大跨徑鋼管混凝土拱定位技術(shù)概述

陳亮 梁群

鋼管混凝土拱橋?qū)儆阡摗炷两M合結(jié)構(gòu)中的一種。其最早出現(xiàn)在前蘇聯(lián)，是將填充有混凝土的鋼管作為主要受力構(gòu)件，由于鋼管的約束而明顯提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。鋼管混凝土拱橋在我國(guó)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的，我國(guó)第一座鋼管混凝土拱橋是1990年10月建成通車的四川旺蒼大橋，使我國(guó)在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用上取得重大突破。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼管混凝土拱橋的最大跨徑記錄不斷被刷新，成為世界矚目的大跨徑鋼管混凝土拱橋建設(shè)的強(qiáng)國(guó)。但是同時(shí)，隨著鋼管混凝土拱橋跨徑的增大，其施工難度和精度要求越來越高。因此，在具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)的同時(shí)，還必須具有熟練的施工定位技術(shù)才能完成施工過程，才能保證施工質(zhì)量，才能達(dá)到設(shè)計(jì)精度。大跨徑鋼管混凝土拱橋的主要受力構(gòu)件為鋼管混凝土拱肋，其包括鋼管和混凝土。只有保證拱肋結(jié)構(gòu)施工定位的線型和質(zhì)量，才能保證依附于此的附屬結(jié)構(gòu)的受力合理，才能保證整個(gè)結(jié)構(gòu)使用壽命的長(zhǎng)久。大跨徑鋼管混凝土拱的關(guān)鍵定位技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面。

1 加工線型控制

考慮到鋼管混凝土拱的制作、運(yùn)輸和吊裝條件，需要將鋼管拱先在場(chǎng)內(nèi)按節(jié)段進(jìn)行管節(jié)制作，再按分段長(zhǎng)度進(jìn)行管節(jié)的接長(zhǎng)，形成弦管節(jié)段，在大拼胎架上進(jìn)行節(jié)段的整體拼裝，安裝接頭法蘭。

由于鋼管拱線型一般是拋物線或者懸鏈線線型，所以鋼管節(jié)段的接長(zhǎng)一般采用以折代曲或者熱煨彎工序來完成。采用熱煨彎工序加工的管節(jié)線型優(yōu)美、精度高，但相對(duì)于大跨徑鋼管拱，由于其跨度大，鋼管直徑較大，鋼管壁厚較厚，進(jìn)行熱煨彎難度大，故主要采用直縫焊管進(jìn)行管節(jié)和節(jié)段的制作。

弦管曲線為二次拋物線或懸鏈線線型，曲線放樣采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，按設(shè)計(jì)圖紙中給定的增加預(yù)拱度后的曲線進(jìn)行各控制點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算，曲線采用以折代曲。為達(dá)到線型精度要求，要求管節(jié)兩端點(diǎn)坐標(biāo)位于曲線上，管節(jié)中點(diǎn)與理論曲線對(duì)應(yīng)點(diǎn)的最大距離需在公差允許范圍內(nèi)，否則需要繼續(xù)細(xì)分管節(jié)單元長(zhǎng)度。

因此，在預(yù)拼裝以及現(xiàn)場(chǎng)安裝拼裝時(shí)，由于以折代曲誤差以及焊縫余高等因素，所選控制點(diǎn)需在某一管節(jié)端點(diǎn)附近，以便于提高施工坐標(biāo)精度。

2 架設(shè)定位技術(shù)

