淺析鋼拱安裝質量控制

鄧方春

福建省交建集團工程有限公司（361009）

鋼拱支架成型和拱段軸線測量以及各拱段吊裝、焊接、直至體系轉換，是對鋼拱安裝進行技術控制的重要環節。由于現場地質條件的限制和鋼拱結構的特點,傳統的腳手滿堂鋼管支架滿足不了施工安裝要求,為確保支架沉降控制在安裝允許范圍之內，保證鋼拱定位、快捷、精準，本文以廈門園博苑睿智橋中的鋼拱安裝實例,對處在特殊地質環境下的鋼拱支架施工和鋼拱定位、測量、安裝進行闡述。

1 工程概況

鋼拱座落于廈門園博苑睿智橋E島和H島之間,系園博苑睿智橋中間跨鋼箱梁獨立的上部鋼拱結構支承體系。橋全長180 m,縱坡3%，中跨位于半徑為200 m平軸線內。其中主跨兩側（28+37m）=65m，為預應力混凝土連續梁；中跨50m為鋼箱簡支梁配鋼箱單拱（見圖1、2）。該鋼拱跨徑60m，拱矢高30m，矢跨比1/2，鋼拱沿拱軸線采用鋼箱等截面，拱腳至拱頂采用1.5 m矩形截面，其結構特點是矢跨比大,整個鋼拱焊接之前由13節段拼裝組合而成,左右各6節，中間一節為合龍段，最大荷重拱腳GA段為14.398噸，最小荷重為8.132噸，整個鋼拱總重150噸。

2 主要階段技術控制和施工方法

2.1 鋼拱支架成型控制

地勘資料顯示，鋼拱施工范圍地質情況，表層為8 m深的淤泥質土，中間層為20m深粘性土層，底層為花崗巖。如果采用常規的拋石擠淤地基硬化處理，在地面上搭設支架，已滿足不了施工安裝要求，經專家論證分析，采用沿拱軸線橫向7.5 m寬度范圍打入4排，間距2.5 m，縱向60 m范圍每隔4.0m～5.0m間距打入直徑D=600mm、壁厚8mm，圓形鋼管，用錘擊振動樁錘打入粘性土中（見圖3）。每根鋼管進入土體按摩擦樁計算,經振動樁錘打入測量單根承截力30噸，經計算滿足拱架受力要求,將打入粘性土層鋼管做為支架樁基，上部鋼管立樁從打入土體鋼管頂面直接焊接（上部立柱鋼管先在地面焊接完后,用吊機直接吊離地面對準樁基鋼管焊接），考慮到支架穩定需要，從地面到拱頂設六層平臺。每層縱橫方向用16#槽鋼設置剪刀撐,每排鋼管在橫向和拱軸縱向用20#合抱槽鋼對頂焊接,此外在每節拱架端部垂直向下800mm設立限位操作平臺,通過對整體支架靜載預壓,其最大壓縮沉降為“1”mm，滿足施工安裝要求。

2.2 鋼拱軸線測量控制

此拱軸曲線立面方程為二次拋物線（y=-0.03333（x-30）2+30），南北走向，施工安裝由南、北方向對稱向中間合龍。選用索佳SET230RK3型全站儀，設貫穿南向H島（0.0）為觀測站點，北向E島（60.0）為中軸控制線,利用每節端節點空間坐標(見圖4)來控制截面四個角點（其空間位置的坐標本身已涵蓋線型走向及高度）跟蹤定位觀測，每節施工完畢，還要對前段已施工節段進行復測控制，通過坐標定位，既方便快捷，又準確無誤，為拱身成型提供技術保障。

2.3 鋼拱拱身吊裝控制

1）吊裝機械選型及車輛配置:根據鋼拱節段重量、作業半徑、和拱段高程，本次吊裝選用50、100噸履帶式汽車吊機各一臺，配備12m長平板車一輛，完成鋼拱轉運，吊裝作業。

2）吊裝順序:從拱腳（E、H 拱腳）開始，逐段對稱吊裝，每天完成左、右拱段各一節，每節段吊裝完成后，進行精調，在已吊裝段鋼拱沒有精準定位后，不得進入上段鋼拱安裝，如此對稱逐級向上進行,完成后選擇最佳時間完成最后拱頂合龍。實施步驟如下:

