浅析钢拱安装质量控制

邓方春

福建省交建集团工程有限公司（361009）

钢拱支架成型和拱段轴线测量以及各拱段吊装、焊接、直至体系转换，是对钢拱安装进行技术控制的重要环节。由于现场地质条件的限制和钢拱结构的特点,传统的脚手满堂钢管支架满足不了施工安装要求,为确保支架沉降控制在安装允许范围之内，保证钢拱定位、快捷、精准，本文以厦门园博苑睿智桥中的钢拱安装实例,对处在特殊地质环境下的钢拱支架施工和钢拱定位、测量、安装进行阐述。

1 工程概况

钢拱座落于厦门园博苑睿智桥E岛和H岛之间,系园博苑睿智桥中间跨钢箱梁独立的上部钢拱结构支承体系。桥全长180 m,纵坡3%，中跨位于半径为200 m平轴线内。其中主跨两侧（28+37m）=65m，为预应力混凝土连续梁；中跨50m为钢箱简支梁配钢箱单拱（见图1、2）。该钢拱跨径60m，拱矢高30m，矢跨比1/2，钢拱沿拱轴线采用钢箱等截面，拱脚至拱顶采用1.5 m矩形截面，其结构特点是矢跨比大,整个钢拱焊接之前由13节段拼装组合而成,左右各6节，中间一节为合龙段，最大荷重拱脚GA段为14.398吨，最小荷重为8.132吨，整个钢拱总重150吨。

2 主要阶段技术控制和施工方法

2.1 钢拱支架成型控制

地勘资料显示，钢拱施工范围地质情况，表层为8 m深的淤泥质土，中间层为20m深粘性土层，底层为花岗岩。如果采用常规的抛石挤淤地基硬化处理，在地面上搭设支架，已满足不了施工安装要求，经专家论证分析，采用沿拱轴线横向7.5 m宽度范围打入4排，间距2.5 m，纵向60 m范围每隔4.0m～5.0m间距打入直径D=600mm、壁厚8mm，圆形钢管，用锤击振动桩锤打入粘性土中（见图3）。每根钢管进入土体按摩擦桩计算,经振动桩锤打入测量单根承截力30吨，经计算满足拱架受力要求,将打入粘性土层钢管做为支架桩基，上部钢管立桩从打入土体钢管顶面直接焊接（上部立柱钢管先在地面焊接完后,用吊机直接吊离地面对准桩基钢管焊接），考虑到支架稳定需要，从地面到拱顶设六层平台。每层纵横方向用16#槽钢设置剪刀撑,每排钢管在横向和拱轴纵向用20#合抱槽钢对顶焊接,此外在每节拱架端部垂直向下800mm设立限位操作平台,通过对整体支架静载预压,其最大压缩沉降为“1”mm，满足施工安装要求。

2.2 钢拱轴线测量控制

此拱轴曲线立面方程为二次抛物线（y=-0.03333（x-30）2+30），南北走向，施工安装由南、北方向对称向中间合龙。选用索佳SET230RK3型全站仪，设贯穿南向H岛（0.0）为观测站点，北向E岛（60.0）为中轴控制线,利用每节端节点空间坐标(见图4)来控制截面四个角点（其空间位置的坐标本身已涵盖线型走向及高度）跟踪定位观测，每节施工完毕，还要对前段已施工节段进行复测控制，通过坐标定位，既方便快捷，又准确无误，为拱身成型提供技术保障。

2.3 钢拱拱身吊装控制

1）吊装机械选型及车辆配置:根据钢拱节段重量、作业半径、和拱段高程，本次吊装选用50、100吨履带式汽车吊机各一台，配备12m长平板车一辆，完成钢拱转运，吊装作业。

2）吊装顺序:从拱脚（E、H 拱脚）开始，逐段对称吊装，每天完成左、右拱段各一节，每节段吊装完成后，进行精调，在已吊装段钢拱没有精准定位后，不得进入上段钢拱安装，如此对称逐级向上进行,完成后选择最佳时间完成最后拱顶合龙。实施步骤如下:

①吊装前先用全站仪测设下端拱座与第一节拱身接触面4个角点位置,根据角点位置用墨线在拱座钢板面弹出拱背，拱腹及侧面板外边控制线，在拱座与拱腹板面相交控制线下端、拱座与拱侧板面相交控制线边端用20mm×60mm×200mm长钢板（双侧方面焊接4个限位点）进行定位控制，选用 50吨位履带吊机，从拱脚（E、H）对称吊装 GAE、GAH第一节拱，上端临时固定在限位平台上，其次通过两端限位平台，各自用三台（10吨位）千斤顶，一台控制在钢拱侧面，另两台限位在钢拱腹部，配合全站仪进行精调，保证拱段轴线、高程和设计相符，调整完成后，第一节拱脚端部与拱基座进行焊接，吊装第二节段前监控单位在第一节拱腹底部安装应力测试，检查分段吊装荷载上去后支架的应力变化。

②第一节拱段对称吊装完成后,其它拱段依上述方法对称安装，通过限位平台与已吊装节段进行临时限位固定，附加螺栓连接（拱身端节点、先不焊接），每次吊装完成后，观测应力变化情况。

③合龙段安装:a）在完成各段拱身吊装后，留拱顶放在最佳时间进行合龙。具体做法是:根据已经成形的钢拱（差最后一节合龙段），用全站仪精确测设左、右端节段轴线，高程和合龙段留置空间的拱背、拱腹水平距离,测设时间选择在上午8:00～9:00时间段进行。b）将测设的合龙段尺寸和实际加工好的合龙段构件相比较,对未安装的合龙段构件出现的偏差根据测量数据进行修正,满足合龙段安装实际尽寸要求。c）选择合龙时间，由于钢拱受温度变化影响较为明显（热胀冷缩，气温超过25℃以上伸长）,因此合龙时间宜选择在上午8:00～9:00之间完成。d）根据拱顶高程、起重量荷载需要,本次合龙选用100吨轮履带式汽车吊机，完成拱顶合龙。

2.4 钢拱拱身焊接控制

钢拱逐段吊装完成后,经监控单位对拱轴线和各拱段高程进行复测，检查合拢段吊装完成后拱脚应力变化，在确认各项满足要求后,由总监理工程师下达拱段端头节点焊接施工令,施焊顺序应从第一节拱段开始，逐段对称向上施焊,施焊时选择CO2气体保护焊,由于每端节点焊缝量较大,（每处焊缝长6m、焊缝厚度32mm）焊接时不可能一次完成，为确保焊接质量，需分批填焊，刨光直至完成。所有节点焊缝外部施工条件要求严格,每天焊接工作时间要求在8:00～18:00，目的是避免在潮湿环境下施焊，影响焊接质量，焊接时焊剂应烘焙干，焊接工作完成后，经γ射线检查，质量达到一级焊缝标准。

2.5 钢拱支架体系转换

拱段端节点焊缝检查验收合格后,开始对钢拱进行涂装施工，完成后由总监理工程师下达指令，开始支架的拆除，拆架之前因钢拱顶端吊杆与钢箱梁还未安装，为确保拱身安全（主要施工季节怕遭遇台风影响），沿拱段轴线1/3外拱背对称两侧，和拱顶两侧分别设置缆风绳，以减少风力对拱身影响。

支架拆除应从拱架顶部（合拢段处）由上向下逐级分层拆除，同时在拆架过程中密切关注拱脚应力变化，使整个支架卸载有序，钢拱整体受力合理。

3 结束语

钢拱安装完成后经实体工程的检验,达到理想设计效果。上述五个关键阶段施工环节的技术控制,是保证钢拱顺利安装，取得满意效果的关键，对“三超”（超高、超大、超宽）结构体系，事先进行专家论证是必要的。尤其是安装阶段业主委托科研单位进行过程跟踪监控,通过测试应力试验数据表明，该拱在安装阶段和卸载过程及使用阶段,始终处于安全受控状态，达到理想设计效果。