大跨度钢管混凝土拱桥拱肋瞬时合龙施工关键技术

大跨度钢管混凝土拱桥拱肋瞬时合龙施工关键技术

陈少华

中交四公局第五工程有限公司 陕西西安 710065

摘要：钢管拱桥施工中，拱肋合龙是一个非常关键的阶段。合龙施工需长时间高空作业，安全风险高，且为保证成桥线型和工程质量，需选择在环境温度相对稳定的时段内尽快完成精准合龙。本文结合工程实例，针对无支架法安装拱肋的钢管拱桥，设计了一种瞬时合龙构造，并对其瞬时合龙的关键技术进行了介绍，可实现高效、高精度合龙，安全可靠，操作简便，实用性强。

关键词：钢管拱桥；缆索吊装；拱肋；合龙；瞬时合龙

0 引言

近些年以来，钢管混凝土拱桥在我国发展迅速，其独特美观的造型往往能够与自然环境融合，并且采用钢管和混凝土作为主材，相互结合，优势互补，因此也具有更加出色的力学性能。钢管混凝土拱桥具有很好的跨越能力，适合在深山峡谷中进行建造，但对施工方面提出了一定的要求。国内大跨度钢管混凝土拱桥施工常用的方法有无支架法、如缆索吊装法、劲性骨架法等等，而拱肋合龙是拱桥施工的关键，对保证拱肋线形和结构内力合理有着十分重要的意义。拱桥合龙施工，通常会设置合龙段，但在无支架法施工中，合龙段需长时间进行高空作业，实施吊装，且受索力、风力、温度、光照条件等变化的影响，精度控制难度较大、风险较高。因此采用一种能够最大程度降低外力影响的同时，实现高效、精准合龙的技术对钢管混凝土拱桥施工尤其是采用无支架法施工时，具有很积极的意义。

1 工程概况

某大桥位于高山峡谷地区，设计为中承式钢管混凝土拱桥，跨径262m，计算跨径248m，计算矢跨比1/4，拱轴线为m=1.5的悬链线。大桥跨越一水库，水面宽约200m，两岸山体陡峭，地形复杂，且紧接两侧隧道。主桥拱圈为桁架结构，采用双片式钢管混凝土拱肋，拱肋总高为5.35m，总宽为2.75m，圆管外径为950mm，壁厚为16mm和14mm两种类型。钢管内灌注C50微膨胀混凝土。单条主拱肋共分为12个吊装节段和1个合龙段，全桥48个吊装段，合龙段设计长度为1m。拱肋节段采用缆索吊装法进行安装。节段间接头通过弦杆内设置的法兰栓接。合龙段采用瞬时合龙关键技术，合龙并调整拱轴线线型后再进行接头钢管焊接。

图1 大桥效果图 图2 主拱肋断面图

2 瞬时合龙构造设计

瞬时合龙构造包括垫板底座、定位钢槽、花兰螺栓及合龙段对接套管（包板）等部分组成；花兰螺栓长度950mm，可调整范围150mm；对接套管（包板）的形状为两个半圆，考虑到合龙时需结合实际测量结果进行调整，其加工长度可在1200mm~1300mm左右，并设置环向垫板。具体为在合龙段两侧的拱肋弦管内均匀布置8块底座肋板和垫板，并设置定位钢槽与垫板，两者通过螺栓连接，定位钢槽在水平方向上需设置限位孔。花兰螺栓包括螺杆和螺母，螺杆上设置有与定位槽钢相同的定位孔，插入销杆，可使螺杆不随螺母旋转；螺母制作成反向螺纹（P=5mm），转动螺母可使得两侧螺杆同时缩进或伸出，螺母上设置销孔，插入销杆方便旋转螺母。

图3 瞬时合龙构造总体设计图 图4 瞬时合龙构造断面图

图5 花兰螺栓设计图

3 施工操作要点

3.1 总体施工顺序

1）拱肋节段在加工场内进行统一加工制作，经预拼装确保安装精度后，运输至现场指定位置等待安装。钢管制作采用直管冷弯技术，保证轴线精度。在工厂对所有运输单元应进行预拼装，考虑焊接收缩、拱肋预抬高及温差的影响，确保瞬时合龙构造的安装精度。

2）拱桥拱肋采用缆索吊装斜拉扣挂法施工，可通过扣索及时调整拱肋合龙及浇注混凝土时的内力和线形。拱肋节段实行两岸对称安装，同一位置节段安装就位后，应及时安装横撑及缆风绳以确保横向稳定，施工过程中扣索张拉索力及调索按要求施工。拱肋节段间用内法兰栓接，分别张拉扣索，安装横撑。

3）安装合龙段钢管，焊接横撑。对拱肋线形和空间位置进行测量，以拱肋加工线形为目标校核高程，调整扣索索力。焊接合龙段及各节段间接头，施工顺序为从拱顶向拱脚对称焊接，注意先拧紧螺栓再施焊；浇筑封铰混凝土，拱圈形成无铰拱状态。

4）空钢管合龙完成后，扣索逐级松扣，将扣索索力转换为拱的推力； 泵送钢管内的混凝土，同时从两岸拱脚向拱顶对称推进。完成拱肋全部施工。

3.2 拱肋瞬时合龙技术

1）制作拱肋合龙段时，进行适当加长（本桥合龙段的加工长度增加至1300mm左右），在合龙前根据观测结果，确定出合理的长度后，再在现场切除多余部分。

2）大桥分幅进行合龙。在第6个吊装节段（合龙段左右两侧节段）安装前，将瞬时合龙构造的底座肋板提前焊接于拱肋弦管内壁，底座肋板内的中心用内衬管进行固定。待合龙段左右两侧节段安装完成后，再进行垫板和定位钢槽的安装，安装过程中需确保定位钢槽处于水平位置，便于后续其他构造安装。

