府河大桥外倾式非对称钢箱拱肋安装质量控制

府河大桥外倾式非对称钢箱拱肋安装质量控制

卢 ,怡

中铁二局第五工程有限公司

摘要：成都市高新区红星路南延线跨府河桥梁工程（下文均简称为府河大桥）是一座集使用功能和人文景观为一体的新型桥梁，该桥为下承式外倾非对称钢箱拱,这一特异造型对桥梁施工提出了更高要求，本文主要通过介绍府河大桥结构形式、分析钢拱肋特点、采取特殊钢拱肋安装施工流程、结合先进线形控制技术，实现了拱肋顺利安装合龙，拱肋最大线形偏差3.3cm满足规范要求。

关键词：外倾式；非对称；钢箱拱肋；安装；质量；线形控制；合龙；

前言

1．1 工程概况

府河大桥位于成都市高新区会展片区，府河大桥位于新会展以东，毗邻会展段规划滨河公园，跨越府河后接中和镇街道，是连接成都市主城区、天府新区高新片区和中和镇的重要交通枢纽。

府河大桥为主跨150米跨径曲线梁非对称外倾式系杆拱桥（非对称拱肋桥），采用44+150+55m的孔跨布置，全桥共长249米，拱肋由混凝土拱脚段和钢箱拱肋段组成。钢箱拱肋共分为南、北两拱，南侧拱肋拱平面与水平面的夹角为72°。北侧拱肋拱平面与水平面的夹角为60°。南拱、北拱钢箱各自划分为15个吊装节段，编号分别为S1-S8、N1-N8；S8和N8节段为跨中合龙段。节段宽4.000m或4.016m，节段高3.000m—5.016m，最短吊装节段长约2.8m，最长吊装节段长约16m；节段最小重量26.9吨，最大重量59.9吨。府河大桥立面图如图1所示。

图1  府河大桥立面图

1．2 钢箱拱肋特点

在施工过程中，外倾式钢箱拱本身的稳定性和抗震性能较差，保证其结构线型是府河大桥拱肋施工的关键。同时，钢箱拱肋是府河大桥重要的受力结构，拱肋通过系杆与钢梁连接在一起，承受钢梁自重及后期荷载作用，拱肋把这些荷载通过墩身传递给承台和桩基。钢箱拱肋的安装质量是保证该桥能否顺利完成受力作用的关键。由于钢箱拱肋结构特殊、受力情况复杂，故钢箱拱肋的安装定位也是该桥施工过程中施工难度最大、技术含量最高的部位。钢箱拱肋具有高度高、节段数量多、节段重量重、向外倾斜角度较大的特点，拱肋在空间状态下的稳定及定位安装精度控制难度大。

2.钢箱拱肋安装施工流程

为了保证钢箱拱肋的安装定位质量，该桥采用了桩基、承台及钢管立柱支架等辅助措施。在地面上通过翻身限位胎架进行钢箱拱节段翻身，再通过履带吊吊起单侧节段钢箱拱肋，完成空中的姿态调整，然后缓慢起吊钢箱拱节段至钢管立柱顶部的限位胎架完成拱肋基本就位安装，安装临时匹配件、纵向加劲肋连接板，采用千斤顶调整标高和轴线完成拱肋的精确定位，过程中进行拱肋线形监测待满足要求后栓合高强螺栓并完成面板环焊缝，如此操作直至拱肋全部安装完成。图2示出了钢箱拱肋安装施工的工艺流程图。钢箱拱肋安装示意图见图3。钢箱拱肋安装完成图见图4。

图2  钢箱拱肋安装施工流程图

图3  钢箱拱肋安装示意图

图4  钢箱拱肋安装完成图

2．1 桩基、承台施工

拱节段安装支撑支架采用钢管立柱搭设，布置在钢箱拱水平投影面下方，每个拱肋节段连接位置处均设置1个支撑架。桩基施工采用旋挖钻机施工。桩基施工完成后便进行承台施工，在承台施工过程中需确保钢箱拱支架预埋件的埋设质量。钢箱拱支架承台施工见图5。

