先拱后梁法施工的钢管混凝土系杆拱桥施工监控关键技术

张正涛 李志利

1中铁二十一局集团路桥工程有限公司 陕西 西安 71000

2湖州致功工程检测咨询有限公司 浙江 湖州 313000

正文：

1 概述

某钢管砼系杆拱桥跨径88m，计算跨径85m，计算矢高17.0m，计算矢跨比1/5，拱肋轴线为二次抛物线。拱肋采用2根钢管混凝土组成的哑铃型截面，截面高2.3m，钢管直径为φ900mm，壁厚18mm，上下钢管以及拱脚与第一根吊杆间腹腔灌注C50微膨胀混凝土。全桥共设计2道K撑和1道一字撑，钢管直径为φ600mm，壁厚12mm的钢管。全桥共设15对吊杆，吊杆采用GJ15-22钢绞线整束挤压式拉索体系。中横梁为预应力混凝土T形截面，端头预留60cm湿接头与系梁现浇成整体。端横梁为预应力混凝土结构，实心截面。行车道板为整体现浇钢筋混凝土板，厚度0.3m，与横梁形成整体。主墩实体墩，群桩接承台基础。上部结构立面如图1所示。

图1 上部结构立面图(尺寸单位：cm)

该桥的施工顺序为：在支架上现浇拱脚段、端横梁及两侧的两根中横梁，穿施工用系梁临时索，同时工厂预制钢管拱肋，风撑→钢管拱助节段及风撑从工厂运至工地，利用浮吊整体吊装钢管拱助及风撑，张拉临时索调整拱肋标高及拱脚位移→先灌注下钢管砼，张拉系梁临时拉索→灌注上钢管砼，张拉系梁临时拉索→每两个吊杆为一组，将单侧系梁划分为5个预制节段，待系梁预制好后进行吊装安装，每组节段安装后，均张拉临时索进行调整→系梁湿接缝浇筑，系梁形成整体后进行系梁预应力束的张拉，解除临时索→张拉吊杆，调整系梁标高→施工其余中横梁，张拉横梁预应力→张拉吊杆，调整系梁标高→施工桥面板，张拉吊杆→施工桥面铺装、防撞护栏等二期附属设施→最后一次张拉吊杆，全桥施工完成。

中小跨径钢管混凝土系杆拱桥通常采用先梁后拱的施工方法，即系梁及横梁施工完成后，搭设支架施工拱肋，灌注混凝土，安装吊杆进行张拉。本桥建设期间，除主拱肋吊装阶段，其余阶段桥下均要求通航，故本桥的施工采用先拱后梁的施工方法，施工难度大，施工技术要求高，需要采用有效的手段进行施工监控。

2 施工过程仿真分析

为了进行施工控制计算分析，首先采用midas Civil建立全桥施工过程仿真计算有限元模型。主拱、系梁、横梁均采用梁单元进行模拟，吊杆及临时索采用只受拉桁架单元进行模拟，主拱截面采用施工阶段联合截面进行分析。有限元模型如图2所示。通过施工过程仿真计算，得出各个施工阶段结构的理论应力、理论变形，并验算主要控制阶段的结构稳定性。

经计算，整个施工过程，拱肋钢管最大应力为受压86.8MPa。拱脚最大水平位移为31.1mm。在系梁节段吊装完成，浇筑系梁湿接缝形成整体之前，结构的一阶弹性稳定特征值最小，此阶段稳定系数为5.841，大于4.0，满足设计要求。一阶屈曲模态为面外非对称失稳。

图2 有限元计算模型

3 施工控制关键技术

为了确保主桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内，在主桥施工过程中必须进行严格的施工控制，采用自适应控制法，及时根据结构的实际状态，通过利用获取的反馈数据进行跟踪修正计算，使有限元计算模型与实际结构一致，给出各施工阶段的线形及内力控制数据，用以指导和控制施工，保证成桥的线形及内力符合设计要求。

钢管混凝土拱桥几何形态和变形是施工监测的重要内容。重点对拱肋各八分点的标高进行监测和控制。

在吊装过程中，拱肋中线偏位调整可利用横向缆风绳。在施工过程中需对临时索进行多次张拉以平衡拱脚水平推力，减少拱脚水平位移。在拱脚处需设置双向观测点以监控拱脚的水平位移。施工过程中跟踪测量系梁的变形，主要是吊点位置的标高，确保吊杆的受力状态及成桥桥面线形符合设计要求。

钢管混凝土拱桥的结构应力监测对象主要是拱肋钢管的应力，应力测点布置在拱肋各四分点截面的上下缘。

拉索张拉力的控制方法主要有千斤顶压力表和索力计等直接法和频率测定法和磁通量法等间接法，本桥对于临时索和吊杆，采用千斤顶压力读数法与频率测定法进行双控。另外由于温度是引桥钢管混凝土拱肋的变形和内力变化的主要因素之一，还需要进行温度场监测。

钢管内混凝土的灌注质量和密实度会影响组合结构的受力特性，可采用人工敲击和超声波检测仪，对全拱进行检测，评价浇筑质量，并根据实际情况进行补压浆处理。

4 结语

钢管混凝土系杆拱桥采用先拱后梁的施工方法，主拱结构采用整体吊装安装后，再进行系杆及中部横梁的施工，施工中借助临时系杆索的张拉来平衡拱脚水平位移，调整拱肋标高及线形，施工控制难度大，需要跟踪分析临时索张拉对拱肋变形的影响，及时修正临时索张拉控制力，使拱肋应力和变形符合设计要求，严格做到双控。同时，要精确控制吊杆的张拉力，使系梁标高及梁面标高满足设计要求。