跨度钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技术

作者：付超 文章来源： 点击数：

300 更新时间：2004-12-3

大跨度钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技术

付超 

1、 工程概况 

 九畹溪大桥属于三峡工程配套项目，位于三峡库区湖北省秭归县境内，全长221.5m，该桥为净跨160 同等截面悬链线钢管混凝土上承式拱桥，主拱圈采用两根d =1.0m的钢管，坚向呈哑铃形，拱肋高2.4m。f0/L0=1/6，m=1.495109,净矢高为26.67m。拱上结构为装配式钢筋混凝土空心板，板长12.66m。桥位处地形陡峭，两岸悬崖峭壁，无施工场地。该桥由于受三峡库区大坝水位影响，桥面标高216.77m，离现有水面160m高，该桥地处风口，风大，风力最大可达七级以上。两岸岩石裸露，岩石垂直节理发育。大桥主拱圈同两条拱肋通过横、平联连成整体，拱肋中心距为7m，考虑该桥特殊的地形和运输的方便，拱肋共分15段双肋整体吊装，最重段26t，最轻段为全扰段12t。段与段之间采用法兰盘以高强螺栓连接。 

 全桥主要的施工方法为：钢管在工厂加工，采用12mmQ235钢板卷制而成，经长江运至香溪码头，然后用汽车运到工地，经过半跨单肋试拼和相邻段整体立体试拼后，采用缆索吊双肋悬拼全扰。钢管拱内混凝土灌注采用两岸对称、上下游不对称的方式泵送，并利用扣索参与承担荷载代替施工加载。拱上钢管立柱利用缆索吊整体吊装，钢管立柱内混凝土采用高位抛落法灌注。桥面大孔板沿接线路基预制，采用缆索吊安装。 

 2、 线形控制基本概况 

 九畹溪大桥跨度大，采用双肋悬 拼吊装方案，安装难度较大，再加上分段多，另外钢管长途运输，易变形，对保证拱轴线增加了一定的难度。为了保证全桥拱轴线，决定在现场除采用单肋半跨平拼外，还进行相邻 段整体立体试拼。拱上结构施工严格按照加载程序确保全桥上下游和两岸均对称加载。由于严格控

制了钢管拱肋加工、试拼、钢管拱安装、管内混凝土泵送及拱上结构施工，全桥竣工后，拱轴线完全符合设计要求。 

 3 具体做法 

 3.1 钢管拱加工 

 为了保证加工质量，该桥的钢管选择在工厂加工。加工时按照1：1拱轴线放大样，由于钢材的热膨胀系数较大，该桥又是在夏天高温季节加工，还考虑了温度修正，全桥拱肋加工完成后，在厂内进行了试拼，合格后才运至工地，保证了加工精度。 

 3.2 钢管拱单肋平拼 

 为了校正钢管拱运输的变形，确定拱肋横联位置，在工地进行了半跨平拼，将钢管拱肋每半跨依次试拼，中间合拢段与相邻第七段均试拼。试拼的目的就是检验拱肋是否一设计拱轴线相符，对立柱位置进行检查校正，对接头坐标进行精确测量，并确定项联位置，为将对应拱肋连成整体提供了依据。在试拼时每段之间法兰盘用螺拴拧紧，以减少因法兰盘之间的空隙造成的误差。 

 3.3 钢管拱相邻段整体立拼 

 经试拼后发现，加工后的每段拱肋的接头截面倾角、坐标与设计有一定的偏差，即上下游两对应段断截面并不在同一截面上，因此，为了确定横连位置，保证空中连接的顺利和质量，必须进行立拼。立拼场 地铺有两条双线铁路，线间距与拱肋中心距机同，都为7m，立拼胎具为经过加工可以调整的轨道平车。立拼方法：将经过单肋试拼的第一段两条对应拱肋在胎架上通过横连连成整体，并与地面所作拱轴线控制点相对 应，并保证0号截面的倾角和坐标，然后第2段与第 相连，第2段要与第1段在同一直线上后，将第1段运走，第2段再与第3段试拼，直至合拢段，合拢段与相邻第7段均要立体试拼。采用相邻段立体试拼法在不需要太大场地的情况下达到了检查拱轴线目的。相邻段整体立拼，模拟拱肋在空中连接，确保空中安装顺利，保证拱轴线形。该工序是保证双肋整体吊装成功的关键。 

 3.4 钢管拱肋的安装 

 由于吊装前钢管拱的拱轴线经过了严格检查，钢管拱合拢后，拱轴线完全符合设计要求。在安装拱肋时，主要保证以下几个方面，就可以达到控制线形的目的：(10拱座施工时封底钢板预埋；(2)拱肋安装时的控制；(3)合拢时的控制。 

 3.4.1 封底钢板的预埋 

 封底钢板的预埋精度直接影响钢管拱的拱轴线，设计上对封底钢板没有加固措施，在灌注混凝土前，将封底钢板精确定位后，在钢板下焊接钢管和钢轨将钢板固定牢固，确保灌注混凝土时，封底钢板位置不变化。在安装钢管拱前，在钢板上划出十字线，及钢管拱的外轮廓线，并在离轮廓线1cm处焊接加劲肋板，在吊装拱脚侕地做临时支撑，也做永久性的肋板。 