图5   钢箱拱支架承台施工照片

2．2 钢箱拱支架施工

根据钢箱拱节段标高安装钢管支架立柱，钢管立柱节段之间通过法兰盘采用高强螺栓连接，立柱之间纵横向采用万能杆件横梁焊接成整体。在每个钢管立柱顶部设置一个安装限位胎架，限位胎架分为上下两层，下层为调整架，上层为托架。调整架与托架之间用高强螺栓连接成整体，调整架与钢管立柱之间用焊接方式连接成整体。

托架是支撑钢箱拱肋节段的主要受力结构。调整架主要采用工字钢和钢板制成，局部配上加强肋板。调整架主要作用是确定钢拱肋大致标高，将已制作好的调整架顶面进行抄平，通过计算采用在钢管立柱上加垫钢板或钢片的方法来确定拱架高度（计算高度下调1cm），为钢箱拱肋及托架加工误差预留调整空间。调整架顶部设置螺栓槽，沿横桥向布置。托架通过螺栓槽采用高强度螺栓与调整架进行连接，为确保托架定位后稳定配置型钢进行临时连接。钢箱拱支架结构示意图见图6、7。

图6  钢箱拱支架结构示意图

图7  钢箱拱支架结构示意图

2. 3 钢箱拱肋安装流程

①施工准备

托架在钢箱拱肋节段运送至施工现场之前按照设计位置提前安装在调整架上，并与钢箱拱支架栓接成整体。钢箱拱肋节段在加工厂内加工完成后，在结构尺寸无误及线型满足规范要求后方可运送至桥址现场。

府河大桥钢箱拱肋吊装采用四点吊形式，为保证每节钢箱拱吊装时空间姿态的准确，在设计吊耳位置时综合考虑到拱节段的外倾角度、施工的方便性等各方面因素影响。首先要对钢箱拱节段重心点位置进行计算，重心位置确定后便可计算吊点位置。拱肋节段重心与吊点位置采用空间制图形式进行模拟拱肋的空间姿态来确认。为保证钢箱拱肋节段吊装时空间姿态的准确，对于吊装所用钢丝绳的长度计算尤为重要。根据每节钢箱拱肋重心和吊耳位置，在电脑上采用软件模拟现场安装状态来进行钢丝绳长度的计算。模拟计算钢丝绳长度结果见图8。

图8  模拟计算钢丝绳长度结果

②钢箱拱肋节段安装

钢箱拱肋翻身、姿态调整

拱肋节段安装顺序采用两边对称安装中间合龙的方式。在钢箱拱支架托架上按预设位置、标高由测量人员放出托架的定位点，将托架按照定位点位置采用千斤顶调整托架位置，并采用4颗高强度螺栓将其与调整架连接紧固。钢箱拱肋节段的吊装采用一台260t履带吊进行施工作业，将履带吊就位于拱肋节段最佳安装角度及作业半径后，将拱肋节段按照安装到位时的方向、角度吊离地面，完成钢箱拱肋节段空间的姿态调整。测量人员通过测量上下口水平距离差及钢箱拱底角边与水平面的夹角来对钢箱拱节段空间姿态进行复核。若空间姿态未满足设计及规范要求，作业人员需采用钢丝绳上挂设的链条葫芦进行姿态调整，直至测量人员测得的测量数据满足设计及规范要求。钢箱拱肋空间姿态调整见图9。

图9  钢箱拱肋空间姿态调整

钢箱拱肋节段吊装就位

履带吊缓慢提升钢拱节段至钢管支架上安装。待安装节段后端靠近并对准已安装节段前端拼装接头后，将安装节段后端置于特制限位胎架上，在已安装节段上安装手动链条葫芦，用于收紧调整，使两相邻拱节段同一位置上、下接口的缝隙宽度大致相等。对接前，测量人员利用全站仪复测控制点的三维坐标，并根据坐标情况利用支架顶部设置的千斤顶进行精确调整拱肋线形，在拱节段控制点满足设计及规范要求后，在托架和钢箱拱节段之间填塞钢板或钢锲进行钢箱拱节段稳固。就位以后先安装临时匹配件上的定位螺栓，定位螺栓不完全拧紧，以便于拱肋高程、轴线调整。安装纵向加劲肋连接板、初拧高强螺栓。然后缓慢松钩，解除吊索，终拧高强螺栓，焊接钢板面环焊缝。由此完成一个节段吊装。采用同样的方法完成其他拱肋的吊装（合龙段除外）。

