鋼管混凝土拱橋拱肋施工線形控制技術研究

朱洪駿

【摘 要】作為一種新型的橋梁形式，鋼管混凝土拱橋施工涉及復雜的工藝技術，對工人的施工水平具有較高的要求。在整個施工過程中，對拱肋進行線性控制是重點環節，該環節不僅直接影響橋梁工程的線性與內力情況，還關乎橋梁結構的穩定性。文章以鋼管混凝土拱橋拱肋施工的線性控制技術為探討主題，針對此種橋梁類型的拱橋特點，分析拱肋施工的控制流程，從鋼管拱加工與拼接等方面闡述拱肋施工工藝，以及拱肋安裝的線形控制方法。

【關鍵詞】鋼管混凝土拱橋;拱肋施工;線形控制

【中圖分類號】TU311.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）07-0110-03

0 引言

鋼管拱橋在我國的發展起步較晚，一直到20世紀90年代初，四川的旺蒼大橋建成后成為我國第一座鋼管混凝土拱橋。鋼管混凝土拱橋在各地橋梁工程的施工建設中得到廣泛應用，大跨度、輕質佳、簡單的工藝技術與美觀的外觀形態是其在實際應用中的突出優勢。隨著橋梁工程的不斷發展，逐漸增加的跨度不僅使鋼管混凝土拱橋的施工難度不斷增大，也出現了更為復雜的造型結構，要想實現對整體作業安全風險的有效把控，施工單位必須對拱橋拱肋施工的線形控制予以重點關注。

1 鋼管混凝土拱橋特點

鋼管混凝土拱橋屬于一種復合型結構，它是由拱肋、吊索、主梁及系桿組成的多次超靜定結構體系。在實際施工過程中，需要向鋼管內部壓入混凝土材料，進而借助鋼管的約束力套箍混凝土，達到整體受力的效果，整個橋梁結構上的靜荷載、動荷載均由鋼管混凝土共同承擔，有效地提高主體結構的抵抗力與強度，也在一定程度上使橋梁塑性形變能力大大增強。在鋼管混凝土拱橋的施工建造階段，需要著重關注對拱軸線的合理選擇，確保在實際應用鋼管混凝土結構時，能充分發揮其良好抗壓強度的優勢，一方面適當減小承受彎矩，另一方面有效提高其承載能力，確保拱橋在應用階段內的跨越能力符合設計要求，適應差異化的環境條件，保持外部形態的美觀性[1]。

2 鋼管混凝土拱橋拱肋施工控制流程

在實際的施工控制過程中，施工人員應關注結構安全，在開展橋梁內力和變形控制工作時一定要確保結構的穩定性和可靠性。近年來，我國的結構檢測體系越來越完善，檢測技術越來越成熟，內力檢測的精度和準度都有了較好的保證，所以利用拱肋、吊桿、橫梁等內力控制為原則，采用內力和變形雙控措施開展工作較為穩妥。在鋼管混凝土拱橋工程的施工階段，需要針對各個作業階段的具體要求與特點，借助不同的計算方法，計算拱肋結構的多項控制指標，例如撓度值、預拋高值及位移值等。通過分析與觀察當前大部分此類橋梁工程的實際施工情況可以發現，施工過程雖然能夠獲得精細、準確的理論性數值，但是工程施工過程的不確定性較高，因此難以有效指導一系列施工或難以達到預期的設計效果。深入研究導致出現這一現象的主要原因在于，只有采取分段吊裝鋼管拱肋并成拱后，才能進行混凝土灌注施工。除此之外，在橋面系的吊裝作業期間，很可能會不同程度地改變結構體系，復雜的外界影響因素也會給施工帶來干擾，因此也會制約并阻礙鋼管混凝土橋的架設施工。總而言之，要確保鋼管混凝土拱橋的整體施工質量，合理規劃具體的作業流程，對各個專業部分的完成質量開展實時監測，結合實際情況，科學調整拱肋結構的外觀形態，并嚴格分析其受力情況，為拱肋施工的安全性、穩定性提供必要保障，順利完成鋼管混凝土拱橋的建設，營造安全、良好的交通環境，切實提高橋梁工程的質量水平[2]。

