下承式鋼拱橋拱肋合龍施工技術(shù)

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概述

杭州市沿江公路運河二通道橋，主橋采用“三水共融”下承式鋼箱拱橋，跨徑布置為252 m+106 m=358 m，主跨拱肋采用空間布置，立面拱軸線形為二次拋物線，矢跨比為1∶4.75，一側(cè)為單片拱，另一側(cè)為雙片拱，在接近拱頂區(qū)域分叉；邊跨拱肋采用單片拱，拱軸線形為拋物線，一端支撐于邊跨邊墩，一端支撐于主跨拱肋分叉點；主拱系統(tǒng)共布置3道風(fēng)撐，上端支撐于邊跨拱肋，下端支撐于主跨分叉雙片拱肋。

邊跨鋼拱肋共分為8個節(jié)段，分別為BL1～BL8，各分段均為矩形鋼箱截面，材質(zhì)為Q345qD，合龍段為BL8，合龍段的位置如圖1所示。

圖1 合龍段位置示意（BL8）

2 拱肋合龍段測量控制

拱肋合龍是全橋的關(guān)鍵，其測量精準(zhǔn)與否直接關(guān)系到大橋整體是否安全。為此，必須仔細(xì)規(guī)劃其測量方法和精度。

1）平面控制和測量基本要求：合龍段測量的平面控制網(wǎng)與拱肋的平面控制網(wǎng)相一致，高程系統(tǒng)也一樣。為順利完成合龍段的施工，其測量分2部分進(jìn)行。其一，分別測量兩側(cè)拱肋安裝及焊接完之后對應(yīng)點之間的相對距離，為合龍段的安裝提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。其二，測量兩側(cè)拱肋在大橋坐標(biāo)系中的絕對位置，減少瞄準(zhǔn)誤差。

2）拱肋絕對位置的觀測：拱肋合龍段的觀測點要更多、更細(xì)，觀測點位均采用預(yù)拼裝棱鏡的坐標(biāo)作為理論坐標(biāo)。合龍段的安裝必須根據(jù)兩側(cè)拱肋的測量數(shù)據(jù)（絕對位置和相對距離）、預(yù)拼裝數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合考慮，決定安裝的溫度和時間，在合龍段上放置棱鏡，計算出安裝坐標(biāo)。拱肋絕對位置的測量僅能反映拱肋的曲線和設(shè)計位置的偏差，對于合龍段的安裝還是不夠的，因此，還需要測量兩側(cè)拱肋在不同的觀測條件下（溫度、風(fēng)力和陽光等）的相對位置。

3 邊跨鋼拱肋合龍時間的確定

合龍段吊裝一般選擇在氣溫較低時進(jìn)行，然后隨著氣溫的上升，在鋼結(jié)構(gòu)熱膨脹的原理下，合龍段同兩側(cè)拱肋間距會逐漸減小，當(dāng)達(dá)到設(shè)計尺寸時，安裝定位馬板，焊接鎖定，完成合龍施工。為保證鋼拱肋合龍段的順利吊裝，先對合龍端口進(jìn)行精確檢測，具體如下[1,2]：

1）合龍吊裝前對合龍段空間距離進(jìn)行24 h的連續(xù)跟蹤測量，測量內(nèi)容包括：合龍段尺寸，線形，頂、底板高程，上下游外腹板處高程，橋軸線偏移，并繪制溫度曲線變化圖。白天每2 h、夜間每3 h進(jìn)行1次跟蹤測量，連續(xù)24 h觀測。

2）利用公式ΔL=拱長×10-5×Δ溫度，算出拱長變化。

3）依據(jù)設(shè)計圖紙主橋上部結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計總說明中的基準(zhǔn)溫度，并結(jié)合實測溫度曲線，確定邊跨鋼拱肋合龍時間。根據(jù)現(xiàn)場測量情況，最低溫度為28 ℃，最高溫度為54 ℃，兩者溫差26 K，合龍間隙相差1.50～1.80 cm，變化量不大。經(jīng)綜合考慮，最后將合龍時間定于上午10：00，合龍溫度定為37 ℃（焊縫預(yù)留按6～10 mm考慮）。

4 合龍段余量配切

合龍段在工廠制造時一般都留有余量，然后根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定合龍段的拱肋長度。

