下承式系杆拱桥拱肋安装质量控制浅析

李智存

摘    要：以水阁至腊口公路新建工程第三合同段石浦大桥主跨下承式系杆拱桥拱肋安装为分析对象，探讨目前系杆拱桥拱肋安装工艺质量控制，并从拱肋加工、拱肋试拼、拱肋安装等方面强化过程控制措施，有效地克服传统施工工艺的弊端，加快施工进度，改善工程质量。

关键词：  下承式系杆拱桥;拱肋加工;拱肋安装;过程控制

1  前言

圆形钢管对混凝土的约束力强，现阶段研究理论与构造设计技术也已相当成熟，加之钢管拱桥结构轻便，造型美丽，在城市桥梁建设中，越来越多的钢管拱拱桥被建造，但近年来，一些钢管混凝土拱桥在制造和服役期形成局部缺陷，在恶劣环境中，这些缺陷急速恶化扩展，大大缩短了桥梁设计服役期，有的甚至导致桥梁垮塌。导致这些缺陷的原因主要是钢管拱在空中安装难度大，线型和高程不易控制，而钢管拱肋的连接主要采用空中焊接，加上空中焊接工作量大，一旦钢管拱安装不好，不仅会产生不合理的拱轴线引影结构受力，而且会加大拱肋的焊接难度，并且在连接接头处可能造成钢管的错台、焊接缺陷，从而影响桥梁完整性，严重影响钢管混凝土桥梁寿命。如何更好的确保拼装及焊接质量成为现阶段控制钢管混凝土质量的关键工序。本文就丽水市水阁至腊口公路工程石浦大桥三跨下承式系杆拱拱肋安装为对象，探讨钢管混凝土拱桥的拼装质量直接影响因素，对如何改善拱肋的拼装质量有一定的意义。

2  工程概况

丽水市水阁至腊口公路工程石浦大桥位于浙江省青田县腊口镇境内，为线路跨越浙江省青田县瓯江主干流大溪而设，荷载等级为公路-Ⅰ级，全桥共5联。石浦大桥主桥采用三跨70+100+70m（计算跨径）下承式钢管混凝土简支系杆拱桥，拱肋采用哑铃型钢管混凝土，横向两片平行拱肋，拱肋中距25.9m，主跨100m设置5道风撑，边跨70m设置3道风撑，拱轴线为抛物线，矢跨比1/5，主跨100m计算矢高20m，主跨70m计算矢高 14m，系梁、横梁为预应力混凝土结构，吊杆采用GJ钢绞线整束挤压式拉索体系，吊杆间距为 4.9m，行车道板为25cm实心板体系。本文以石浦大桥主跨为研究对象。

3  总体施工程序

施工准备→钢管拱肋加工→钢管拱试拼→钢管拱支架安装→拱脚安装→标准节段安装→合拢段安装→吊装风撑→清理现场→整理资料→竣工验收。

4  施工准备

4.1  施工技术资料准备

施工技术资料准备包括拱肋的安装方案，拱肋安装的控制轴线和标高的计算，以及拱肋的合理分段等内容。拱肋分段利用CAD、revit等软件画出拱肋的平面及3D效果图，然后根据钢构厂及现场场地条件、设备、起吊能力等综合评估后，对拱肋进行分段。单侧拱肋共分为9段，其中左4段、右4段为拱脚段，左3、2、1、右3、2、1为标准节段，中心段为合拢段其分段表1。

4.2  施工现场准备

严格按施工方案的内容准备相应的材料、吊车、卷扬机、倒链、千斤顶等，同时合理规划好施工场地，钢构厂不仅要准备拱肋加工的平台，而且须制做拱肋预拼装的胎架，胎架按1：1的施工大样尺寸进行放样，胎架立杆材料采用H型钢、平面材料采用6～12mm钢板，稳定限位斜撑均采用H型钢。用水准仪控制胎架的水平度，用经纬仪或全站仪控制其垂直精度。

5  钢管拱试拼

5.1  钢管拱肋单跨平拼

为了矫正钢管吊运变形，检验其设计拱轴线，同时确定拱肋的横向联接位置，为对应拱肋连接成整体提供依据，拱肋分段加工完成后需进行整跨平拼。将钢管拱整跨依次试拼，中间的合龍段与相邻的第二段均试拼。

5.2  钢管拱肋相邻段立拼

单跨平拼后，加工后的每段拱肋的接头截面倾角、坐标与设计有一定的偏差。因此为了确定横联位置，保证空中连接的顺利和质量，必须进行立拼。相邻段整体立拼，模拟拱肋在空中进行拼接，确保空中顺利连接，保证拱轴线及横联位置。

5.3  试拼精度

试拼时的精度要求：拱轴线实测值与设计值在竖向及水平方向的允许偏差值为：拱顶：±5mm; 1/4拱肋：±5mm;拱脚：±5mm。

6  钢管拱支架安装

支架采用4根H型钢组成，型钢间采用[20槽钢连接成整体框架。顶端采用HW300X300工字钢作为支撑横梁，支架顶端预留120cm作为拱肋拼装支垫空间，支垫采用钢板和钢楔块，结构采用格构梁结构，底部采用20mm厚承压钢板，4个螺栓固定。所有材料均采用Q235钢。

