大跨度鋼管混凝土拱橋成拱過程施工控制技術研究

方睿

（北京市首發高速公路建設管理有限責任公司，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構橋梁，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定性作用，另一方面通過鋼管對混凝土的圍箍作用，使混凝土形成三向應力作用，提升混凝土受壓承載能力，充分發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空心鋼管桁架、鋼管內灌注混凝土、進行橋面系施工三個主要工序。在每個施工工序根據橋梁類型的不同、兼顧施工過程的安全可靠和經濟性綜合選擇最優的施工方案。

鋼管砼拱在施工作業中要重點關注材料參數、拱肋線形、結構應力、結構溫度等各個參數，確保在過程中各個參數的選取和識別有效，并保證實時監測數據反饋到施工過程中去，及時調整施工控制參數、為拱肋的順利安裝合攏提供有力的數據支撐。

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→監測→數據識別→修正參數→修正現場施工幾個階段的循環過程，在施工控制過程中的重點保障在于安全控制，以此為目標，合理控制拱肋在施工階段的線形、標高和內力。通常來講，在施工過程中通過在結構中預設測試元件，結合各種測試儀器，實施過程中各項數據監測工作，并根據設計提供的理論數值對比分析，實現結構施工過程中有效控制并準確評估結構的安全狀態，為施工的順利進行提供有效的數據預測和指導。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

嚴格執行鋼管砼拱橋施工控制體系圖是保障橋梁施工正常進行的基礎，同時針對控制體系圖中的一些關鍵問題、重點控制參數進行特別綜合監測分析，綜合數值分析合現場監測。綜合保障橋梁能夠順利達到設計狀態。

2 鋼管混凝土拱橋成拱過程施工控制案例分析

2.1 橋梁項目概況

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

拱肋計算跨度、矢高、矢跨比分別為75m、18m、1/4.166。采用拱軸系數1.8 的懸鏈線線形，單幅橋拱肋設置10m 的中心間距，鋼管內填充灌注C50 自密實補償收縮砼，拱肋采用等高度啞鈴形截面。

拱肋按照10m/段共計8 段進行加工制作，工廠加工制作并進行預拼裝臨時固結后，運輸至工地后吊裝進行二次拼裝，二次拼裝成三段后再設置臨時支撐架設至高空進行拼接安裝就位。橋梁結構模型見圖2。

圖2 橋梁結構模型圖

2.2 橋梁拱肋施工過程架設安裝

拱肋安裝施工過程主要包括施工前的準備工作，鋼管拱工廠加工、運輸工作，硬化場地并搭設臨時支撐，對稱安裝拱肋施工，拱間橫撐安裝工作，混凝土澆灌作業，鋼管防銹，混凝土養生滿足強度要求后拆除臨時支撐，鋼管柱梁支架搭設工作，澆筑拱上立柱、蓋系梁工作，從中間到兩側對稱澆筑拱上實體板梁，拆除鋼管柱等現澆支架工作。

2.2.1 臨時支架搭設工作；根據拱肋安裝過程中支撐系統承載能力和正常使用極限狀態對支撐系統各個桿件進行強度、穩定性驗算工作，根據鋼結構相關計算標準進行分項驗算，支撐采用方管柱組成2500×2500 的格構柱，支撐架頂部鋼構件型號為H440×300×11×18(Q345B)熱軋型鋼平臺，其底座采用HM250×250×9×14熱軋型鋼。臨時支撐支架頂、底部平臺如圖3 所示。

圖3 臨時支撐支架頂、底部平臺示意圖

2.2.2 臨時支架根據設計計算要求，采用獨立基礎，預埋設基礎安裝鋼板，焊接錨固鋼筋，并綁扎鋼筋和澆筑混凝土，確保支架基礎牢固有效。在支架搭設過程中，通過吊車吊裝每段鋼桁架，并進行螺栓牢固連接，確保臨時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確安設，也便于調整拱肋安裝高度，通過鋼支撐平臺設置兩個鋼管柱和千斤頂，適時進行標高調整工作。鋼管拱肋劃分節段和制作安裝，根據設計文件，拱肋采用懸鏈線線型設計，水平投影長度為84m，總計重量為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，根據現場實際情況，擬加工成10m 一節，并現場拼裝，分段進行吊裝的方法。鋼管拱加工制作技術要求如表1 所示。

