钢管混凝土系杆拱桥施工技术研究

张军

（分宜县交通运输局，江西 分宜 336600）

0 引言

目前，在我国的系杆拱桥施工中，钢管混凝土是必要的施工材料，其应用效果非常好，完全可以达到工程的建设标准和要求，对于提高我国桥梁工程的施工技术水平具有积极的意义。

1 工程概况

某桥梁项目工程建设时，设计人员原选择应用承台与钻孔桩的基础形式，上部结构采用钢管混凝土系杆拱桥的形式。经过对设计方案的深入分析，设计人员选用悬链式拱轴线形式，结构组成比较简单，现场施工也比较方便。桥梁的主钢梁结构包含多个结构，挑梁、系梁、横梁等都满足工程要求，才能提高结构的总体性能。因为桥梁工程的跨径比较大，所以现场施工单位经过分析确定应用支架法进行施工。施工单位根据工程的情况，对钢梁结构选用分段作业的方式，结构性能合格，达到工程的标准和要求，并选用支架的方式在河道上施工，支架施工后立即应用泵送顶升的方式灌注作业，有序组织开展主桥钢拱肋结构施工，确保工程质量达标。

2 系杆拱桥主要施工流程和施工技术

2.1 施工流程

第一，做好现场的各项施工准备工作，有效处理支架基础结构，确保基础的性能合格，避免给项目带来不利影响。之后，进行支架预压处理。第二，预压达到标准后，工作人员把支架分配梁架设到规定部位，然后安装横梁，系梁与中横梁焊接结束后，进行小纵梁吊装作业，并且开展桥面的铺装施工。第三，按照施工工艺方案要求，落实现场施工工艺，明确工作标准和要求。第四，灌注拱肋后，立即组织开展拱肋支架的灌注施工。第五，吊杆安装完成后，将桥面板拆除，再应用吊杆完成张拉施工。第六，经过第一次张拉，工作人员进行浇缝的灌注施工，然后拆除河道的横梁，铺设桥梁结构表面。第二次吊杆张拉施工后，对桥面进行全面验收[1]。

2.2 主桥钢梁和钢管拱肋分段

考虑到现场的具体施工情况和施工需要，施工单位确定采用分段施工的方式，结构自重最大80.5t，现场吊装、运输以及安装都非常便利。根据现场连接的需要，采取拱脚的方式，总计4 处，整个桥梁的东西两侧每侧有拱肋11 段、系梁5 段。将上述各个结构按照设计方案在工厂内预制加工，同时组织人员展开试拼作业，符合要求才能继续施工，使得现场作业可以有效展开，提升施工效率。

2.3 主桥钢梁支架施工

施工单位的技术人员应用先进技术模型展开分析，落实各个结构尺寸的管控，详细计算支架结构，使受力条件符合要求，预防发生结构变形或者损坏的问题。根据工程的设计方案，上部应用贝雷钢横梁结构，并设置微调装置，便于调整结构的安装位置。在现场焊接施工中，工作人员应用钢板墩支撑辅助结构，提高施工效率。

2.3.1 支架下部施工

以驳船作为主要的运载工具，把钢管柱运输到施工部位。通过浮吊将其吊装到规定的部位，完成架设施工。使用振动打桩机打设施工。桩顶根据工程的要求架设工字钢作为分配梁，结构的性能达到标准要求，发挥支撑作用。

2.3.2 支架上部施工

支架结构设计为贝雷梁，结构尺寸为3m×1.5m。设置双层贝雷梁对通航孔72m 范围内施工，单个长度为15m，经过拼装制成两组。同时，在钢管柱架设的环节，使用浮吊把支架设置在40 工字钢分配梁上，将各个接口都布置在梁体上，贝雷梁安装精度合格。一跨拼装完成后，工作人员进行下弦杆的加固处理，每跨使用5 根水平撑。此外，还要在现场应用微调钢板墩进行调整，确保安装精度合格[2]。

2.3.3 支架预压及同步观测

支架体系在施工完成后，工作人员应该进行压载试验。预压试验包含下述几个部分：第一，钢管柱预压。在对单根钢管柱预压时，应用100t 千斤顶，检测承载性能，达到设计标准要求。第二，钢管柱群与贝雷梁钢架预压。在现场按照设计方案进行钢纵梁的拼接作业，并进行钢管柱群与通航孔部位贝雷梁的预压作业，通常预压载荷为设计载荷的1.1 倍，从而可以准确掌握受力条件和正常投入使用的效果。第三，开展钢桥面预压施工。钢梁结构经现场拼装组合后，进行结构构件、桥面板的安装，并做好承载力检测与试验工作，掌握其总体的稳定性和安全性。在预压过程中，执行规范化的标准，并对数据展开详细的计算分析，合理布置测量点，开展预压环节检测确定，分析标高变形。

2.4 主桥钢结构安装施工

2.4.1 安装钢梁

按照施工工艺方案要求施工，将各个部位安装到规定的位置。应用驳船展开运输作业，通过110t 浮吊进行施工，然后焊接连接。在安装工作完成后，应用龙门吊施工，达到架设施工的要求，然后进行临时桥面板的架设，并安装钢拱架支架结构，期间需要保证安装钢梁性能和质量满足设计规范。