3 鋼管混凝土拱橋拱肋施工工藝

3.1 工程概況

本文以某市鋼管混凝土橋梁工程為例，其主體跨徑為60 m，拱橋類型為下承式有推力的鋼管混凝土橋，主拱圈部分設計為啞鈴形的結構形式，并采用鋼混組合式結構建造橫梁，在橋面部分采用先簡支后連續的結構形式，鋪設適宜長度的普通鋼筋砼空心板。利用焊接“工”字鋼梁完成縱梁部分的鋪設工作。綜合考慮安裝施工的具體要求，選擇利用高強螺栓完成各個銜接部分的連接工作。該橋梁處于某地區的重要通道位置，綜合考慮施工現場環境條件與技術應用等多方面的因素后，選擇纜索吊裝的施工方法，對主要構件進行吊裝，包括橫梁、主拱肋及橋面板等。劃分全橋為幾個大小相等的節段，按照橋跨中心線這一基準，對各項部件進行對稱布置，合理裁定拱肋的中距，在每個節段內縱橋向水平投影的最大長度必須控制在規定范圍內，規范地標定最大荷載。鋼管拱橋整體吊裝示意圖如圖1所示。

3.2 鋼管拱加工

在制作鋼管拱圈期間，需要嚴格開展質量監測工作，一方面確保制作工藝符合規范要求，另一方面嚴格參照設計要求施工。溫度因素不僅會影響鋼結構的制作加工質量，還有可能干擾結構的安裝施工過程。因此，在加工鋼構件的作業期間，應重點把控鋼材料溫度的具體變化情況，觀察它是否存在焊接收縮等，包括畫線的粗細程度，如若缺少對此類因素的有效把控，會使拱圈的制作質量與預期效果之間存在較大偏差。在正式制作鋼管拱圈前，需結合實際需求分析各項參數，做好一系列準備工作，按照基礎部分的施工要求，構建完善、可行的作業計劃。在鋼管拱加工作業階段，需實時觀測溫度的實際變化，以設計方案中標定的合攏溫度為基準，科學矯正實際溫度，保證鋼管拱加工的精度與質量水平[3]。

3.3 拼接鋼

鋼管混凝土拱橋施工的鋼管拼接作業主要涉及兩個部分：一是平拼鋼管拱單肋，二是整體立拼鋼管拱相鄰段。在實際拼接作業階段，需綜合考慮橋梁工程的建設規模，系統分析周邊環境等可能存在的影響因素，精準測量接頭坐標，準確劃定相連位置，在此基礎上緊密連接鋼管混凝土拱橋的主體結構，使其形成一個完整、牢固的整體，保障橋梁工程的完成質量與使用成效。

4 鋼管拱肋安裝線形控制

4.1 安裝拱肋

在鋼管拱肋的吊裝安裝施工中，需要對多項參數指標進行精準把控，例如標高、拱肋軸線等，其中最重要的控制任務當屬對拱肋整體線形的實時控制。在拼裝拱肋作業階段，主要借助側風纜、摳索等技術手段調整軸線偏位和拱肋線形，對測量技術人員來說，需要對整個吊裝過程進行動態測控，在橋梁工程兩邊的陸地上固定風纜錨。

（1）對拱肋線形測量的控制。這一部分的施工需要結合橋梁拱肋線形的主要特點，通過測點三維坐標的控制方法，嚴格參照拱肋線形的設計要求，規范拼裝拱肋的整個作業過程，保障其呈現效果。與此同時，在實際施工階段需按照設計拱肋線形放樣標準，將預抬量適當增加，使調整摳索的次數適量減少，為了給技術人員的測量工作提供方便，可以在施工中引入對全站儀等專業設備的使用，在軸線放置全站儀可以精準定位測點軸線。在適當的側向位置放置設備便于觀察測評點面和高程定位等 [4]。在安裝拱肋方面，要確定每段拱肋的具體位置，在測點的選擇方面，應優先考慮正在安裝的拱肋端頭，以及兩拱對接處等，準確測量高程、拱軸線及平面位置，記錄和分析主要的參數數據。若鋼管混凝土橋梁工程施工中增加了拱肋軸線，則可以借助改變摳索長度，科學、合理地調整拱肋高程。此外，可以改變側風纜的實際長度，有效調整拱肋軸線可能出現的橫向偏離情況。