表1 鋼管拱加工制作技術要求參數

2.2.4 節段制作工藝包括進行號料、材料的切割加工和拼接焊接、無損探傷檢測以及工程試拼裝和防銹防腐施工作業。

2.2.5 各個拱節進行平面試拼接完成后，便可以進行立體拼裝工作，各個管件于工廠內進行彎曲組裝并焊接后，進行預拼檢查，合格后便可以運輸至施工現場，同時在出廠前需要提供完備的驗收合格材料，確保運至現場管件符合設計要求，滿足施工質量可靠的需要。

2.2.6 鋼管拱吊裝過程，鋼管拱拼接、補漆完成并驗收合格后，進行分段高空就位吊裝。鋼管拱分段吊裝順序為：分段1 及橫撐吊裝作業→分段3 及橫撐吊裝作業→分段2 及橫撐吊裝作業。

2.2.7 吊裝合龍段及橫撐；節段2 兩端固定于格構柱定位裝置上，通過定位鋼板及臨時螺栓連接鋼板與分段1、3 進行臨時連接。橫撐采用定位鋼板進行定位，臨時螺栓連接鋼板進行固定。

2.3 橋梁拱肋架合龍過程施工應用

合龍焊接，鋼結構節段吊裝就位后，對所有接頭位置進行焊接從而使鋼管柱形成一個整體。主要包括鋼管拱節段間環縫的焊接、橫撐的現場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

鋼管拱肋的各個節段吊裝安設到位并臨時固定后，復合各個節段的線形和高程參數信息，滿足設計要求后即可進行拼接接口的焊縫焊接工作，焊接前，可根據具體參數臨時解除焊接碼板并進行拱肋鋼管微調，調整到位后便可以進行環向焊縫焊接施工。

3 鋼管拱橋成拱過程成果分析

針對鋼管拱橋在施工過程中拱肋制作安裝和線形應力控制，采用拱橋專用的橋梁結構計算分析程序計算分析，并根據設計文件要求進行施工過程和理論線形狀態進行現場指導施工作業。

3.1 通過施工過程不同施工階段計算分析得到了每施工節段的結構參數，并根據參數情況分析結構施工受力狀態滿足設計要求。

3.2 針對拱肋制作安裝過程中進行線型校核工作，根據各個拱節的具體情況進行微調，空鋼管控制軸線等于拱肋軸線+拱肋預拱度- 空鋼管拱肋自重撓度。

3.3 施工過程中根據拱肋空鋼管安裝和合攏過程中的理論參數，控制拱肋在施工過程中的應力、撓度監測數據進行綜合分析確定。

為確保拱肋施工過程中的結構內力和變形安全可控，且滿足在成橋后主拱肋和橋面符合線形設計要求，結構內力狀態和設計理論一致，必須在施工過程中進行嚴格施工控制工作。

在施工過程中為了有效可靠的達到設計目標，通過采用必要的數據測量采集工作并對比拱肋坐標定位、高程等數據，確保施工過程設計要求和達到成橋線形狀態。

4 結論

大跨鋼管砼橋因其結構形式美觀、受力特性明確，且主要受力構件拱肋充分發揮了鋼管的強度、混凝土的抗壓性能、鋼管對混凝土的圍箍作用，但是拱橋拱肋以其曲面結構以及吊裝安設過程中的施工控制也尤其重要，文中以一鋼管混凝土拱橋為例，從拱肋施工過程中的吊裝和安設過程重點分析。

針對本上承式拱橋的設計類型，采取工廠分節加工，現場拼接成大節段，并分成三節進行拼裝的過程，從節段預制到分節拼裝全過程安裝控制，明確控制指標和控制參數，通過施工過程中數據監測表明，成拱狀態良好。

4.1 拱肋安裝過程中，尤其是鋼管拼接過程中要重點控制標高參數，確保拱肋各個拼接截面有效連接，并滿足預設預拱度等參數符合設計要求。

4.2 拱肋安裝完成后，灌注混凝土重點監控澆筑質量和澆筑密實度情況，局部根據需要采取灌注微膨脹混凝土等確保鋼管內混凝土密實澆筑，充分發揮鋼管和混凝土的優勢。

4.3 拱肋架設安裝過程中重點監測線形和內力參數，確保施工及成橋狀態拱肋線形符合合理范圍內，受力性能良好，成橋質量可靠。

總結以上，鋼管混凝土拱橋重點要控制成拱過程的施工參數符合設計要求，確保拱肋達到預先設計狀態，達到理想成橋狀態。