钢筋混凝土系杆拱桥拱肋安装施工质量控制要点

韩金志

摘要：下承式钢筋混凝土拱桥是一种无推力的拱式组合体系，属于外部静力结构，兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的特点，由于拱肋体积和质量较大，拱肋的安装质量控制难度较大。本文结合魏庄桥下承式钢筋混凝土系杆拱的施工，分析了系杆拱桥的拱肋安装施工质量控制要点。

关键词：系杆拱桥；拱肋安装质量控制

中图分类号：U448文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

魏庄桥位于徐州市北郊，主要跨越顺堤河。该桥上部结构组合为8×20米（空心板梁）+80米（系杆拱）+6×20米（空心板梁），其中主跨位于8号墩-9号墩之间。

主桥上部结构设计为80米单跨下承式预应力混凝土系杆拱，为刚性系杆刚性拱肋柔性吊杆，系杆计算跨径L=78.2米，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，矢高为15.64米，拱肋采用工字型截面，拱肋高1.4米，宽1.2米；系杆采用等截面箱梁，系杆高1.6米，宽1.2米；每片拱肋设间距5.5米的吊杆13根；设置四道一字型风撑，采用工字型截面；端横梁高度为1.45米-1.51米，中横梁高度为1.10米-1.16米，桥面横坡通过横梁高度的变化调整；桥面板采用钢筋混凝土连续板。

根据设计图纸的要求和现场施工场地的情况，在施工桥梁的附近设置预制场，每片拱肋采用整体放样、整体立模，分中一段两段、中二段（合拢段）一段共三段平卧预制，用大型汽车式起重机安装。

二、拱肋支架的搭设

每片拱肋分三段按顺序先安装两个中一段，再安装中二段，拱肋的两个中一段分别与两端的端块件联接，中二段与两个中一段联接。每片拱肋搭设4个支架，其中：中一段与端块件联接部位每侧设1个，共2个；中一段与中二段联接部位每侧设1个，共2个。

每个拱肋支架采用4根Q235钢管（直径300mm，壁厚8mm）焊接桁架，顶部采用56a型工字钢作为横梁支撑，在横梁上做拱肋安装固定卡槽，对拱肋进行临时固定。在每个支架上安装4到缆绳，缆绳的另一端固定在系杆平台上，以保证拱肋支架的稳定。支架直接搭设在系杆顶面，为保证系杆顶面混凝土的承压，支架钢管底面焊接□400mm×400mm、厚度10mm的钢板以增大受力面积。

三、拱肋荷载的计算及起重设备的选择

拱肋每个中一段长23.409米，重60.86吨，拱肋每个中二段长19.119米，重49.71吨。

采用2台120吨汽车式起重机相互配合安装拱肋，起重机在安装最重的中一段拱肋时，每台起重机的安装重量为60.86/2=30.43t，回转半径为16米，两支腿全部伸出，前支腿距起重物作用线水平距离3米，起重机自重70吨，重力作用线距前支腿水平距离5米。

安装时倾覆力矩：M=3m×30.43t=91.29m•t

抗倾覆力矩：m=5m×70t=350 m•t

安全系数：r=m/M=350/91.29=3.8，抗倾覆能力满足要求。

四、拱肋安装

本工程拱肋预制采用水泥混凝土做基础、浆砌砖水泥浆抹面做底模，施工时在拱肋吊点位置预留100mm×100mm方形起吊孔，以便穿入钢丝绳平行起吊。拱肋中一段、中二段设置4个起吊点，左边外侧起吊点距左边端头0.17L，内侧起吊点距左边端头0.37L，L分别为拱肋中一段、中二段轴线水平投影长度，右边2个吊点分别关于中一段、中二段拱肋中心线对称分布；预制拱肋时，在起吊点位置预埋吊环钢筋，采用2根直径40mm钢筋并排焊接，并与拱肋钢筋绑扎成一个整体。

拱肋预制时水平放置，安装时需竖直放置，安装前必须将拱肋翻身，即由水平摆放翻转为竖直放置。待混凝土强度达到设计值的100%，钢丝绳捆绑拱肋向上水平吊起，待底模完全脱离、接茬钢筋相互分离后，把拱肋平移出预制台座，水平放置在一临时支架上，在4个吊环上捆绑钢丝绳，起重机同时吊起4个吊环上的钢丝绳，使拱肋慢慢翻转为竖直放置。

为保证安装前拱肋的结构尺寸准确和拱肋混凝土的外观质量，平移时钢丝绳与拱肋混凝土面接触部位用土工布和L型钢板保护，防止钢丝绳破坏混凝土；对拱肋进行修整；对湿接缝处的钢筋进行调整，混凝土接茬面凿毛并清洗干净。

