钢结构系杆拱桥梁施工方法研究

龙祖蕴 LONG Zu-yun

（中交一公局第二工程有限公司，苏州 215000）

0 引言

随着我国桥梁事业的发展，系杆拱桥以其独特的优势受到了更多的关注和重视，系杆拱桥是一种特殊的拱桥，设计师结合现代技术对于传统的拱桥进行改造，增加了专门的超静定结构，系杆拱桥内部有梁和拱的双向支撑，桥梁投入使用后所承担的负荷也被梁和拱共同承担。本文以涡阳县义门涡河大桥新建工程为例，探讨和总结钢结构系杆拱桥梁施工方法，以便于更好的理解钢结构系杆拱桥梁的具体的施工步骤以及施工要点和建议。

1 桥梁总设计

涡河大桥起讫桩号为：K2+847-K3+153，桥梁全长306m，跨径布置为：3（桥台）+3×30+120+3×30+3（桥台）m，主桥采用单跨120m 下承式钢箱系杆拱桥结构，南北引桥岸采用预应力混凝土组合箱梁结构，涡河大桥桥型结构效果如图1 所示。主桥为梁拱组合体系桥梁，其中两片钢箱主纵梁（刚性系杆）与桥面系进行连接形成主梁，两片钢箱拱肋通过梁拱结合段与主梁连接，跨中段设拱上锚固结构、吊杆索体、梁上锚固结构连接主梁与拱肋，拱肋横向设风撑进行连接保证横向稳定性，拱肋不设内倾角。

图1 涡河大桥桥型效果图

2 钢结构系杆拱桥施工工艺

2.1 施工阶段划分

根据本桥梁工程的结构特点、通航条件、桥位处地形地质条件，涡河大桥主桥上部结构采用全支架原位拼装的施工工艺，全桥拼装支架立面布置图如图2 所示。

图2 全桥拼装支架立面布置图

①其中钢主梁各吊装节段通过打设水中格构支架采用50t 浮吊进行吊装安装，施工时采用振动沉桩法在设计桩位插打钢管桩，并完成钢管桩之间的连接系及桩顶纵横梁后，按照先边跨后中跨的顺序依次吊装钢梁节段，并完成节段间的工地连接，最后在中跨33m 的节段处合拢，完成全桥钢梁安装。

②拱肋节段及风撑节段通过安装梁上支架采用150t浮吊进行吊装安装，施工前，先按照先边跨后中跨的顺序分节吊装拱肋支架，并依次完成相邻拱肋支架的同侧柱间支撑，最后吊装③#、⑥#拱肋支架之间的异侧柱间支撑，完成梁上支架的整体安装；随后按照先边跨后中跨的顺序吊装各拱肋及风撑节段，最后完成合拢段安装。

③钢主梁、拱肋及风撑节段合拢之后，拆除梁上支架后进行吊杆的安装及初张拉，待桥面二期荷载施工完成后进行二次张拉，最终全桥索力调整根据实际受力状态与目标状态按照监控单位意见进行。

2.2 钢结构系杆拱桥节段划分

构件分段分节的合理性，直接影响工程整体安全质量和进度，直接影响加工制作及现场施工，在钢结构工程中起着至关重要的作用，综合考虑多方面因素，钢梁节段划分原则主要考虑以下内容：

