下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結構支架施工技術應用分析

馬旖旎 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

1 前言

近現代，纜索吊裝-斜拉扣掛法是目前大跨度鋼管混凝土拱橋空鋼管的架設常用施工工法，該方法雖然工法比較成熟，但對于懸臂空鋼管結構來說，施工過程中的安全系數并不高，其安全性有賴于各節段扣索力的合理分布以及整個扣掛系統的受力合理性。針對上述問題，研究出下承式鋼管混凝土系桿拱橋鋼管拱拼裝關鍵技術，并結合實際工程案例，對該技術在實際應用中的可行性進行科學論述，在類似工程中具有借鑒意義。

2 施工技術

本工法在橋梁施工過程中，主橋采用承插式滿堂支架施工，鋼管拱采用少支架法進行施工，優化鋼拱肋安裝體系，減少施工荷載，保證工程質量。

3 工法特點

施工速度快、效率高，人員、材料、設備投入少，施工成本低，經濟效益顯著。

適應性強，對后續鋼管拱橋的施工具備一定的借鑒意義。

施工快捷，構件拼裝采用了少支架法，對現澆縱橫梁的結構質量影響小。

安裝質量可靠，施工安全性高，易于控制，同時采用橋梁應力監控及線型監控措施，對成橋質量具有保障作用。

4 工藝原理

本工法在針對船閘工程橋梁改建工況，主橋現澆采用承插型滿堂支架進行施工，滿足裝拆簡單高效、支撐穩定有效的施工需求。同時主橋支架將針對全橋受力情況，在上部結構施工完成后在進行拆除，保證施工過程中質量安全。

管道拱施工采取少支架法開展施工，將鋼管樁和型鋼組合成聯合支撐，下部與系梁預埋鋼筋連接，同時將分配梁和拱肋的調整裝置放在支撐的上方頂面安裝，從而可以成為便于拱肋拼裝的作業平臺。縱向左右幅使用2 根鋼管及橫向連接系組成支架。優化鋼拱肋運輸及安裝體系，有效降低空中對焊施工難度，提升成拱質量。同時采用少支架法，減少了現澆梁上的施工荷載，有效地保證了現澆梁的質量。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

基本流程為基礎處理→測量放樣→支架搭設→預壓(合格)→底模整形及檢測量測點布置→鋼筋施工→現澆施工→預應力第一次張拉→鋼管拱支架搭設→鋼管拱施工→鋼管拱混凝土頂升→預應力第二次張拉→鋼管拱支架拆除→現澆支架拆除。

5.2 操作要點

5．2．1 基礎處理

地基處理范圍為橋梁投影每側各超出3．0m。支架區域為原路基，需進行試驗監測，保證原路基土層地基承載力滿足要求。

澆筑C20混凝土面層時為保證有較高的平整度，可采用打鋼筋樁帶線法。

5．2．2 支架搭設

現澆梁采用承插型盤扣式滿堂支架施工，具體布置為支架立桿采用60mm×3．2mm 鋼管，鋼材材質均為Q345B。橫桿采用48mm×2．5mm 鋼管，鋼材材質為Q235B，豎向斜桿采用48mm×2．5mm 鋼管，鋼材材質為Q195，扣件式水平剪刀撐采用48．3mm×3．6mm 鋼管，鋼材材質為Q235B。采用橫桿豎向步距為0．5m、1．0m，立桿縱橋向間距分別為0．3m、0．6m、0．9m；橫橋向間距為0．3m、0．6m、0．9m；水平及豎向斜桿布置嚴格按照《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》(JGJ 231-2010)模板支架構造要求設置；所有模板均為15mm厚優質竹膠板。模板下方布置為沿主橋跨度方向布置10cm×10cm 的方木，方木下為(間距同立桿間距)普通10 號工字鋼。必須設置掃地桿，掃地桿距離地面20cm。

