方睿

（北京市首發(fā)高速公路建設(shè)管理有限責(zé)任公司，北京 100000）

鋼管混凝土拱橋是鋼管和混凝土組合形成的一種結(jié)構(gòu)橋梁，其主要是將混凝土灌注入鋼管中，一方面充分利用混凝土灌注入鋼管，提高薄壁鋼管在受壓荷載作用下鋼管的穩(wěn)定性作用，另一方面通過鋼管對(duì)混凝土的圍箍作用，使混凝土形成三向應(yīng)力作用，提升混凝土受壓承載能力，充分發(fā)揮了混凝土和鋼材的抗壓和延性性能。

1 鋼管混凝土拱橋成拱施工過程控制的重要性和流程

1.1 鋼管砼拱橋成拱過程控制重要性

鋼管砼拱橋分為多種類型，一般根據(jù)承載形式分為上中下三種類型，拱肋的主要施工過程包括架設(shè)空心鋼管桁架、鋼管內(nèi)灌注混凝土、進(jìn)行橋面系施工三個(gè)主要工序。在每個(gè)施工工序根據(jù)橋梁類型的不同、兼顧施工過程的安全可靠和經(jīng)濟(jì)性綜合選擇最優(yōu)的施工方案。

鋼管砼拱在施工作業(yè)中要重點(diǎn)關(guān)注材料參數(shù)、拱肋線形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)溫度等各個(gè)參數(shù)，確保在過程中各個(gè)參數(shù)的選取和識(shí)別有效，并保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋到施工過程中去，及時(shí)調(diào)整施工控制參數(shù)、為拱肋的順利安裝合攏提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 鋼管砼拱橋成拱過程控制流程

施工過程主要的控制流程是施工→監(jiān)測(cè)→數(shù)據(jù)識(shí)別→修正參數(shù)→修正現(xiàn)場(chǎng)施工幾個(gè)階段的循環(huán)過程，在施工控制過程中的重點(diǎn)保障在于安全控制，以此為目標(biāo)，合理控制拱肋在施工階段的線形、標(biāo)高和內(nèi)力。通常來講，在施工過程中通過在結(jié)構(gòu)中預(yù)設(shè)測(cè)試元件，結(jié)合各種測(cè)試儀器，實(shí)施過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作，并根據(jù)設(shè)計(jì)提供的理論數(shù)值對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工過程中有效控制并準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，為施工的順利進(jìn)行提供有效的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和指導(dǎo)。圖1 為橋梁施工過程控制體系圖。

圖1 鋼管砼拱橋懸臂施工控制體系圖

嚴(yán)格執(zhí)行鋼管砼拱橋施工控制體系圖是保障橋梁施工正常進(jìn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)針對(duì)控制體系圖中的一些關(guān)鍵問題、重點(diǎn)控制參數(shù)進(jìn)行特別綜合監(jiān)測(cè)分析，綜合數(shù)值分析合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。綜合保障橋梁能夠順利達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。

2 鋼管混凝土拱橋成拱過程施工控制案例分析

2.1 橋梁項(xiàng)目概況

某三跨上承式鋼管混凝土拱橋，中跨為鋼管拱結(jié)構(gòu)，橋梁跨徑為（84+84+84）m，拱上結(jié)構(gòu)為梁式，中孔為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)體板，實(shí)體板設(shè)置于拱肋立柱蓋梁之上。邊孔上部結(jié)構(gòu)型式為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁,橋梁拱肋上主梁采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼板，采用Φs15.2 高強(qiáng)低松弛型鋼絞線雙端張拉作業(yè)。

拱肋計(jì)算跨度、矢高、矢跨比分別為75m、18m、1/4.166。采用拱軸系數(shù)1.8 的懸鏈線線形，單幅橋拱肋設(shè)置10m 的中心間距，鋼管內(nèi)填充灌注C50 自密實(shí)補(bǔ)償收縮砼，拱肋采用等高度啞鈴形截面。

拱肋按照10m/段共計(jì)8 段進(jìn)行加工制作，工廠加工制作并進(jìn)行預(yù)拼裝臨時(shí)固結(jié)后，運(yùn)輸至工地后吊裝進(jìn)行二次拼裝，二次拼裝成三段后再設(shè)置臨時(shí)支撐架設(shè)至高空進(jìn)行拼接安裝就位。橋梁結(jié)構(gòu)模型見圖2。