①构件的运输尺寸及质量，合理分段确保运输合理化；

构件的最大运输尺寸及重量按照满足陆/水运的运输条件进行节段划分，确保运输方案合理可行。

②构件分段分节应在构件受力较弱区域，避开高应力区；

除拱梁结合段外，其余节段均在原设计分段的基础上进行分段，避开拱上、梁上锚固区、横隔板等应力集中部位。

③构件分段确保加工制造合理化。

④尽量减少焊缝的数量和尺寸，减少现场焊接工作量。

⑤构件稳定性安全性，便于现场安装。

⑥便于焊接操作，避免仰焊位置施焊；避免焊缝密集与双向或三向相交。

⑦钢梁横向分段线应避开车轮轮迹线。

涡阳县义门涡河大桥主桥主要有桥面板、拱肋等部分组成，其中桥面板的纵向划分如图3 所示，桥面板的横向划分如图4 所示，拱肋的划分如图5 所示。

图3 桥面板的纵向划分方案

图4 桥面板的横向划分方案

图5 拱肋划分方案

3 系杆拱桥施工要点

在钢梁桥全过程施工中，为确钢桥整体稳定性和精度，钢梁桥的加工制作是关键，同时受到温度、风荷载、重力及临时荷载、焊接质量以及测量放样等因素影响，并随时做好观测记录确保后期合龙顺利进行。其中温度是影响顺桥向位移的主要因素，风力是影响横桥向的主要因素。

3.1 钢桥制作精度控制

钢梁的制作是影响桥梁整体精度的关键的因素之一，因此在加工过程中对隔板、腹板、横梁、横肋等构件的截面尺寸及拼接位置应严格控制。钢梁制作采取分段下料，整体拼装的方法制作，钢梁主体拼装前，在抄平的胎架上放样，确保胎架顶高程与钢梁底高程一致。整体放样完成后对放样结果复核，确保各点满足设计要求并在拼装好的梁板顶面做好标记，为确保其现场安装精度宜采用精度高的自动化设备切割。

3.2 施工测量放样精度控制

测量误差按其特性分为系统误差、随机误差和粗大误差。想要减小误差，可以选用精密的测量仪器，多次测量取平均值。

放样前对控制点校核确保其精度满足规范要求，其次对测量仪器不定期检查（棱镜杆气泡和仪器水平气泡是否有问题）。施工中大棱镜和小棱镜切换使用时首先要校核其视距是否存在误差（校核方法：第一步：找一块地势平坦且远离大型施工设备的场地；第二步：用钢卷尺在地面上量取一段20m 左右的直线为确保其准确性可以选用至少两把不同的钢卷尺校核；第三步：将仪器和棱镜架设在线的两端测设其视距，如有误差调整仪器里的棱镜参数，使其大小棱镜视距一致即可）。

施工中测量仪器长时间架设时要多校核后视点确保其精度。

测量放样应避开高温时段观测，炎热天气容易产生气热浪，观测者在观测时仪器的十字丝无法固定会产生上下漂浮现象，对观测结果有一定的影响。

3.3 支架变形监测

根据施工组织设计以及主桥上部结构安装专项施工方案等文件，主桥上部结构采用全支架原位拼装的施工工艺。水中支架作为落梁支点，以便完成钢主梁的吊装及合拢，梁上支架作为拱肋及风撑支点，完成拱肋及风撑的吊装及合拢。

支架变形的监测，是在支架预压分级加载过程中，对支架的高程以及空间位移进行监测，并在施工过程中定期监测支架的变形，及时与施工单位沟通，确保支架在拆除前满足主桥上部结构施工要求。

3.4 温度作用

温度作用是桥梁结构在考虑气温变化、太阳辐射及使用热源等因素，作用在构件上的温度变化。钢桥结构温度产生变化时，每一部分构件都将因温度的升高或降低而发生收缩或膨胀导致结构变形。考虑到在施工中对所有构件实施温度监测工作量大且成本高，所以在监测时选择关键的位置布置观测点。施工中应避开高温时段选择早晨或下午，连续架设时要分析其观测数据确保下一阶段构件的预留量。因此在施工中选择合理的施工环境和方法减少温度对钢桥施工影响。

3.5 风荷载作用

风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。与基本的风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，以及建筑体型等因素有关。在拼装过程中加强节点水平轴线跟踪测量，每向前推进一个节点即要对上一节点轴线复测并与设计轴线值进行比较，做到施工中及时纠偏改正。