①吊裝前先用全站儀測設下端拱座與第一節拱身接觸面4個角點位置,根據角點位置用墨線在拱座鋼板面彈出拱背，拱腹及側面板外邊控制線，在拱座與拱腹板面相交控制線下端、拱座與拱側板面相交控制線邊端用20mm×60mm×200mm長鋼板（雙側方面焊接4個限位點）進行定位控制，選用 50噸位履帶吊機，從拱腳（E、H）對稱吊裝 GAE、GAH第一節拱，上端臨時固定在限位平臺上，其次通過兩端限位平臺，各自用三臺（10噸位）千斤頂，一臺控制在鋼拱側面，另兩臺限位在鋼拱腹部，配合全站儀進行精調，保證拱段軸線、高程和設計相符，調整完成后，第一節拱腳端部與拱基座進行焊接，吊裝第二節段前監控單位在第一節拱腹底部安裝應力測試，檢查分段吊裝荷載上去后支架的應力變化。

②第一節拱段對稱吊裝完成后,其它拱段依上述方法對稱安裝，通過限位平臺與已吊裝節段進行臨時限位固定，附加螺栓連接（拱身端節點、先不焊接），每次吊裝完成后，觀測應力變化情況。

③合龍段安裝:a）在完成各段拱身吊裝后，留拱頂放在最佳時間進行合龍。具體做法是:根據已經成形的鋼拱（差最后一節合龍段），用全站儀精確測設左、右端節段軸線，高程和合龍段留置空間的拱背、拱腹水平距離,測設時間選擇在上午8:00～9:00時間段進行。b）將測設的合龍段尺寸和實際加工好的合龍段構件相比較,對未安裝的合龍段構件出現的偏差根據測量數據進行修正,滿足合龍段安裝實際盡寸要求。c）選擇合龍時間，由于鋼拱受溫度變化影響較為明顯（熱脹冷縮，氣溫超過25℃以上伸長）,因此合龍時間宜選擇在上午8:00～9:00之間完成。d）根據拱頂高程、起重量荷載需要,本次合龍選用100噸輪履帶式汽車吊機，完成拱頂合龍。

2.4 鋼拱拱身焊接控制

鋼拱逐段吊裝完成后,經監控單位對拱軸線和各拱段高程進行復測，檢查合攏段吊裝完成后拱腳應力變化，在確認各項滿足要求后,由總監理工程師下達拱段端頭節點焊接施工令,施焊順序應從第一節拱段開始，逐段對稱向上施焊,施焊時選擇CO2氣體保護焊,由于每端節點焊縫量較大,（每處焊縫長6m、焊縫厚度32mm）焊接時不可能一次完成，為確保焊接質量，需分批填焊，刨光直至完成。所有節點焊縫外部施工條件要求嚴格,每天焊接工作時間要求在8:00～18:00，目的是避免在潮濕環境下施焊，影響焊接質量，焊接時焊劑應烘焙干，焊接工作完成后，經γ射線檢查，質量達到一級焊縫標準。

2.5 鋼拱支架體系轉換

拱段端節點焊縫檢查驗收合格后,開始對鋼拱進行涂裝施工，完成后由總監理工程師下達指令，開始支架的拆除，拆架之前因鋼拱頂端吊桿與鋼箱梁還未安裝，為確保拱身安全（主要施工季節怕遭遇臺風影響），沿拱段軸線1/3外拱背對稱兩側，和拱頂兩側分別設置纜風繩，以減少風力對拱身影響。

支架拆除應從拱架頂部（合攏段處）由上向下逐級分層拆除，同時在拆架過程中密切關注拱腳應力變化，使整個支架卸載有序，鋼拱整體受力合理。

3 結束語

鋼拱安裝完成后經實體工程的檢驗,達到理想設計效果。上述五個關鍵階段施工環節的技術控制,是保證鋼拱順利安裝，取得滿意效果的關鍵，對“三超”（超高、超大、超寬）結構體系，事先進行專家論證是必要的。尤其是安裝階段業主委托科研單位進行過程跟蹤監控,通過測試應力試驗數據表明，該拱在安裝階段和卸載過程及使用階段,始終處于安全受控狀態，達到理想設計效果。