 3.4.2 拱肋安装时的控制 

 首先在吊前必须调平，以免增加安装时的难度，就位时先在下弦管打入几个冲钉，以确保连接处为铰接，然后采用倒链调整风缆，方向到位后，利用扣索同时调整两肋扣索，这时将两肋的标高调平到达要求标高后，固定扣索，初拧高强螺栓，放松超重索。 

 3.4.3 合拢调整 

 合拢段吊装就位后通过四个方向的倒链使合拢段位置正确。然后从拱顶向脚依次调整扣索，每次调整不高控制下降约1cm为宜，如此反复直至合拢。合拢段要做如下处理：合拢段要焊接导向管，或者在第7段端头设置托梁，防止合拢段与第7段错开。合拢后，第7段与拱顶合拢段只临时铰接，拱脚与封底也不固接。温度满足要求后合拢。因整修钢管拱经过了多次试拼整修骨架已经定型，在安装过程中的弹性变形，解除约束后能够恢复。 

 3.5 拱肋混凝土灌注 

 九畹溪大桥钢管拱肋混凝土泵送，由于受场地限制，每岸无法布置两台输送泵，采用风茅两岸对称、上下游不对称的方法泵送，半跨仅分两段灌注，即从拱脚段至第3节段拱肋为第1段，第4节段至拱顶为第2段，先灌注下弦管，后灌注上弦管，最后灌注腹管，单次灌注量大，为了防止失稳，需要加载，但考虑到钢管已成拱，且平均每隔8m设有一道横联，拱肋自身稳定性好，且该桥钢管拱平均每隔12m长设有一道扣索，首次采用了利用扣索减载代替施工中加载的方法。具体如下：泵注上游第一段弦管时，随着混凝土灌注进程，依此收紧1、2、3号扣索，初始扣索张力80kN，当拱肋下降钢丝绳的弹性，钢丝绳会略长，钢丝绳张力增大，当灌注完成后测得每根索力在250K左右；当灌注下游第1段下弦管时依次张紧下游扣索，扣索张力平均每根60Kn，灌注上、下游时相隔时间越短越好，这样钢结构 的弹性变形可以恢复。灌注上游第2段下弦管时随着灌注进度依次张紧4、5、6、7段扣索，扣索平均每根在120K左右，并注意同时对1、2、3 扣索进行放松，灌注下游第2段下统管一样。下弦管灌注合拢后，防止出现负弯矩、避免混凝土微裂缝的发生，松除所有扣索。灌注上弦管时在下弦管合拢后3天进行，不考虑加载。 

 4 、拱肋混凝土灌注与拱轴线的关系 

 为了获得较赛事的测量数据，每一次混凝土泵送完毕后，对管拱线检测一次，并将测量结果绘制成随时间或工况变化曲线，根据这一曲线，可以较直观地了解钢管拱轴线在钢管拱肋混凝土灌注各阶段时变化情况。从表1中发现拱脚部分灌注混凝土进第1至3节段标高明显下降，第5节段至拱顶节段标高明显上升。相反，当拱顶部分泵送完混凝土后，拱顶标明显下降，而第1节段至第3节段标高却得到回升。 

表1 灌注过程中A-D管竖直方向测量（以上游拱肋为例） cm ------------------------------------------------------------------------------------- 段号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

第一段下弦管泵注完 -1.4 -2.2 -1.1 -2.0 +5.7 +5.4 +10 -2.5 -3.6 -3.9 -0.9 +4.2 +6.4 +9.3 全桥泵注完 0 -1.3 -1.8 -1.7 -1.8 -2.5 -3.3 -1.3 -0.6 -1.2 -1.1 -2.3 -4.2 -3.5 --------------------------------------------------------------------------------------

注：以上结果均为每段接头法兰盘处的测量值与混凝土灌注前之差，负值表示低于灌浆前。 

 5、温度对钢管拱轴线的影响

 温度对钢管拱轴线影响较大，主要采取以下措施保证轴线：(1)在加工时，由于温度高，考虑了温度修

正值；（2）完全保证钢管拱合拢的温度与设计要求相同。 

 6、整体效果 

 本桥竣工后经实测，拱肋水平方向最大偏位为2.3cm，小于《公路工程质量检验评定标准》允许范围（跨径160m，3.8cm）。拱圈高程也满足《公路工程质量检验评定标准》的要求。 

 7、结论 

 九畹溪大桥在桥高（离现有水面160m）、风大、两岸地形陡峭、无施工场地的特殊环境下，采取了得力措施，确保了拱轴线满足要求，主要采取了以下三条措施来保证拱轴线： 

 （1） 优化施工方案，确保方案科学合理。针对该桥的实际情况，对全桥施工方案反复论证，将钢管拱单肋合拢，改为双肋整体悬拼合拢，先在地面将两肋连成整体，然后吊装，将空中焊接横联作业转化为地面作业。

 （2） 加强过程控制。首先确保拱肋的加工精度，另外钢管拱肋除了采用单肋半跨平拼外，还采用了相邻段双肋整体 立拼，保证空中拼装精度。

 （3） 从拱肋安装到混凝土灌注完毕，对钢管拱的应力应变进行监控，在施工过程中不断优化施工方案。