圖2 橋梁結(jié)構(gòu)模型圖

2.2 橋梁拱肋施工過程架設(shè)安裝

拱肋安裝施工過程主要包括施工前的準(zhǔn)備工作，鋼管拱工廠加工、運(yùn)輸工作，硬化場(chǎng)地并搭設(shè)臨時(shí)支撐，對(duì)稱安裝拱肋施工，拱間橫撐安裝工作，混凝土澆灌作業(yè)，鋼管防銹，混凝土養(yǎng)生滿足強(qiáng)度要求后拆除臨時(shí)支撐，鋼管柱梁支架搭設(shè)工作，澆筑拱上立柱、蓋系梁工作，從中間到兩側(cè)對(duì)稱澆筑拱上實(shí)體板梁，拆除鋼管柱等現(xiàn)澆支架工作。

2.2.1 臨時(shí)支架搭設(shè)工作；根據(jù)拱肋安裝過程中支撐系統(tǒng)承載能力和正常使用極限狀態(tài)對(duì)支撐系統(tǒng)各個(gè)桿件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算工作，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分項(xiàng)驗(yàn)算，支撐采用方管柱組成2500×2500 的格構(gòu)柱，支撐架頂部鋼構(gòu)件型號(hào)為H440×300×11×18(Q345B)熱軋型鋼平臺(tái)，其底座采用HM250×250×9×14熱軋型鋼。臨時(shí)支撐支架頂、底部平臺(tái)如圖3 所示。

圖3 臨時(shí)支撐支架頂、底部平臺(tái)示意圖

2.2.2 臨時(shí)支架根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算要求，采用獨(dú)立基礎(chǔ)，預(yù)埋設(shè)基礎(chǔ)安裝鋼板，焊接錨固鋼筋，并綁扎鋼筋和澆筑混凝土，確保支架基礎(chǔ)牢固有效。在支架搭設(shè)過程中，通過吊車吊裝每段鋼桁架，并進(jìn)行螺栓牢固連接，確保臨時(shí)支架滿足剛度和承載能力要求。

2.2.3 為避免支撐支架位置偏移，引起拱肋安裝過程中不能準(zhǔn)確安設(shè)，也便于調(diào)整拱肋安裝高度，通過鋼支撐平臺(tái)設(shè)置兩個(gè)鋼管柱和千斤頂，適時(shí)進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整工作。鋼管拱肋劃分節(jié)段和制作安裝，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，拱肋采用懸鏈線線型設(shè)計(jì)，水平投影長度為84m，總計(jì)重量為180t，在加工過程中通過分段加工制作，盡可能模擬懸鏈線線型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬加工成10m 一節(jié)，并現(xiàn)場(chǎng)拼裝，分段進(jìn)行吊裝的方法。鋼管拱加工制作技術(shù)要求如表1 所示。

表1 鋼管拱加工制作技術(shù)要求參數(shù)

2.2.4 節(jié)段制作工藝包括進(jìn)行號(hào)料、材料的切割加工和拼接焊接、無損探傷檢測(cè)以及工程試拼裝和防銹防腐施工作業(yè)。

2.2.5 各個(gè)拱節(jié)進(jìn)行平面試拼接完成后，便可以進(jìn)行立體拼裝工作，各個(gè)管件于工廠內(nèi)進(jìn)行彎曲組裝并焊接后，進(jìn)行預(yù)拼檢查，合格后便可以運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)在出廠前需要提供完備的驗(yàn)收合格材料，確保運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)管件符合設(shè)計(jì)要求，滿足施工質(zhì)量可靠的需要。

2.2.6 鋼管拱吊裝過程，鋼管拱拼接、補(bǔ)漆完成并驗(yàn)收合格后，進(jìn)行分段高空就位吊裝。鋼管拱分段吊裝順序?yàn)椋悍侄? 及橫撐吊裝作業(yè)→分段3 及橫撐吊裝作業(yè)→分段2 及橫撐吊裝作業(yè)。

2.2.7 吊裝合龍段及橫撐；節(jié)段2 兩端固定于格構(gòu)柱定位裝置上，通過定位鋼板及臨時(shí)螺栓連接鋼板與分段1、3 進(jìn)行臨時(shí)連接。橫撐采用定位鋼板進(jìn)行定位，臨時(shí)螺栓連接鋼板進(jìn)行固定。

