大跨径钢管混凝土拱定位技术概述

2011-08-15陈亮梁群

山西建筑 2011年29期

陈亮梁群

钢管混凝土拱桥属于钢—混凝土组合结构中的一种。其最早出现在前苏联，是将填充有混凝土的钢管作为主要受力构件，由于钢管的约束而明显提高混凝土的抗压强度。钢管混凝土拱桥在我国是20世纪90年代发展起来的，我国第一座钢管混凝土拱桥是1990年10月建成通车的四川旺苍大桥，使我国在钢管混凝土结构实际应用上取得重大突破。随着国民经济的发展，钢管混凝土拱桥的最大跨径记录不断被刷新，成为世界瞩目的大跨径钢管混凝土拱桥建设的强国。但是同时，随着钢管混凝土拱桥跨径的增大，其施工难度和精度要求越来越高。因此，在具有相应的设计理论基础的同时，还必须具有熟练的施工定位技术才能完成施工过程，才能保证施工质量，才能达到设计精度。大跨径钢管混凝土拱桥的主要受力构件为钢管混凝土拱肋，其包括钢管和混凝土。只有保证拱肋结构施工定位的线型和质量，才能保证依附于此的附属结构的受力合理，才能保证整个结构使用寿命的长久。大跨径钢管混凝土拱的关键定位技术主要有以下几个方面。

1 加工线型控制

考虑到钢管混凝土拱的制作、运输和吊装条件，需要将钢管拱先在场内按节段进行管节制作，再按分段长度进行管节的接长，形成弦管节段，在大拼胎架上进行节段的整体拼装，安装接头法兰。

由于钢管拱线型一般是抛物线或者悬链线线型，所以钢管节段的接长一般采用以折代曲或者热煨弯工序来完成。采用热煨弯工序加工的管节线型优美、精度高，但相对于大跨径钢管拱，由于其跨度大，钢管直径较大，钢管壁厚较厚，进行热煨弯难度大，故主要采用直缝焊管进行管节和节段的制作。

弦管曲线为二次抛物线或悬链线线型，曲线放样采用计算机进行，按设计图纸中给定的增加预拱度后的曲线进行各控制点坐标的计算，曲线采用以折代曲。为达到线型精度要求，要求管节两端点坐标位于曲线上，管节中点与理论曲线对应点的最大距离需在公差允许范围内，否则需要继续细分管节单元长度。

因此，在预拼装以及现场安装拼装时，由于以折代曲误差以及焊缝余高等因素，所选控制点需在某一管节端点附近，以便于提高施工坐标精度。

2 架设定位技术

在大跨度钢管混凝土拱的节段吊装定位施工中，其关键技术之一是节段的线型控制。大跨度钢管混凝土拱的吊装线型测量可以分为拱轴线控制和标高测量控制两部分。由于钢管拱的架设定位测量做不到水准观测，只能采用三角高程测量各控制点三维坐标中的高程，所以需要根据桥长、桥跨及跨越的结构形式，选定合适等级的平面监测网为独立三角网展开三角高程测量工作。为提高定位测量精度，尽量选择在没有日照、没有3级以上大风，并且空气温度以及钢管拱温度变化不大的时段进行钢管拱的精度定位测量工作。所以一般情况下，拱肋的放样与验收测量时间一般尽可能安排在早上6点～8点和下午17点～19点时间段内进行，其他施工验收和施工观测随进度进行。

同时，大跨度钢管混凝土拱的定位精度要求与施工技术有密切的关系。目前，大跨度钢管混凝土拱桥主要采用缆索吊装、斜拉扣定和支架施工法等施工新技术。

2.1 缆索吊装定位施工

缆索吊装定位施工是修建大跨度钢管拱桥的主要架设方法之一，缆索吊装定位技术采用钢绞线或高强钢丝作为扣索，两端用锚具固定，其工作状态近似于斜拉桥的斜缆，其基本工作程序有:

1)在工厂按照1∶1制作拱肋节段;

2)用缆索起重机把拱肋段吊至跨间;

3)用钢绞线把拱肋段扣挂在设计位置，用千斤顶在锚锭上施力;

4)第一段拱肋段与拱座铰接后，以后扣挂一段立即与前段固接，直至全部节段吊装完毕;

5)如全跨只有一条拱肋，则放松并摘除扣索即完成了悬臂合龙全部工序，有两条及两条以上拱肋时，每条肋重复上述1)～4)，待所有拱肋悬拼合龙完成后，分次对称放松所有扣索，完成全跨拱肋的悬拼合龙。

缆索吊装施工由于具有跨越能力较大，水平和垂直运输机动灵活，适应性广，施工方便等优点，尤其在修建大跨径或连续多孔的拱桥中，更显示出这种施工方法的优越性。拱肋节段的线型精度通过实测每节钢管拱的标高及拱轴线位置并借助扣索实施动态调整来保证。

2.2 支架定位施工

支架施工方法就是在桥位处先按钢管拱肋的设计线型和预留拱度值，拼装好膺架，于膺架上就位拼装、焊接成拱的施工方法。采用支架施工时，膺架的基础沉降、弹性和非弹性变形等要事先算出，并预留拱度，膺架顶部设置微调装置，如千斤顶、钢楔等，以便对拱肋的标高和平面位置进行调整。支架法施工通常在拱肋离地面不高、桥下无水或水位不深、施工条件较好的情况下采用。这种方法的优点是:施工稳定性好，拱轴线容易控制，构件安装简便，施工操作面广。