钢管混凝土拱桥拱肋施工的线形控制.doc

钢管混凝土拱桥拱肋的施工控制
孙成贵 纪尊众
铁十四局四处 铁道建筑研究设计院

摘要：该文分析了钢管混凝土拱桥施工中影响拱肋线形的主要因素，并介绍了拱肋施工过程中线形控制的方法。
关键词：钢管混凝土拱桥 拱肋 施工控制
一、前言
钢管混凝土就是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构材料，它使两种材料既充分发挥了各自的特长，又形成了优势互补，使这种组合材料具有强度高、塑性和韧性好、耐疲劳、抗冲击等优点。同时，由于在施工中钢管既可作为劲性骨架，又可作为混凝土模板的作用，使得施工非常方便、快捷，节约了工程造价，缩短了工期。由于其独特的优点，钢管混凝土拱桥被广泛应用于公路、铁路的桥梁建设中。
在钢管混凝土拱桥的施工中，拱肋是施工的难点和重点，如何保证拱肋的施工精度是该桥型受力及稳定的重要环节。
二、影响拱肋线形的主要因素
拱肋的施工精度控制贯穿于该型桥施工的全过程，分析其施工的整个过程，拱肋线形主要受加工精度、安装方法、温度、风荷载等因素的影响，因此，拱肋的施工控制过程是一个复杂和系统的过程，也是钢管混凝土拱桥施工的重点和难点。
三、拱肋线形控制
（一）拱肋的加工控制
在拱肋的加工过程中，杆件的温度变形、焊接的收缩、划线的粗细等均将导致加工的误差，因此，在开工前做充分的技术准备工作，设计工装，编制工艺等，对拱筒的筒体成型、运输单元的组装、焊接、涂装等制定详细的工艺要求和内容，制定详细的制作标准。
质量控制措施。对于拱肋的加工质量，在工艺保证的同时，对拱肋的外型尺寸及焊接质量进行重点控制。
1、公差控制。在拱肋制作过程中，划线的粗度、温度变形、焊接收缩以及测量误差均将导致最终加工误差。因此应参阅相关规范制定各工序的交验公差。为确保竣工交验公差，在每工序完工时，设计、施工、工厂三方根据竣工交验公差及阶段实际情况共同拟定过程公差控制数据及方法以控制拱肋的外型尺寸。
2、焊接控制。拱肋是一个全焊结构，由于其结构特点，一般采用手工电弧焊接，焊缝等级高，焊接工作量大。因此，应成立专职的焊接工艺组，制定严格的焊接工艺，并实行责任制，焊接完成后，按要求进行探伤检测。
（二）拱肋的预拼装控制
为检验拱段加工尺寸是否符合成桥拱轴精度要求，保证在现场的顺利拼装，在厂内对所有运输单元应进行1：1的预拼，如果场地不容许，也要进行1/2拱肋的分段预拼，通过预拼对不合适的部位进行修整，然后安装定位销、临时连接座和卡具，并对符合要求的拱段进行编号。
1、设置预拼平台
根据拱肋的预拼长度设置混凝土预拼平台，平台浇注时安装预埋件，用以安装支承胎架，每个运输单元用两个胎架，并在平台上设置控制坐标点。
2、拱肋预拼装
在平台的胎架上，对拱肋进行预拼装，接口调整好后安装卡具固定，同时在拱肋管内组焊临时连接座和定位插销。对预拼好后的拱肋进行各项指标的检验，特别是各接口处上、下缘线的坐标值应符合工艺设计值，对不符合者，应进行校正。
3、确定拱肋吊杆孔位
依据预拼拱肋的实测值，并考虑焊接收缩、温度 变形等因素，在拱肋上开设吊杆孔。
（三）拱肋的安装控制
1、拱脚的安装控制
拱脚是拱肋线形控制的基础，因此，拱脚的施工应注意其几何尺寸位置及拱肋管的轴线尺寸、纵向仰角、横向垂直度，以确保拱肋安装的精度。另外，由于拱脚是与系杆梁、端横梁部分的混凝土一起施工，因此，在浇注混凝土前，应将拱脚进行固定，以防在混凝土施工中的移位,在浇注混凝土时，由于该处钢筋密集，因此，应制定详细的浇注工艺，确保该处的混凝土质量。
2、拱肋的轴线控制
拱肋的施工方法多种多样，常用的有支架施工、无支架施工、转体施工等，再施工中，应根据不同的施工方法，制定相应的具体控制措施。特别是对测量定位、焊接等方面进行控制。
