下承式钢管混凝土系杆拱桥拱肋施工风险研究

吉小军

安徽省交通建设工程质量监督局（230051）

0 引言

下承式钢管混凝土系杆拱为超静定结构，桥梁上部、下部以及基础甚至地基连成一体,结构的超静定次数较多，受力复杂[1]。由于其系杆刚度与拱梁组合体系的系杆梁刚度相比小很多，特别对于大跨径桥梁，系杆拉力增量将产生很大的变形，而拱肋、系杆和墩柱固结在一起,根据位移变形协调条件，拱的水平推力的增量主要由桥墩和拱肋自身承受，因而考虑系杆变形后它是有推力的结构。正是由于下承式钢管混凝土系杆系杆拱的结构特点，加上拱肋在施工中的难点较大,因此需要加强施工的质量控制。

1 拱桥拱肋施工方案

拱桥方案拱肋采用缆索吊装施工，根据缆索吊机的吊装能力，将拱肋分段预制，由缆索吊机先将两拱脚段吊装就位，并用扣索将其固定，再依次吊装其余各段并与先吊段对接，直至吊装完毕[2]。在整个悬拼过程中，扣索索力不宜经常调整，因此每段拱肋吊装施工前，都应对吊点标高的预抬高值、扣索的索力有一个准确的估算。采用缆索吊装法施工时，由于拱肋分段数多、单件吊装阶段体积大、结构复杂，容易造成施工过程中拱的实际线形与理想线形发生偏离。对于采用缆索吊装-斜拉扣挂施工的大跨度拱桥，其施工控制的关键技术为扣索索力的确定以及拱段和横梁定位标高的确定。特别是当扣、背索采用钢绞线施工时，客观上要求扣、背索应尽量减少张拉次数，标高也不允许反复调整，否则很容易产生钢丝松弛导致索力损失，甚至滑脱而造成质量事故。

一般情况下由于受施工地理位置的限制，将吊装吊塔安置于扣塔顶部,吊装吊塔与扣塔之间铰接，以最大限度减少对扣锚系统的干扰，缆索吊装系统设计时将吊装主索系统分为两组,可以方便地组合。吊装阶段为受力最不利阶段[3]，拱肋吊装和悬拼施工难点有以下几个方面∶

1）拱肋最大节段重量大，其吊装难度大，如何拟定合理的吊装工况，缆索吊装体系如何设计，有许多问题需要研究解决。

2）拱肋悬臂长度较大，吊装过程中的稳定性风险较大。随着跨度的增大稳定安全系数会降低，而且设置风缆往往也非常难，如何采用相关的措施非常关键。同时，如何加快施工进度，尽快合龙，从而减小施工期间风险。

3）工程地形较复杂，场地狭窄，缆索吊装体系和扣挂体系相互关联，空间关系复杂，扣挂体系风险也不能忽视。

4）在吊装过程中，吊扣塔的稳定性至关重要。

5）拱肋高程控制难度大，受到不对称安装和扣索张拉的影响，先前安装的拱肋节段会影响到后续节段的高程，因此要严格控制。

6）扣索张拉是施工过程的关键步骤之一。扣索张拉长度直接影响拱肋的线型和结构内力。

7）锚索平衡墩顶锚梁的扣索水平力，在整个悬拼过程中，在锚索索力应力不断发生变化，对扣墩和锚碇影响较大。为保证扣墩的安全，故依据扣墩顶位移量控制各施工阶段施加的锚索索力。

8）拱肋段与段的接头一般采用“先栓后焊，栓焊结合”的原则连接，施工复杂，质量和悬拼精度要求高。而影响悬拼精度因素有很多，如温度变化、制作误差、非弹性变形、拱肋固结点的变形等各种因素。

2 拱肋合龙及拆索风险

拱桥方案是一个典型的自架设体系桥梁，从节段安装到桥梁合龙，是实现体系转换、完成桥梁施工的重要环节，实践表明，合理拱肋合龙有助于提高桥梁的线形，改善主拱肋的受力。拱桥方案主拱拱肋合龙段一般采用“散件合拢”,为方便吊装施工，合龙段制造时均制成单根构件，现场采用逐根安装就位。整个合龙段较长，合龙杆件较多，不同的合拢顺序将使得成拱后的内力和线形不同，控制合龙成拱后内力和合理线形存在困难。

拱肋合龙前一节段安装完成后、合龙前，拱肋高程和设计轴线易存在误差，将导致拱肋合龙高差过大,两侧拱肋拼装精度不能满足拱轴线要求[4]。拱肋合龙施工受环境作用因素较大，特别是对温度比较敏感，合龙前，合龙段两端悬臂受温度变化的影响，可能产生纵向伸缩使合龙段间距变化，从而导致合龙梁段过程中受到张拉或压缩的超应力的影响。

合龙段构件的安装和接头施焊也比较困难，要求较高。影响拱肋合龙的参数主要有∶自重、施工荷载、约束条件、温度和制作安装误差。拱桥方案拱肋安装合拢的特点还有以下几方面∶

1）合拢点多。合拢点要求均能准确对位，空间形状无误，施工控制难度很大。

2）合龙段的跨度大，受温度影响大。受日照的影响，拱肋平面弯曲变形、温度伸缩量亦大。

3）合拢空间坐标的变化因素多。拱肋长度的偏差，方向的偏差、拱肋中线的偏差，均受日照、温度、安装荷载、索力等影响，相互制约，合拢点的位置较难控制。

4）结构体系转变多。拱肋从开始安装至主跨跨中合拢前后，均为多次超静定结构，其间要经过多次结构体系转换，控制拱肋内力及线型满足设计要求，十分复杂。

5）合拢精度要求高。大型钢结构在空中实现多点合龙，对合龙精度要求极高。

3 钢管混凝土灌注风险

钢管混凝土拱桥的主拱肋在施工时，首先是要把一节一节的钢管拱拼装到位，形成与设计线型相吻合的空钢管拱肋，然后向主拱肋内灌注混凝土形成钢管混凝土受力骨架。钢管混凝土在灌注过程中，主拱肋的刚度和强度是不断增大的过程，灌注质量的好坏对整个结构的受力和线性有很大的影响。在灌注钢管拱管内混凝土的过程中，核心混凝土是逐渐硬化的，因此在混凝土的灌注过程以及硬化过程中，会对结构产生重要影响，另外，在钢管拱管内混凝土的灌注过程中，两拱脚会产生向外的相对水平位移，会使拱的轴压力减小，弯矩增大，对于拱的受力是非常不利的，因此，拱脚水平位移的控制是主拱肋混凝土灌注过程中的一个主要内容。

4 总结

详细介绍了下承式钢管下承式钢管混凝土系杆拱拱肋的施工步骤，其中尤其详细介绍了拱肋合龙及拆索风险以及钢管混凝土灌注风险，分析了产生这些风险的原因，并为之后解决这些风险打下了坚实的基础。

[1]薛新枝.钢管混凝土拱桥的施工控制[J].铁道建筑,2006(12).

[2]张国云,张益多,鲍丽丽.京沪高铁跨锡澄运河系杆拱桥拱肋施工技术[J].施工技术,2012(05).

[3]王治均,李年维,沈超明,李三珍.钢管混凝土刚性系杆拱桥施工监控技术[J].施工技术,2010(10).

[4]项影明.钢管混凝土系杆拱施工过程的控制[J].铁道建筑,2010(10).