③钢箱拱肋节段线性监测

在节段对接施焊前，要测量钢箱拱肋轴线偏位、标高、长度及节段接口情况等，将所测量数据与节段匹配制造阶段的数据相比较，对出入较大处做好标记，待焊接其环缝接头时，给予修正调整。修正调整采用在拱肋节段对接部位焊接限位码板的方式进行精确调整，确保钢箱拱对接口处线型流畅。在钢箱拱合龙时，通过测量合龙段长度，精确切割下料，完成钢箱拱拱肋合龙。

值得注意的是钢箱拱肋节段之间焊接控制要点是在焊接过程中要注意对称施焊，且注意避免进行仰焊。从而确保钢箱拱肋节段之间的焊接质量。在全部焊缝和高强螺栓安装完成前，履带吊禁止对钢箱拱节段松钩。

④钢箱拱肋合龙段安装

钢箱拱肋合龙段选择拱肋中心节段。合龙段施工的前一周进行天气的观察，气温的测量，掌握气温变化的规律，以确定最佳合龙时刻。

考虑到钢箱拱的制造、测量、安装误差，焊接收缩变形及温差等因素的影响，合龙段加工时增加30cm的富余长度，作为合龙时的调整余量。

在合龙段施工前一周，选择与合龙气温差不多时，并测量拱节段前端四个角点坐标，准确计算合龙段长度，对合龙段预留的面板进行现场切割，保证合龙段精度。

合龙段经过现场精确切割后，利用履带吊起吊合龙段安装。合龙段安装时安装工序步骤参照其他拱肋节段，但值得注意的是履带吊松钩工序要在拱肋焊接面板环焊缝施工完成后进行，确保钢箱拱肋施工质量和施工安全。钢箱拱拱肋合龙见图10。

图10  钢箱拱拱肋合龙

3.钢箱拱肋安装现场质量控制

在钢箱拱肋安装现场主要从两个方面进行质量控制：1、钢箱拱支架安装的质量控制；2、钢箱拱肋节段本身的安装线形控制。

在安装钢管立柱支架时，施工的难点就是控制立柱的垂直度和单根立柱之间的相对距离。在首次安装钢管立柱时，测量组进行精确放样确定单节钢管立柱之间的相对距离。安装过程中，施工人员通过吊磁力线锤来控制钢管立柱的垂直度（禁止施工人员在刮风的情况下安装钢管立柱）。通过在节段法兰盘之间填塞钢锲和钢片来调整钢管立柱垂直度。限位胎架由工字钢和钢板加工定制而成。在安装限位胎架之前，测量组须对钢管立柱顶标高进行测量，并通过增加和减少钢板来调整限位胎架标高。

在每节段钢箱拱定位完成后，测量组须完成定位测量工作。拱肋变形监测不仅测试拱肋的横向变位，还要测试拱肋在阶段节点（或设计给出的特征点）的标高，保证成桥阶段的轴线与设计吻合，使拱桥在使用期间受力合理。主拱肋在节段吊装焊接阶段，拱肋的线形观测点分布在钢箱拱肋节段节点位置，当钢箱拱肋合龙后，为更好的描述拱肋线形，观测点选择在拱肋的跨中、3/8、1/4和1/8跨各特征点位置，测点布置如图11所示。在每段拱箱上距离分段线40cm处制作线形测点，分别在其顶板、侧板、底板上作标志，如图12所示。

图11  拱肋线形监测测点布置示意图

图12  拱箱线形监测点示意图

结束语

府河大桥钢箱拱肋安装施工工艺使得拱肋安装工作简单化，增强了拱肋安装的准确性，加快了施工进度，缩短了施工工期。不仅确保了项目工程质量，赢得了建设单位高度认可，树立了我公司的良好形象，而且为我公司在此方面积累了丰富的经验。

参考文献

[1] 《公路桥涵施工技术规范》（JTG-TF50-2011

）

[2] 《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2001）

[3] 《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2-2008)

[4] 《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》 （GB1231-2006）

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