(1)根据桥位地形情况设置贯通的轴线控制点或布置一导线控制网，在拱肋安装的全过程进行轴线测量、监控。
(2)拼装前，应根据拱肋的不同拼装方法，进行拱肋控制点的预拱度设置。如：有支架施工时，应根据加载后支架的变形，设置预拱度；牵索悬拼时，应根据各工况扣索的受力及变形设置预拱度。
(3)测量时，应重视温差而引起的杆件长度变化和侧向变形，应尽量选择日出前或日落后温差最小时，或对拱肋进行洒水降温后，对其测量。
(4)拱肋安装时宜设置竖向及横向微调装置进行精确对位，对位后应及时通过定位销和临时连接装置进行连接，然后施焊。
(5)焊接时，应选择合理的焊接工艺，严格控制焊接产生的侧向变形。
(6)在拱肋拼装过程中，应考虑风荷载的影响，已安装的拱肋宜及时拉设缆风绳，防止拱肋的矢稳，也防止风载对其轴线的精度影响。
4、拱肋的合拢控制
合拢段的施工是拱肋拼装的最后一个环节，也是拱肋线形控制的重点，因此应根据不同的施工方法制定相应的合拢方案，在施工中应注意以下几点：
(1)主拱合拢段的加工长度，应留有适当预留切割量，以防在拼装过程中，由于焊接收缩而引起的长度变化。
(2)合拢时，应按照设计要求的合拢温度进行合拢，以防产生温度应力。
(3)针对不同的施工方法，应采用不同的临时锁定措施。平转或悬拼合拢时，宜采用抱箍或套管进行临时锁定；支架施工或竖转合拢时，宜采用管内设锥形套管进行临时锁定。
四、拱肋的施工监控
（一）施工监测
在无支架的拱肋拼装过程，拱肋和施工设施（如扣索）等共同受力并且施工中难以控制，因此，在进行轴线及标高跟踪检测的同时，宜对拱肋及临时设施进行应力监控，为施工控制及时提供可靠的数据，也可确保施工安全。
另外，拱肋合拢后，在体系转换以及逐步加载过程中，对拱肋受力及变形全面控制，发现问题及时反馈设计，调整施工中各工作面的合理进度，处理意外的不均衡施工状态。
对拱肋的施工监测主要内容为：温度监测、应力监测、位移（挠度、轴线）监测等。
1、 对各主拱肋拱脚进行变位监测，以确定拱座基础是否有位移。
2、对各主拱肋各控制截面（L/8，L/4，L/2）及劲性骨架接头进行线形和位移监测，以便掌握拱肋的真实位移情况。
3、对主拱肋拱脚，L/8，L/4，3L/8、拱顶截面的钢管以及施工受力设施（如扣索）的应力进行监测。
4、对主拱肋钢管、管内混凝土、进行温度监测，以获得与线形及位移相对应的大气温度，以及主拱肋箱体温度，为控制的理论分析提供可靠的温度值。
（二）控制实施
控制的实施通常是根据实测控制变量的值与理论分析的各施工阶段中间理想目标值的差异，采用一定的方式对结构进行调整。与梁桥的施工监控相比，钢管拱桥施工监控中的预报次要的得多，因为它不存在控制立模标高的问题，所起的作用主要是校核实测值与预测值的吻合程度。通过对造成实测值与理想目标值的差异的原因分析，采用合理的调整方案，最终目标得以实现。
五、拱肋的施工精度要求
目前，由于还无钢管拱桥的施工规范，拱肋的施工精度一般都以设计文件的要求或参照《公路桥涵技术和施工规范》、《钢结构工程施工及验收规范》、《铁路钢桥制造规则》及《钢管混凝土结构设计与施工规程》等之规定进行精度控制。
六、结语
钢管混凝土拱桥是一种受力合理的桥梁，但也是一种施工精度要求很高的结构。如何在施工过程中对拱肋的每一步进行控制，确保拱肋的线形，是该型桥梁施工的关键和难点，也是保证钢管拱桥安全受力的先决条件，因此，我们在施工过程中需给予高度重视。

参考文献：
1、《钢筋混凝土拱桥施工技术》 中国铁道建筑总公司汇编 99、5
2、《四川省公路桥梁学会桥梁学术研讨会论文集》 西南交大出版社 96