型钢的接长采用对接焊接，必须满焊，达到母材等强度要求，四周采用四块加劲板连接，加筋板尺寸为100mm×300mm（材质同钢管桩）。

钢管拱支架的安装在端横梁、系梁、中横梁安装完毕后，采用100t汽车吊进行吊装，整体支架安装在系梁上，在横桥向用直径25cm、壁厚6mm的钢管将支架与中横梁进行焊接连接，以加强拱肋支架基础的整体稳定性。

7  吊装控制点设置

每一段拱肋在吊装前应合理设置吊装控制点，其吊装控制点可选定距拱肋分段面下拱肋下管口水平距离50cm的轴线点。同时标记钢管上拱肋顶端轴线点在下拱肋垂直方向上的投影点，为后序复核拱肋仰角做准备。

8  拱脚安装

根据设计要求，拱脚端面设置了一块2.5cm厚的承压钢板，承压板表面与拱肋端面重合，重合部位采用焊接连接，用加劲板对拱肋内外和承压板表面进行加强焊接。承压板上的锚固钢筋一部分埋入系梁内。由于承压板的安装角度、标高及轴线直接影响到拱脚位置的安装，因此在安装承压板时，须通过全站仪、水平仪及吊线锤确定承压板的安装位置，同时为了保证承压板的安装精度，在浇筑系梁混凝土前对承压板进行固定，固定材料为型钢。

系梁浇筑完混凝土强度达到设计强度的75%后安装拱脚拱肋。用一台100t汽车吊起吊第一节拱肋，汽车吊吊钩上挂两台20KN的倒链用于调整拱肋倾角，将拱肋慢慢就位至承压板位置，拱脚中心线与承压板中心线重合，拱脚端面与承压板表面密贴，将拱脚钢管精确定位后，采用吊线锤复核拱肋预埋段的仰角，全站仪复核轴线、平面位置。精准定位后，将钢管固定在H型钢定位架上，钢管底端按照设计图纸要求与承压板进行固定满焊，拱脚固定牢固后，绑扎拱脚段剩余钢筋、安装模板、浇筑混凝土。注意在浇筑拱脚混凝土，振动棒不得触碰拱肋，防止拱肋发生偏位。

9  标准节段安装

采钢管拱安装前，先用全站仪复核支架顶部的标高，拱肋中心线并用油漆做好标记。用180t吊机起吊钢拱肋，拱肋的两个吊点各安装一条倒链，用以调整拱肋的倾角，拱肋运行至安装位置后，落钩要缓慢平稳，同时调整钢拱上下端高差，使其符合安装角度;在待装段下端与已装段的上端顶面接近时进行初定位，测量钢管拱肋坐标，按照监测单位对拱肋的监控指令通过支撑顶部可调的千斤顶将节段准确定位并固定于支架上，再进行节段连接。

10  合拢节段安装

10.1  施工准备

在工厂加工时钢管拱合龙节段每侧应预留5cm的富余量，起吊合龙段时，先在前一天的相同温度条件下，现场测量出合拢口的精确长度，然后对管节进行精确切割，并按图纸要求将切割端打磨出坡口，以上工作完成后，在第二天相同温度条件下进行合拢节段的安装。合拢节段按左、右幅分别安装，安装时气温应控制在10～15℃之间进行，并应尽快进行。

本工程工期安排钢管拱合龙时间在十一月份下旬，根据青田当地气象资料显示十一月份温度在5～20℃，合龙段吊装时选择在一天温度相对平稳的下午进行吊装。

10.2  吊装对位

10.2.1  起吊

合龙段采用1台150t吊机进行起吊，起吊时应注意吊点保持水平。

10.2.2  对位

使合拢段保持倾斜状态起升，待合拢段上弦管依次跨过已架拱段下弦及上弦管后，调平下降。合龙段起吊到位后，两端各设置两台Q=20KN手動葫芦，辅助调整线型;在每根弦管的对接处各设置2台紧线器，用以调整和固定合龙段在顺桥轴线方向的位置。

10.2.3  定位

预设接口定位钢筋（或钢板）进行初定位，根据经纬仪和水准仪（或全站仪）的线形控制指令，利用吊机缆索、横向稳定风缆和手拉葫芦对它进行竖、横、纵及旋转四维调整，使对接口两两吻合。

10.3  拱肋合龙

10.3.1  锁定

再次精调合龙段线型。在气温发生变化之前对合龙段的拱肋进行锁定;松开手动葫芦、紧线器。

10.3.2  焊接合龙

用高强螺栓进行钢管法兰连接锁定后，环向焊缝焊接。焊接顺序为从拱脚向拱顶合龙，两侧对称施焊，每个环缝设三个工作面。

11  风撑安装

待主拱拱肋全部焊接完成后，根据拱肋上风撑安装点位置，将风撑吊装到位并进行焊接，完成全桥钢杆件安装。

12  结束语

由于项目部在施工过程中，注重钢管拱拱肋的安装质量，全方位控制施工的各个环节，对每道工序的施工，要求进行技术交底，严格工序三检制度，石浦大桥主拱拱肋安装完成后，经测量其轴线和标高均满足设计及规范要求，为后序施工打下了很好的基础。实践证明，此质量控制措施有效、可行。

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