大跨度钢管混凝土拱桥成拱线形控制技术研究

发表时间：2020-04-14T11:11:16.260Z 来源：《基层建设》2020年第1期作者：郭林

[导读] 摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，桥梁的建设也十分迅速。

天津金隅混凝土有限公司天津 300450

摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，桥梁的建设也十分迅速。钢管混凝土拱桥具有材料强度高，施工方便等优点，在近几十年迅速兴起，成为大跨径桥梁中较有竞争力的桥型之一。随着施工技术的不断突破，各种拱桥的施工方法也随之产生。斜拉扣挂施工法由于其成本低，施工工艺相对成熟，在选择钢管混凝土拱桥的施工方法时一般优先考虑。在斜拉扣挂施工过程中，扣塔偏位、临时荷载、温度变化及索力松弛等均是影响拱肋切线拼装线形的关键因素。因此对钢管混凝土拱桥施工的实时监控是必要的，施工监控以线形控制为主，应力控制为辅，保证施工过程中实际线形与目标线形相一致。

关键词：大跨度钢管；混凝土拱桥；成拱线形；控制技术

引言

桥梁结构施工设计中，需要根据实际参照的标准和施工情况进行分析，准确的判断模型种类，分析可能造成的负面影响。依照混凝土的材料使用情况，分析是否均匀，是否存在不确定性因素。大跨度预应力混凝土在实际的连接设计中，需要准确的探索分析实际的结构理论标准，分析T型监测结构的连续性，判断桥梁施工的过程和标准，分析实际情况产生和设计中可能存在的不合理影响因素。

1工程概况

郑万高铁汉江特大桥主桥设计为（109+220+109）m连续刚构拱组合结构，所有桥墩均在水中，90，91号为主墩。梁体设计为单箱双室、变高度、变截面预应力钢筋混凝土箱梁。梁体0号块高度为12m，跨中合龙段高度为5.5m；箱梁底部宽10.8m，桥梁桥面宽13.2m，拱座区加宽至16.6m。主拱拱肋计算跨度220m，设计矢高44m，矢跨比1/5，设计拱轴线采用二次抛物线。主拱为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高为3.4m，拱肋直径1.2m。拱肋之间采用缀板连接，拱肋及缀板内填充C50自密实收缩补偿混凝土。2榀拱肋间共设置11道格构型横撑，其中拱顶为米字形，其余为K字形。主拱共设计22对钢绞线整体挤压索吊杆，吊杆纵向间距9m，横向中心距12m。

2钢管拱施工

2.1钢管拱的加工

钢管拱分段制作采取单元件（单管、单腹板）工厂制造、总装现场整体组装的制作模式，在工厂加工成可运输的设计段单元（单管），厂内进行单管、腹板预拼装，总装现场组装焊接，并组装焊接相关的安装连接件。各设计段接口的断面分奇偶块，控制钢板对接错开十字缝。在厂内加工时，按照1∶1拱轴线放大样，由于钢材的热膨胀系数较大，考虑预拱度和温度修正值。每段拱肋在制造时，考虑一定的焊接收缩量和温度的影响，单元长度方向预留二次切割量，待焊接完成后按照理论分段线进行二次切割，拱肋段在1∶1胎型大样上平面预拼为桥位状态，整体划线切割接口周边。合龙段两端各留100mm工地配切量，待工地架设到该位置时测量距离，根据测量数据进行整体配切后发运工地合龙。预拱度确定：按设计图要求拱肋在制造时预加预拱度，其预拱度值=设计预拱度+工厂制造拱度。

2.1.1单元件的制造

单元件的制造是在单元管节加工完成后在1∶1胎型上进行的。工厂胎型分为钢管主拱肋的上弦管和下弦管分别制作，且在胎型上必须准确确定分段口的坐标位置以及其它相关杆件的平面位置。胎型整体必须牢固可靠以保证数据的准确性。单元管节在胎型上拼接成单元件，拼装时注意单元管节之间按焊接工艺的要求预留相应的间隙，保证单元管节之间的匀顺过渡。

2.1.2腹板单元制造

腹板和劲板板均采用数控门切下料，下料时预留焊接收缩量，按焊接工艺要求机加工各板的坡口。加工方法是先做各种板单元，在各种板单元焊接完成后进行调直处理，在组装平台上先放置腹板单元，且对劲板的组装位置进行精确划线，之后按线组装劲板，保证劲板板与腹板单元的垂直度，开始组装腹板单元。

2.1.3钢锚箱的制造

钢锚箱是拱肋吊杆的承力关键部件。钢锚箱沿吊杆位置不同零件尺寸变化，全桥锚箱零件采用CAD软件全桥逐一零件放样。各零件采用数控门切割下料，焊接边预留机加工，焊接坡口采用机加工刨切坡口。在拼装平台上布置各个锚箱组装控制线，按线组装各个锚箱并打印吊杆位置号。按《焊接工艺卡》焊接，焊接时严格按工艺要求的焊接顺序焊接，捶击焊缝，减少焊接变形和残余焊接应力的产生。

2.2主拱合龙和体系转换控制

主拱合龙前必须对临时系杆拱位置进行精调。待拱顶和4个合龙口的测点坐标与高程均达到允许范围内后，在提升塔内侧钢管支架适当位置处安装2层限位装置，以固定临时系杆拱。在合龙温度下连续测量合龙口之间长度，采用现场配切法合龙，将配切好的钢管按下弦管→上弦管→腹板的顺序安装并锁定。合龙施工必须在合龙温度10～15℃同步进行，防止合龙后钢管拱线形发生变化及产生额外附加应力。待主拱合龙段与其他部位焊缝全部焊接完毕且检测合格后，进行体系转换。体系转换分4个步骤：①拆除拼装拱脚段的原位支架；②控制塔顶液压连续千斤顶，分级卸载提升力，完成提升段钢管拱落拱；③分级卸载临时水平系杆张拉力并拆除；④解除钢箱与拱肋的连接焊缝及抱箍，利用提升系统下放拱座钢箱，完成体系转换。体系转换后，在自重作用下主拱将产生较大下挠，同时拱脚水平推力将由连续刚构梁体的纵向预应力承受。经现场监测，体系转换后，钢管拱各控制截面观测点竖向位移实测值与理论计算值对比如图1所示。

图1体系转换后主拱各测点竖向位移与理论计算值对比

2.3桥面系施工标高控制

主桥设计为时速350km的I型双块式无砟轨道，无砟轨道底座板和道床板截面尺寸分别为2800mm×220mm和2800mm×220mm，二期恒载为14kN/m，对主拱线形和梁体桥面高程影响较大。在吊杆张拉完的桥面实测数据的基础上，采取以下方法控制成桥轨枕标高。桥面系施工