拱肋安装顺序为：小里程桩号中一段、大桩里程号中一段、中二段。

根据施工现场的具体情况，起重机在左、右幅两片拱肋之间搭设的施工平台上作业。起重机吊起拱肋，对准安装位置，慢慢放下吊钩，当拱肋即将到达支点高度时，精确调整拱肋位置，准确就位。拱肋就位后，支架在承受荷载后产生挠度导致高程误差，此时检查拱肋就位后的标高，用千斤顶调整到设计高程后垫稳并固定。当一片拱肋的三段全部就位后，调整拱轴线，同时检查高程、顺直度和垂直度，如果平面位置产生误差，用起重机进行调整，如果高程产生误差则用千斤顶调整。检查拱肋线性符合要求后，即可连接拱肋接头钢筋、浇筑湿接头混凝土，在左、右两片拱肋合拢成拱后，安装风撑、架设吊杆、张拉钢绞线、安装中横梁及桥面板等。

五、拱肋线形控制

拱肋在安装过程中，为保证拱肋合拢后的线形符合设计要求，施工时从拱肋各主要控制点高程和纵、横向平面位置来进行控制，用全站仪控制拱肋就位的纵、横向位置，用水准仪控制高程位置。

1、高程控制

为保证拱肋安装后高程误差降至最小，并方便施工过程中的测量，高程控制点设在拱肋上，位置在湿接缝中心线与拱肋轴线相交点两侧各80cm处（即顺主桥方向，距相交点水平方向前、后各80cm处）。

测量拱肋安装后的高程时，应考虑以下影响因素：

（1）、拱肋支架变形对高程的影响。由于拱肋支架为钢结构构件，在拱肋安装过程中必然产生弹性和塑性变形。为消除塑性变形和测出弹性变形，采用实体等载预压，即拱肋安装在支架上时，起重机的钢丝绳处于松弛状态但不松开，使支架等载受力，一般加载时间为2小时。测量支架加载前顶面标高H1，卸载后顶面标高H2，得出弹性变形H=H1-H2，同时也消除了支架的塑性变形。

（2）、拱肋工后沉降的预拱度。考虑到工后沉降对拱肋高程的影响，参照同类工程的工后沉降结果和监控单位的建议，支架处拱肋预留20mm的预拱度。

因此，拱肋控制点高程=设计高程+支架弹性变形量+支架处拱肋预留的预拱度。

2、平面控制

为精确控制拱肋安装的平面位置，在魏庄桥两侧的河岸上专门布设了强制对中的观测墩，以桥梁中心线大里程桩号方向为X轴正向，垂直桥梁中心线的线路右侧方向为Y轴正向，坐标原点设在主跨系杆拱纵横向中心处，以提高主跨各施工放样点的精度。

拱肋安装纵向（即顺桥向）定位采用在拱肋上定点，并投影到系杆顶面，全站仪在两系杆间相互对点进行控制。拱肋在预制场施工完成后，用全站仪在湿接缝中心线与拱肋轴线相交点两侧各1.2米处（顺主桥方向水平位移，即X轴方向）预设控制点，并在系杆顶面设定此点的投影（即假定拱肋安装完成后，拱肋设定控制点在系杆顶面的投影）。拱肋安装时，反复调整拱肋的位置，直至拱肋顶面预设控制点、系杆顶面假定投影点、全站仪站点三点重合，即拱肋在纵向（即顺桥向）达到设计平面位置。

拱肋的轴线定位通过测量轴线控制点进行控制。在预制场按照1米的点距在拱肋顶面测定拱轴线控制点，并在控制点用墨线弹出“十”字型标记。在每个拱肋端块件顶面也按照1米的点距测定拱轴线控制点，并同样方法做好标记。安装拱肋时，在拱肋端块件轴线的尾部位置架设全站仪，将仪器视线方向对准拱肋轴线方向，反复调整拱肋位置，使拱肋顶面的测点与仪器视线重合。安装拱肋合拢段（即中二段）时，全站仪不能看到中二段顶面的测点，采用在测点上吊垂球来调整拱肋的位置，使垂球线与仪器视线重合。当仪器视线与拱肋轴线控制点重合时，即拱肋的轴线符合设计要求。

拱肋在安装过程中，拱肋的高程控制和纵向、拱轴线的平面控制应同时进行，反复调整拱肋的位置知道符合设计要求。

六、结束语

根据以上方案对拱肋安装进行全过程控制，本桥施工结束后实测，拱肋轴线最大横向偏位6mm，垂直度最大偏差5mm，高程最大偏差8mm，均符合《公路工程质量检验评定标准》（TJG F80/1-2004）及设计要求，达到了预期的目标。

参考文献

1、周水兴，何兆益，邹毅松路桥施工计算手册

2、公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）

3、公路工程质量检验评定标准（TJG F80/1-2004）