炷翂鹤⒆裱爸鸩匠晒?，逐級(jí)加載，外力釋放，間期縮短”的原則，以橋軸線為對(duì)稱線，橋兩側(cè)對(duì)稱加載，嚴(yán)格監(jiān)控施工非均勻?qū)ΨQ加載，避免偏載造成拱軸線移位變形，產(chǎn)生內(nèi)存應(yīng)力局部集中；

④飛燕式大跨鋼管預(yù)應(yīng)力系桿拱橋，安裝工序多、工藝復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地復(fù)雜，施工技術(shù)難度大，工程質(zhì)量要求高，施工過(guò)程中需嚴(yán)格安裝工序和測(cè)量控制，同時(shí)嚴(yán)格接口焊接工藝，都對(duì)成橋線形一定關(guān)聯(lián)影響，必須全局規(guī)劃、細(xì)節(jié)監(jiān)控、實(shí)時(shí)擬合調(diào)整，最終本橋主拱合龍線形偏差滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)力水平與設(shè)計(jì)理論值較好吻合。