合龍段余量配切選擇在上午9：00～10：00，保證同吊裝時間一致，配切分為以下幾個步驟：

1）步驟一：復(fù)查。對已吊裝、焊接完成的拱頂交匯段（JH1T）、邊跨段（BL7）拱肋控制點坐標(biāo)進(jìn)行反復(fù)測量，確認(rèn)達(dá)到監(jiān)控要求。

2）步驟二：布置控制點。在邊跨段（BL7）、拱頂交匯段（JH1T）及合龍段（BL8）環(huán)口位置布置控制點，詳見圖2。

圖2 合龍段環(huán)口控制點布置

3）步驟三：測量。測量出邊跨段（BL7）、拱頂交匯段（JH1T）環(huán)口部位相對應(yīng)控制點之間的直線距離長度。

4）步驟四：畫出余量線。合龍段（BL8）基準(zhǔn)端環(huán)口為基準(zhǔn)，先以頂?shù)装蹇刂泣c（D、B）之間的數(shù)據(jù)畫出余量線，再以兩側(cè)腹板控制點數(shù)據(jù)畫出腹板余量線。頂?shù)赘拱迳系挠嗔烤€應(yīng)為閉合的四邊形，如不閉合，則數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，需重新測量，再畫線。

5）步驟五：切割余量。按余量線切割余量，余量切割時，同時將焊接坡口加工出來。

5 合龍段吊耳布置

合龍段拱肋采用AutoCAD軟件建模，軟件自動導(dǎo)出節(jié)段重心，然后根據(jù)重心位置利用彎矩平衡原理算出吊點位置及鋼絲繩長度，布置吊裝吊耳。吊耳布置如圖3所示。

6 6 500 kN履帶吊起吊

履帶吊應(yīng)嚴(yán)格按照方案要求的?？课恢谩⑵鸬醢霃?、扒桿長度、吊裝索具等進(jìn)行操作，不得隨意更改。

履帶吊應(yīng)在規(guī)定的溫度下進(jìn)行吊裝，控制吊裝節(jié)段坐標(biāo)的基準(zhǔn)是監(jiān)控單位下發(fā)的監(jiān)控指令，內(nèi)部復(fù)查其控制點坐標(biāo)，如與監(jiān)控指令有誤差，應(yīng)及時聯(lián)系監(jiān)控單位，再次檢驗，保證控制點坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。

合龍段初始擺放位置應(yīng)保證環(huán)口對環(huán)口，頂、底、腹板外側(cè)面應(yīng)平齊。測量合龍段端口控制點坐標(biāo)，進(jìn)行微調(diào)。

連接履帶吊吊鉤與拱肋吊點，并調(diào)勻每個吊點的鋼絞線，使得每個吊點及每根鋼絞線受力基本均勻，然后開始緩慢提升。當(dāng)節(jié)段脫離運梁車10 cm左右時，持荷10 min，對履帶吊、吊點等作一次全面檢查，一切正常后進(jìn)行連續(xù)提升[3,4]。

7 馬板臨時固定

合龍段就位、微調(diào)，達(dá)到監(jiān)控數(shù)據(jù)要求后，環(huán)口部位臨時用馬板固定，馬板采用長80 cm、厚16 mm的鋼板，在環(huán)口四周每50 cm設(shè)置1塊。

根據(jù)現(xiàn)場溫度變化對縫寬的影響，馬板臨時固定采取合龍段兩側(cè)面同時開焊固定，安排2批焊工同時操作。馬板臨時固定如圖4所示。

圖3 吊耳布置示意

圖4 馬板示意

8 結(jié)語

結(jié)合杭州市沿江公路運河二通道橋工程鋼拱肋合龍施工實例，可以看出：鋼拱肋合龍施工是整個鋼箱拱橋安裝中最關(guān)鍵、最重要、技術(shù)含量最高也最困難的部分，特別是由于焊接、溫度、日照等眾多因素的影響，使得給合龍段的安裝帶來較大困難。但是只要我們建立高精度的測量系統(tǒng)，嚴(yán)格控制合龍段的加工精度，合龍施工前做好充分的技術(shù)準(zhǔn)備，合龍施工時嚴(yán)格按照設(shè)計及方案要求，困難也就迎刃而解了。所以像杭州市沿江公路運河二通道橋這種造型新穎又兼顧景觀效果的市政橋梁也是未來橋梁建設(shè)發(fā)展的大方向。