2.3 橋梁拱肋架合龍過程施工應(yīng)用

合龍焊接，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段吊裝就位后，對(duì)所有接頭位置進(jìn)行焊接從而使鋼管柱形成一個(gè)整體。主要包括鋼管拱節(jié)段間環(huán)縫的焊接、橫撐的現(xiàn)場(chǎng)安裝和焊接具體工藝流程如圖4 所示。

圖4 鋼管拱拱肋合龍過程示意圖

鋼管拱肋的各個(gè)節(jié)段吊裝安設(shè)到位并臨時(shí)固定后，復(fù)合各個(gè)節(jié)段的線形和高程參數(shù)信息，滿足設(shè)計(jì)要求后即可進(jìn)行拼接接口的焊縫焊接工作，焊接前，可根據(jù)具體參數(shù)臨時(shí)解除焊接碼板并進(jìn)行拱肋鋼管微調(diào)，調(diào)整到位后便可以進(jìn)行環(huán)向焊縫焊接施工。

3 鋼管拱橋成拱過程成果分析

針對(duì)鋼管拱橋在施工過程中拱肋制作安裝和線形應(yīng)力控制，采用拱橋?qū)Ｓ玫臉蛄航Y(jié)構(gòu)計(jì)算分析程序計(jì)算分析，并根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行施工過程和理論線形狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工作業(yè)。

3.1 通過施工過程不同施工階段計(jì)算分析得到了每施工節(jié)段的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)情況分析結(jié)構(gòu)施工受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 針對(duì)拱肋制作安裝過程中進(jìn)行線型校核工作，根據(jù)各個(gè)拱節(jié)的具體情況進(jìn)行微調(diào)，空鋼管控制軸線等于拱肋軸線+拱肋預(yù)拱度- 空鋼管拱肋自重?fù)隙取?/p>

3.3 施工過程中根據(jù)拱肋空鋼管安裝和合攏過程中的理論參數(shù)，控制拱肋在施工過程中的應(yīng)力、撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析確定。

為確保拱肋施工過程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形安全可控，且滿足在成橋后主拱肋和橋面符合線形設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)和設(shè)計(jì)理論一致，必須在施工過程中進(jìn)行嚴(yán)格施工控制工作。

在施工過程中為了有效可靠的達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過采用必要的數(shù)據(jù)測(cè)量采集工作并對(duì)比拱肋坐標(biāo)定位、高程等數(shù)據(jù)，確保施工過程設(shè)計(jì)要求和達(dá)到成橋線形狀態(tài)。

4 結(jié)論

大跨鋼管砼橋因其結(jié)構(gòu)形式美觀、受力特性明確，且主要受力構(gòu)件拱肋充分發(fā)揮了鋼管的強(qiáng)度、混凝土的抗壓性能、鋼管對(duì)混凝土的圍箍作用，但是拱橋拱肋以其曲面結(jié)構(gòu)以及吊裝安設(shè)過程中的施工控制也尤其重要，文中以一鋼管混凝土拱橋?yàn)槔?，從拱肋施工過程中的吊裝和安設(shè)過程重點(diǎn)分析。

針對(duì)本上承式拱橋的設(shè)計(jì)類型，采取工廠分節(jié)加工，現(xiàn)場(chǎng)拼接成大節(jié)段，并分成三節(jié)進(jìn)行拼裝的過程，從節(jié)段預(yù)制到分節(jié)拼裝全過程安裝控制，明確控制指標(biāo)和控制參數(shù)，通過施工過程中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)表明，成拱狀態(tài)良好。

4.1 拱肋安裝過程中，尤其是鋼管拼接過程中要重點(diǎn)控制標(biāo)高參數(shù)，確保拱肋各個(gè)拼接截面有效連接，并滿足預(yù)設(shè)預(yù)拱度等參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 拱肋安裝完成后，灌注混凝土重點(diǎn)監(jiān)控澆筑質(zhì)量和澆筑密實(shí)度情況，局部根據(jù)需要采取灌注微膨脹混凝土等確保鋼管內(nèi)混凝土密實(shí)澆筑，充分發(fā)揮鋼管和混凝土的優(yōu)勢(shì)。

4.3 拱肋架設(shè)安裝過程中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)線形和內(nèi)力參數(shù)，確保施工及成橋狀態(tài)拱肋線形符合合理范圍內(nèi)，受力性能良好，成橋質(zhì)量可靠。

總結(jié)以上，鋼管混凝土拱橋重點(diǎn)要控制成拱過程的施工參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，確保拱肋達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)狀態(tài)，達(dá)到理想成橋狀態(tài)。