3.6 重力影响

钢梁桥由于自身的特性因此在实际施工中其跨度大。大跨径拱桥是属于高次超静定结构，由于结构是逐节段、长期施工形成的，受自身的重力和其它荷载的影响对桥梁整体的拱度具有一定影响因素。因此施工过程中要不定时对桥梁拱度观测并做好观测记录。施工过程中，通过施工监控可以对施工状态进行参数识别、调整和纠偏、预测，使整个施工过程均处于有效的控制之中。

3.7 焊接质量控制

为防止焊接变形对轴线和拱度的影响，确保焊接质量，应采取相应的焊接措施。

①焊接前需要将坡口表面及其周围的铁锈、油污、水、油漆及其它杂物仔细清除干净。

②清理后应及时进行焊接。在潮湿的环境下施焊应将坡口出烘干再进行焊接。

③采用合理的焊接顺序可以减少焊接变形。如对称焊接。

④焊缝间隙的大小对焊缝横向收缩有一定影响，焊缝大其横向收缩也大。因此在钢梁制作和施工拼装过程中应严格控制。对于收缩量大的焊缝应先焊接。

⑤焊缝的布置，若构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生的弯曲变形，因此钢梁在设计加工阶段应考虑相关因素。

⑥在焊接工艺上，采取小电流、多道多层焊接，且严格控制焊道层间温度，层温控制在200 度以下。多道焊接应连续施焊，其中每一层焊道焊完后应及时清理，如发现有影响焊接质量的缺陷，必须清除后再焊。

⑦长焊缝可采用分中逐步退焊法或间跳焊接。

⑧焊接反变形：焊接前应事先考虑焊接后会发生何种变形，因此在实际施工中要预留变形余量。

4 桥梁上部结构系杆拱桥吊杆施工

4.1 张拉力的设计

①根据设计文件，吊杆索力分批分级张拉，张拉时要求吊杆顺桥向关于跨中对称同步张拉，横桥向关于道路设计中心线对称同步张拉；

②钢绞线在下端张拉，拉索张拉调节完成后，施工方应将紧定螺钉打紧；

③二次张拉索力对应考虑桥面二期荷载后成桥阶段吊杆张拉索力；二次调索应结合现场实际受力状态与目标状态，依据监控意见进行调索；

④吊杆张拉应结合施工监控指令，按照对称张拉施工。

4.2 张拉力的施加

①张拉程序。

0MPa→分级加压至20%张拉力（用加力扳手旋紧连接调节杆，测量连接调节杆外露长度卸压）→分级加压至设计张拉力卸压锚固再测量连接调节杆外露长度，梁下支架拆除后及恒载加载完成等待监控指令调整进行索力。

②注意事项。

整体张拉机具安装完成后，分循环且分级同步控制施加张拉力至设计张拉力，分级同步控制通过按以上规定控制分级油压实现，其张拉程序和在张拉过程中应注意：

1）在油压较低时，由于索体受力较小，上端即固定端锚固螺母还处于松弛即预紧状态，此时应派专人在固定端检查球形垫板和球形螺母的对中，直至螺母受力不移位为止。

2）为保持同步张拉的实现，张拉时应设专人进行指挥，各同步点每张拉至每一分级油压时应停机保压，待各点均到达并确认后再进行下一分级的张拉。按此控制一直张拉至该循环的设计油压值。

3）在张拉过程中，连接调节杆应同步旋合，在每个循环张拉至设计张拉力后，应旋紧连接调节杆，以减少锚固力的损失。

③索力调整。调索应遵循的原则为：调整后索力达到成桥索力吨位。调索按预定级次的相应张拉力，通过电动油泵进油或回油逐级调整索力。如果是降低索力，则先进油拉动吊杆索，使锚固螺母能够松动，在旋开螺母后可回油使吊杆索索力降低。

5 结束语

钢梁一般作为结构的主要承重构件，其安装精度直接影响到相关构件的安装质量及结构的整体受力状态。通过制定针对性的工艺技术措施，可以有效减小安装偏差，达到预控的目的，能有效保证钢梁的整体安装精度和安装质量，有利于结构的受力状态与设计分析保持一致。