5．2．3 模板整形及監控

支架搭設完成后、底模鋪設前進行支座的安裝工作。進行支座安裝前應認真閱讀支座的使用說明書，嚴格按照支座說明進行安裝。支座的安裝應嚴格按照設計要求控制支座的平面位置、方向、頂面高程，確保其位置滿足設計及規范要求。

5．2．4 混凝土澆筑

混凝土輸送采用泵送，使用插入式振搗器振搗，一次性完成澆筑。澆筑順序為端橫梁→兩側系梁→中橫梁，為避免系梁與橫梁接觸部位產生施工縫，系梁、端橫梁、中橫梁同時進行澆筑。采用對稱澆筑，混凝土澆筑至頂面時，通過測量儀器控制頂面高程。在澆筑過程中，應及時抹平。在混凝土初凝前進行二次抹面工作，從而達到消除收水裂縫的目的。

5．2．5 架拱支架

將滿足強度要求的鋼管樁和型鋼組拼成支架，采用少支架法進行鋼管拱安裝，下部與系梁預埋鋼筋連接，在支架頂面安裝分配梁及拱肋作為調整設施，在頂面形成操作平臺，可以進行拱肋拼裝。

5．2．6 鋼管拱施工

①吊裝順序

拱肋分段按照制作方案分為7節(不含拱腳)，拱肋可滿足的最大吊裝重量不能大于20t，橫撐可滿足的最大吊裝重量不大于4t，需在每段拱肋和橫撐焊吊耳，在完成安裝后再將吊耳切割掉并打磨平整。

②吊裝過程

吊機伸長吊臂至指定高度；吊機起升拱肋；起升到指定安裝位置后，將拱肋下端與前拱肋節段進行臨時固定，再利用柱頂千斤頂調整拱肋上端，直到測量點坐標滿足要求，利用柱頂托盤固定拱肋上端。

③鋼管拱頂合攏

鋼拱在合攏節段的工廠制造時需要給每側預留多出約5cm 富余段，在吊裝合攏節段的前一天，先選一固定溫度條件，然后現場通過檢測，準確算出合攏口的長度，切割富余段并按圖紙規定的要求打磨出平整的坡口。最后在吊裝合攏當天同一溫度條件下進行合攏節段的安裝。

④鋼管拱安裝細節處理

橢圓度處理，現場對橢圓度的處理步驟為檢查拱肋橢圓度→利用千斤頂及頂架處理→及時用斜撐固定。

拱肋拼裝錯臺處理，現場安裝對錯臺的處理步驟→檢查拼裝節段錯臺量→利用千斤頂及頂架處理→及時用碼板固定。

5.3 施工監控

5．3．1 立模標高和軸線偏位控制

結構分析是結構施工控制的主要工作內容之一，根據施工完成的各施工狀態及成橋后的內力、位移計算，進而確定出結構各施工階段結構的控制參數。

對施工立模標高進行調整是控制橋梁線形最直接的手段，實際狀態各種因素引起的誤差都可以通過調整施工立模標高進行修正。確定立模標高的關鍵是確定拱肋和系桿的結構預拱度，本橋的結構預拱度先確定拱頂和系桿跨中的預拱度值后，按二次拋物線方程分配拱肋和系桿其他各控制點。

5．3．2 線形控制

線形控制包括拱肋和系桿的線形及軸線偏位控制。在橋梁施工過程中，為了保證橋梁的線形和軸線偏位能滿足設計文件的要求，必須在關鍵的施工階段對系桿和拱肋的線形和軸線偏位進行跟蹤監測。

5．3．3 應力監控

大跨度系桿拱橋應力強度監控涉及拱肋、系桿和橫梁的建筑應力強度監視。重要目的是測試拱肋、系桿和橫梁限制構件截面的極限情況，保證構件澆筑質量和施工安全。

①測點布置

應力測點可以選擇在以下位置：每片拱肋的拱腳、L/4截面、拱頂截面、3L/4截面的上下緣位置；系桿的L/4 截面、跨中截面、3L/4截面上下緣位置；兩側端橫梁和中間橫梁的跨中截面上下緣位置。