（2）預抬量的設置。調節扣索不僅可以優化橋梁結構的外觀形態，還可以提高拱肋軸線的設置質量，確保其滿足設計要求中的參數標準。但通過觀察大部分橋梁工程扣索的安裝情況發現，普遍存在頻繁調索的作業問題，不僅會影響鋼管混凝土橋梁結構的內力變化，也會不同程度地延長施工周期，影響作業進度。要想整體工程的質量得到保障，應結合實際情況有效把控調索次數，防止出現多次調索的現象[5]。在此過程中，對預抬量的合理設置顯得尤為重要。以拱肋安全為基礎，要實時掌握扣索索力的具體狀況，然后應用專業的計算機軟件，精準模擬計算結果，加載工程施工中涉及吊裝順序和扣掛體系統。在此基礎上，需借助現有的張拉設備復核計算張拉力。在完成一系列的計算與復核作業后，同時完成張拉、收緊扣索的操作，確保預抬高程達到前期的計算標準。利用這樣的技術手段吊裝其他作業段的扣索，能夠較好地優化拱肋安裝質量，使調索次數大大減少。在進行模擬計算的過程中，應當采用MIDAS軟件平臺進行操作，并合理加載對應的扣掛體系統，確保整體順序符合標準。完成前期計算后，便可以按照該方法進行后續的整體吊裝，確保流程能夠處于最優狀態，實現良好的管理目標。此外，需要進行對應的復合計算，防止出現錯漏問題，提高預抬量的數據可靠性，降低出現不良情況的概率。

（3）對安裝次數的控制。安裝鋼管混凝土拱橋的拱肋，需要重點關注溫度變化，這是影響整個安裝作業的關鍵因素。在溫度變化的過程中，拱肋形態也可能產生相應改變，進而影響扣索的鋼絲繩。通過實踐觀察發現，拱肋高程會受到晝夜溫差的影響，主要原因在于由鋼管拱結構形成的拱肋具有較強的密封性，當熱量存儲于結構內部后，無法在短時間內釋放出來，因此在拱肋安裝施工方面，需確保環境溫度適宜，獲得真實有效的數據結果，保證安裝拱肋線形的準確性。采取一系列措施后，能夠有效解決安裝次數的控制問題，實現良好的處理目標。通常，安裝鋼管混凝土拱橋的最佳適宜溫度為25 ℃，在這一環境條件下進行拱肋安裝能夠有效保證安裝次數符合對應標準。為了確保后續流程的正常進行，應當在日出前進行相關數據的收集，確保測量結果符合基礎標準，提高拱肋安裝線形的精準度，實現設計的預期目標。

4.2 控制合攏

天氣環境會對鋼管拱肋安裝的合攏控制產生一定影響，因此在合攏安裝施工前，需緊密觀測相鄰3～5天的天氣情況，并選擇適宜的時間觀測溫度變化趨勢，一般情況下，應優先考慮溫度較低的時期，有規律地記錄氣溫的觀測結果，綜合以往的施工經驗，確定適宜拱肋瞬間合攏的最佳溫度，然后在規定時間內完成合攏施工。在合攏控制方面，應對活動法予以靈活運用，有效把控合攏兩端，一方面滿足拱肋的安裝施工要求，另一方面應留有富余量。此外，可以借助測量平安位置、測量拱頂測點高程等方法，精準化定位合攏段，確保拱橋成橋后，鋼管拱圈處于最佳受力狀態下。科學合理的技術把控有助于優化合攏的安裝質量，使得橋梁的實際使用年限顯著延長。

5 結語

加強對鋼管混凝土拱橋拱肋施工的線形控制，有利于提高橋梁工程的整體建設質量，優化橋梁結構的整體外觀形態，精準分析拱肋安裝線形要求，滿足現代化橋梁工程施工建設的多元化發展需求。

參 考 文 獻

[1]趙藝程，萬川龍，許諾.鋼管混凝土拱橋的拱肋吊裝扣索力計算方法分析與探討[J].四川水泥，2020（11）：43-44.

[2]潘棟.超大跨鋼管混凝土拱橋施工過程中的智能主動控制研究[D].南寧：廣西大學，2020.

[3]李臣嶸.鋼管混凝土拱橋拱圈施工過程力學分析[D].合肥：合肥工業大學，2020.

[4]周彥文，李書兵，唐劍.大跨度鋼管混凝土拱橋成拱線形控制技術研究[J].施工技術，2020，49（2）：55-60，98.

[5]王紅偉.大跨度鋼管混凝土拱橋施工階段非線性穩定性能研究[D].南寧：廣西大學，2019.