3）根据施工时间和气候条件等，综合确定出合龙的最佳时段，具体要求为日照条件基本相同、风速不超过1m/s（无风最佳）、温度变化幅度较小，合龙后的温度接近15℃。本桥根据实际，合龙时段暂定为早5时至10时。

4）进行连续24h观测，收集数据汇总统计，分析在不同环境（温度、风力等）条件下的拱肋高程、相对高差、横向偏位变化。根据观测数据，在合龙同时段内，以合龙高程为校正标准，对合龙段两侧的吊装段进行校正调整，使两岸高程、偏位值同步。

5）根据测量的合龙时段内合龙段两侧定位钢槽的距离，初步对花兰螺栓调整，使其长度小于上述距离约15mm，以便于顺利安装花兰螺栓。

6）将调整好的花兰螺栓吊装至定位钢槽内，并在限位孔中插入销杆使花兰螺栓固定在定位钢槽内，并限制其转动。

7）测量此时合龙段的实际长度，即为对接套管（包板）长度，进行配切后运送至合龙端头准备。

8）再次进行24h连续观测，确认拱肋高程、偏位等准确无误，确认温度、风力条件等同之前观测数据基本吻合。如果存在较大的差距，则继续观测，等待下一个合龙时段。

9）合龙前，两岸第6吊装段高差相差在5mm内时，不再采用扣索调整高差，而是通过增减两岸拱肋上作业工人人数使两岸高差为0。

10）合龙作业开始前确认各个螺栓顶紧距离一致（约15mm），根据统一号令，将4个接头处螺栓螺母同时旋转，使得两侧螺杆同时伸出（约7.5mm）顶紧两侧拱肋。确认全部顶紧完成后，进行紧固焊接，将螺栓同定位钢槽焊接固定完成锁定。

11）瞬时合龙构造锁定后，在合龙时段内立即焊接已经配切准备好的半圆形对接套管，即拱肋合龙段钢管，完成主拱圈合龙。

3.3 合龙注意事项

3.3.1 监控量测

1）本桥所有预制构件都通过缆吊系统进行吊装拼接，且合龙段施工过程均为高空作业，因此必须保证缆吊系统的安全稳定。对缆吊系统进行观测主塔竖向、横向位移，各个锚碇的索力情况进行监测，及时和理论设计值对比分析，确保施工中的安全性。

2）拱肋安装过程中对钢管拱肋控制点处拱轴线线形及旁弯情况进行监测：

（1）各吊装段及关键控制点标高，控制拱轴线横向和竖向线形，保证钢管安装过程及完成后满足设计要求。

（2）关键控制点布设在L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8和拱脚处，布设测点在拱背通视良好的部位设立测量标志。

（3）使用全站仪进行测量，在两岸分别架设仪器同步测量，及时对实测数据进行处理与理论计算值进行比对。

3.3.2 安全措施

1）施工范围的地面设置安全警示标示。

2）所有高空作业人员需经安全技术交底和安全培训工作，施工人员严格按照安全操作规程施工，佩戴安全帽、系安全带并穿防滑鞋。

3）又专人定期做好缆索吊等设备的保养工作，施工前须认真检查。所有施工用的钢丝绳等材料及时进行检查更换。

4）吊装过程，特别是穿过障碍物的吊装作业时，需增设安全指挥人员，加强位置纠正，保证不撞击其他结构物。

3.3.2 质量控制措施

1）合龙施工过程中须设专人进行统一协调指挥，确保4个接头同步完成作业。

2）瞬时合龙构造在旋转螺母完成顶紧后，可核对各端头旋转圈数作为辅助数据。

3）合龙段对接套管的焊接必须在锁定后立即进行，保证在在同温度范围内施工工况的一致性。

4）合龙后进行释放扣、背索时，实时观测各拱肋接头点、拱顶及1/4跨径处等截面的标高，调整拱轴线时要求每个接点与设计标高之差符合设计规范，且不可以出现反对称变形，降低拱肋开裂风险。

5）根据现行《公路工程质量检验评定标准》测量确认主拱圈安装质量，如下表所示。

表1 主拱圈安装质量检查表

4 结语

该桥采用瞬时合龙施工技术，在15min内可完成锁定，实现了双幅拱肋快速合龙，节约工期约14d，且大大减小了自然环境因素的影响，相对误差为0，高程和轴线偏位精度控制到了毫米级，最大偏差为9mm，远小于规范规定的允许偏差值。实现了高效、高标准合龙。

该瞬时合龙构造结构简单，操作简便，可以省时省力地完成钢管拱桥瞬时合龙施工，克服了目前常规钢管拱桥合龙时长时间进行高空作业安全系数低、施工操作较复杂，合龙时间长等问题，而且合龙精度及拱肋应力可以得到较好的调整，保证施工质量。适用于钢管拱桥拱肋安装施工，特别适用于拱肋采用缆索吊装、无支架扣挂悬臂拼装等结构复杂、结构重量大的合龙段施工，合龙的线形及应力均能得到高精度的控制，实用性强。

参考文献：

[1] 曹晓博.下承式钢管拱桥拱肋合龙施工技术[J].建筑施工，2015（11）：1325-1326.

[2] 孙龙君.大跨度钢管砼拱桥合龙后施工控制研究与应用[J].公路与汽运，2009（6）：128-133.

[3] 公路桥涵施工技术规范：JTG/T 3650-2020[S].北京：人民交通出版社，2020.