另外在施工過程中要求施工單位對布置的應力傳感器進行必要的保護，在傳感器易受破壞的重要控制截面布置備用應力傳感器。選擇拱肋的拱腳和拱頂位置截面、系桿的跨中位置截面分別在截面的上緣或下緣原傳感器附近布置一個備用傳感器。

②應力測試方法

應變計按規定的測量方位安裝在主筋上，測量電纜導線引至鋼筋混凝土表層。施工過程中要注意對應力傳感器和引出電線的防護。振弦式應力(應變)傳感器具有較好的長期穩定性，比較適合施工監控的要求。

圖1 鋼管拱頂節合攏

圖2 拱肋、系桿和橫梁應力測點橫向布置

③應力測試頻率

在橋梁施工過程中每一施工工況的變化都應對已預埋的應變計進行觀測，包括荷載發生變化、吊桿拉力發生變化前后都必須測量應力，并整理數據加以分析。

④吊桿索力監控

拱橋的短吊桿在后期橋梁運營過程中端部容易發生剪切破壞等現象，在監控中須格外注意短吊桿索力的精確控制，盡量保證成橋后短吊桿受力與其他各吊桿均勻協調。

為準確測定吊桿施工期間及使用期間吊桿索力，在每根吊桿上安裝磁通量傳感器一個，用以準確采集吊桿索力。實際監控工作中，同時采用振動法修正公式測量吊桿索力，并與磁通量法相互對比，更確切掌握吊桿索力的大小和變化。

⑤系桿和拱肋變形監測

在兩側拱肋跨中和四分點的控制截面懸掛重錘，并在重錘對應的系桿位置布置高程測點。用鋼直尺或者百分表測量重錘相對于對應系桿測點的相對位移且同時用水準儀測量系桿測點的高程，采用這種間接測量的方式測量拱肋控制截面的位移。測量時以施工現場控制點為基準點，合理選擇儀器架設位置，以保證測量的可行性和準確性。

⑥溫度監控

溫度是影響系桿拱橋變形和應力的主要因素之一。在施工中溫度變化是主要的影響因素。溫度變化在拱肋中產生溫度應力，影響數據測量的準確性。因此，本橋的溫度監控工作主要是為了在相同溫度時間段內測試監控數據，保證數據的連貫性和準確性，盡量消除溫度變化對測試數據的影響。監控工作中，測試數據的時間段選在凌晨太陽出山前。

6 效益分析

6.1 經濟效益

綜合研發鋼管混凝土拱橋現澆臨時支架體系設計與施工、鋼拱肋安裝施工技術、拱橋施工過程線形控制及穩定分析、下承式鋼管混凝土拱橋施工監控技術、臨渙船閘工程下承式鋼管混凝土拱橋施工技術等，充分利用新型結構、材料的性能，并減少大型機械的臺班使用數量、減少施工人工的數量、提高鋼管混凝土拱橋施工質量及工后耐久性，加快施工進度，縮短工期，減少耗材，提高施工效益。

6.2 社會效益

有效減少施工期間交通安全隱患，提高現場安全管理，提升下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工質量，不僅施工方便，工后橋梁的整體性也較好，整體施工操作效率高，施工時安全可靠，質量和安全性高，完工后獲得社會各方的高度好評。該技術研究可有效推進鋼管混凝土拱橋施工技術進步，社會效益明顯，具有較好的推廣應用價值和廣闊的市場應用前景。

7 結語

通過實踐應用，下承式鋼管混凝土系桿拱橋上部結構支架施工工藝在經過多次討論完善后，確保每一步施工安全可靠。節省施工用地，施工周期短，采用此種工藝能減少支架搭設工作量，有效緩解橋梁現澆的支架自重，更有利于安全、質量控制。

該技術研究可有效推進鋼管混凝土拱橋施工技術進步，社會效益明顯，具有較好的推廣應用價值和廣闊的市場應用前景。