先拱后梁法施工的鋼管混凝土系桿拱橋施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

張正濤 李志利

1中鐵二十一局集團(tuán)路橋工程有限公司 陜西 西安 71000

2湖州致功工程檢測(cè)咨詢(xún)有限公司 浙江 湖州 313000

正文：

1 概述

某鋼管砼系桿拱橋跨徑88m，計(jì)算跨徑85m，計(jì)算矢高17.0m，計(jì)算矢跨比1/5，拱肋軸線為二次拋物線。拱肋采用2根鋼管混凝土組成的啞鈴型截面，截面高2.3m，鋼管直徑為φ900mm，壁厚18mm，上下鋼管以及拱腳與第一根吊桿間腹腔灌注C50微膨脹混凝土。全橋共設(shè)計(jì)2道K撐和1道一字撐，鋼管直徑為φ600mm，壁厚12mm的鋼管。全橋共設(shè)15對(duì)吊桿，吊桿采用GJ15-22鋼絞線整束擠壓式拉索體系。中橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土T形截面，端頭預(yù)留60cm濕接頭與系梁現(xiàn)澆成整體。端橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，實(shí)心截面。行車(chē)道板為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，厚度0.3m，與橫梁形成整體。主墩實(shí)體墩，群樁接承臺(tái)基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)立面如圖1所示。

圖1 上部結(jié)構(gòu)立面圖(尺寸單位：cm)

該橋的施工順序?yàn)椋涸谥Ъ苌犀F(xiàn)澆拱腳段、端橫梁及兩側(cè)的兩根中橫梁，穿施工用系梁臨時(shí)索，同時(shí)工廠預(yù)制鋼管拱肋，風(fēng)撐→鋼管拱助節(jié)段及風(fēng)撐從工廠運(yùn)至工地，利用浮吊整體吊裝鋼管拱助及風(fēng)撐，張拉臨時(shí)索調(diào)整拱肋標(biāo)高及拱腳位移→先灌注下鋼管砼，張拉系梁臨時(shí)拉索→灌注上鋼管砼，張拉系梁臨時(shí)拉索→每?jī)蓚€(gè)吊桿為一組，將單側(cè)系梁劃分為5個(gè)預(yù)制節(jié)段，待系梁預(yù)制好后進(jìn)行吊裝安裝，每組節(jié)段安裝后，均張拉臨時(shí)索進(jìn)行調(diào)整→系梁濕接縫澆筑，系梁形成整體后進(jìn)行系梁預(yù)應(yīng)力束的張拉，解除臨時(shí)索→張拉吊桿，調(diào)整系梁標(biāo)高→施工其余中橫梁，張拉橫梁預(yù)應(yīng)力→張拉吊桿，調(diào)整系梁標(biāo)高→施工橋面板，張拉吊桿→施工橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等二期附屬設(shè)施→最后一次張拉吊桿，全橋施工完成。

中小跨徑鋼管混凝土系桿拱橋通常采用先梁后拱的施工方法，即系梁及橫梁施工完成后，搭設(shè)支架施工拱肋，灌注混凝土，安裝吊桿進(jìn)行張拉。本橋建設(shè)期間，除主拱肋吊裝階段，其余階段橋下均要求通航，故本橋的施工采用先拱后梁的施工方法，施工難度大，施工技術(shù)要求高，需要采用有效的手段進(jìn)行施工監(jiān)控。

2 施工過(guò)程仿真分析

為了進(jìn)行施工控制計(jì)算分析，首先采用midas Civil建立全橋施工過(guò)程仿真計(jì)算有限元模型。主拱、系梁、橫梁均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，吊桿及臨時(shí)索采用只受拉桁架單元進(jìn)行模擬，主拱截面采用施工階段聯(lián)合截面進(jìn)行分析。有限元模型如圖2所示。通過(guò)施工過(guò)程仿真計(jì)算，得出各個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)的理論應(yīng)力、理論變形，并驗(yàn)算主要控制階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

經(jīng)計(jì)算，整個(gè)施工過(guò)程，拱肋鋼管最大應(yīng)力為受壓86.8MPa。拱腳最大水平位移為31.1mm。在系梁節(jié)段吊裝完成，澆筑系梁濕接縫形成整體之前，結(jié)構(gòu)的一階彈性穩(wěn)定特征值最小，此階段穩(wěn)定系數(shù)為5.841，大于4.0，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。一階屈曲模態(tài)為面外非對(duì)稱(chēng)失穩(wěn)。

圖2 有限元計(jì)算模型

3 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

為了確保主橋在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全的范圍內(nèi)，在主橋施工過(guò)程中必須進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制，采用自適應(yīng)控制法，及時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，通過(guò)利用獲取的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤修正計(jì)算，使有限元計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致，給出各施工階段的線形及內(nèi)力控制數(shù)據(jù)，用以指導(dǎo)和控制施工，保證成橋的線形及內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求。

鋼管混凝土拱橋幾何形態(tài)和變形是施工監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。重點(diǎn)對(duì)拱肋各八分點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

在吊裝過(guò)程中，拱肋中線偏位調(diào)整可利用橫向纜風(fēng)繩。在施工過(guò)程中需對(duì)臨時(shí)索進(jìn)行多次張拉以平衡拱腳水平推力，減少拱腳水平位移。在拱腳處需設(shè)置雙向觀測(cè)點(diǎn)以監(jiān)控拱腳的水平位移。施工過(guò)程中跟蹤測(cè)量系梁的變形，主要是吊點(diǎn)位置的標(biāo)高，確保吊桿的受力狀態(tài)及成橋橋面線形符合設(shè)計(jì)要求。

鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)對(duì)象主要是拱肋鋼管的應(yīng)力，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置在拱肋各四分點(diǎn)截面的上下緣。

拉索張拉力的控制方法主要有千斤頂壓力表和索力計(jì)等直接法和頻率測(cè)定法和磁通量法等間接法，本橋?qū)τ谂R時(shí)索和吊桿，采用千斤頂壓力讀數(shù)法與頻率測(cè)定法進(jìn)行雙控。另外由于溫度是引橋鋼管混凝土拱肋的變形和內(nèi)力變化的主要因素之一，還需要進(jìn)行溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

鋼管內(nèi)混凝土的灌注質(zhì)量和密實(shí)度會(huì)影響組合結(jié)構(gòu)的受力特性，可采用人工敲擊和超聲波檢測(cè)儀，對(duì)全拱進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)價(jià)澆筑質(zhì)量，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)壓漿處理。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼管混凝土系桿拱橋采用先拱后梁的施工方法，主拱結(jié)構(gòu)采用整體吊裝安裝后，再進(jìn)行系桿及中部橫梁的施工，施工中借助臨時(shí)系桿索的張拉來(lái)平衡拱腳水平位移，調(diào)整拱肋標(biāo)高及線形，施工控制難度大，需要跟蹤分析臨時(shí)索張拉對(duì)拱肋變形的影響，及時(shí)修正臨時(shí)索張拉控制力，使拱肋應(yīng)力和變形符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格做到雙控。同時(shí)，要精確控制吊桿的張拉力，使系梁標(biāo)高及梁面標(biāo)高滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。