在大跨度鋼管混凝土拱的節(jié)段吊裝定位施工中，其關(guān)鍵技術(shù)之一是節(jié)段的線型控制。大跨度鋼管混凝土拱的吊裝線型測(cè)量可以分為拱軸線控制和標(biāo)高測(cè)量控制兩部分。由于鋼管拱的架設(shè)定位測(cè)量做不到水準(zhǔn)觀測(cè)，只能采用三角高程測(cè)量各控制點(diǎn)三維坐標(biāo)中的高程，所以需要根據(jù)橋長(zhǎng)、橋跨及跨越的結(jié)構(gòu)形式，選定合適等級(jí)的平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)為獨(dú)立三角網(wǎng)展開三角高程測(cè)量工作。為提高定位測(cè)量精度，盡量選擇在沒有日照、沒有3級(jí)以上大風(fēng)，并且空氣溫度以及鋼管拱溫度變化不大的時(shí)段進(jìn)行鋼管拱的精度定位測(cè)量工作。所以一般情況下，拱肋的放樣與驗(yàn)收測(cè)量時(shí)間一般盡可能安排在早上6點(diǎn)～8點(diǎn)和下午17點(diǎn)～19點(diǎn)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行，其他施工驗(yàn)收和施工觀測(cè)隨進(jìn)度進(jìn)行。

同時(shí)，大跨度鋼管混凝土拱的定位精度要求與施工技術(shù)有密切的關(guān)系。目前，大跨度鋼管混凝土拱橋主要采用纜索吊裝、斜拉扣定和支架施工法等施工新技術(shù)。

2.1 纜索吊裝定位施工

纜索吊裝定位施工是修建大跨度鋼管拱橋的主要架設(shè)方法之一，纜索吊裝定位技術(shù)采用鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲作為扣索，兩端用錨具固定，其工作狀態(tài)近似于斜拉橋的斜纜，其基本工作程序有:

1)在工廠按照1∶1制作拱肋節(jié)段;

2)用纜索起重機(jī)把拱肋段吊至跨間;

3)用鋼絞線把拱肋段扣掛在設(shè)計(jì)位置，用千斤頂在錨錠上施力;

4)第一段拱肋段與拱座鉸接后，以后扣掛一段立即與前段固接，直至全部節(jié)段吊裝完畢;

5)如全跨只有一條拱肋，則放松并摘除扣索即完成了懸臂合龍全部工序，有兩條及兩條以上拱肋時(shí)，每條肋重復(fù)上述1)～4)，待所有拱肋懸拼合龍完成后，分次對(duì)稱放松所有扣索，完成全跨拱肋的懸拼合龍。

纜索吊裝施工由于具有跨越能力較大，水平和垂直運(yùn)輸機(jī)動(dòng)靈活，適應(yīng)性廣，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其在修建大跨徑或連續(xù)多孔的拱橋中，更顯示出這種施工方法的優(yōu)越性。拱肋節(jié)段的線型精度通過實(shí)測(cè)每節(jié)鋼管拱的標(biāo)高及拱軸線位置并借助扣索實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整來保證。

2.2 支架定位施工

支架施工方法就是在橋位處先按鋼管拱肋的設(shè)計(jì)線型和預(yù)留拱度值，拼裝好膺架，于膺架上就位拼裝、焊接成拱的施工方法。采用支架施工時(shí)，膺架的基礎(chǔ)沉降、彈性和非彈性變形等要事先算出，并預(yù)留拱度，膺架頂部設(shè)置微調(diào)裝置，如千斤頂、鋼楔等，以便對(duì)拱肋的標(biāo)高和平面位置進(jìn)行調(diào)整。支架法施工通常在拱肋離地面不高、橋下無水或水位不深、施工條件較好的情況下采用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:施工穩(wěn)定性好，拱軸線容易控制，構(gòu)件安裝簡(jiǎn)便，施工操作面廣。

3 結(jié)語

大跨徑鋼管混凝土拱橋拱肋的定位施工質(zhì)量和拱肋工廠加工技術(shù)、測(cè)量控制網(wǎng)等級(jí)以及施測(cè)技術(shù)、架設(shè)定位技術(shù)等都有非常密切的關(guān)系。須在合理的設(shè)計(jì)前提下，在每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)參建方的密切配合下，加強(qiáng)質(zhì)量控制，提高施工技術(shù)，保證監(jiān)控水準(zhǔn)，才能保證大跨徑鋼管混凝土拱橋的興盛不衰，長(zhǎng)久屹立于龐大的橋梁世界中。

［1］ 陳寶春.鋼管混凝土拱橋［M］.北京:人民交通出版社，2007.

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