2.4.2 钢拱肋安装支架施工

将钢管拱肋支架设置在临时面板结构上，并将其底部焊接在系梁顶板上。在顶部布置防护栏、托盘、分配梁等结构，应用钢桁架组合形成整体。此外，工作人员按照设计方案进行构件加工，然后开展拼装，达到标准要求后即可进入现场施工。工作人员按照施工顺序的要求在临时桥面上吊设拼装与焊接作业。焊接前，工作人员进行拱肋管道、泄水孔、排气孔检查。在安装作业中，工作人员将系梁、端横梁、钢拱脚连接形成整体，下部应用精轧螺纹钢连接，具体可见图1。

图1 钢管拱肋安装

2.5 钢管拱肋混凝土灌注及吊杆安装

2.5.1 钢管拱肋混凝土灌注

钢管拱肋按照设计标准进行生产加工，主要指的是下弦管、上弦管等，施工材料为C50 无收缩微膨胀混凝土，施工总量是897m3。在现场钢管拱肋施工结束后，由专业人员组织落实现场施工作业，通过输送泵完成灌注施工。在现场灌注的阶段，应做好各个环节的控制，每项技术参数必须符合工程的要求，预防产生结构损坏或者性能不合格的问题。但是在施工现场极易发生鼓管、爆管等问题，应根据现场的要求组织落实灌注到顶的施工方式，然后将隔仓布置在临时钢管支撑结构上，灌注时间在10h 以内。在灌注施工中，按照下弦管、上弦管、缀板腹腔的顺序进行施工。灌注作业前，工作人员把地泵布置在拱脚的位置上，从下到上逐步进行灌注施工，从南到北保持连续灌注作业。每一个结构施工都要做好控制，并且使各位置灌注长度差不超过2m，对于冒出的材料要及时清理，以达到结构性能和标准要求[3]。

2.5.2 吊杆安装

从桥梁项目来说，其整体表现为东西两侧对称，每一侧设置20 根φ82mm 的吊杆，相邻吊杆距离7m。生产单位按照设计方案进行加工制作，保证拉索材料性能合格，且吊杆张拉端现场施工时，工作人员应用吊车完成作业，直接放入吊杆锚固段与拱肋预埋管，然后传入系梁预埋套管，应用锚固段进行固定处理。按照工艺方案要求在吊杆内安装传感器，检测应力参数是否符合设计标准。一般来说，吊杆张拉端布置在拱肋部位上，应用销接式吊耳进行固定处理，再根据方案要求进行收紧、分次张拉作业，吊杆总体性能达标。

2.6 施工监控

在桥梁施工中，为了更好地满足工程的安全性要求，应加强监控管理，随时做好技术参数的控制。在监控工作阶段，工作人员加强测量和控制，及时纠正偏差和问题，在确保工程安全性合格的基础之上，提升桥梁的稳定性与强度。

3 施工技术要点

对于钢管混凝土拱桥结构施工，加强混凝土配合比控制极为重要。合理优化技术参数，确保在灌注环节监测应力与质量数据达到混凝土施工连续性的要求，满足施工技术标准和要求。

3.1 混凝土配合比的优化

在钢管柱施工中，混凝土材料的性能是人们关注的重点，尤其是流动性、密实性，这些指标和参数对于工程的质量影响最为直接。为了使这些指标符合要求，加强混凝土的配合比设计极为重要，必须综合分析各种因素，并有效优化和改进。该工程案例选择使用微应力混凝土形式，在材料内加入一定量的膨胀剂，主要的作用是提升混凝土的性能。加入微膨胀剂也要加强质量控制，特别是保证膨胀率合理，做好精确性试验分析，保证混凝土结构的施工质量合格。

3.2 混凝土的灌注

在应用顶升灌注处理方法时，混凝土灌注必须通过规定压力进行，且灌注作业采取对称方式施工，从而提高施工质量水平。为了达到这一要求，应重点做好如下几个方面的工作：首先，对现场开孔必须精准测量，对称设置，精度合格。其次，对现场施工情况实时测量，焊接施工的质量符合要求，为后续灌注作业顺利开展提供基础和标准。在该工程项目的实施中，灌注作业尤为重要，重点关注拱下各个标段不一的情况，如果存在问题要立即采取措施。根据工艺方案的要求，从较高侧开始灌注，随时关注变形情况，拱两侧的控制点标高达到设计标准后及时灌注。但是也要注意，两侧同时进行灌注施工，确保灌注量合格。然后关闭混凝土止回阀。在该环节保持严密、谨慎的态度，从而使得结构施工更加稳定、高效，结构的性能和质量合格，避免对桥梁结构的性能带来很大的负面影响[4]。

3.3 确保混凝土灌注的连续性

为了确保混凝土灌注的连续性，应一次灌注成型。工作人员对现场环境展开全面的勘察和分析，由于扁拱形梁极易发生变形的问题，所以该桥梁工程案例采取两级的灌注施工方式，达到一次成型的施工效果。所以在现场应合理分配两级灌注时间，确保施工连续进行，工程质量和效果满足要求。

4 钢管混凝土拱桥稳定性

4.1 拱的面内失稳

在外部荷载以及自重同时作用下，拱桥截面受到多个方面作用力的影响，如剪力、弯矩、轴向压力等。轴向压力是主要的作用力，在内部形成合力拱轴线，对于桥梁结构产生较大的作用力。在特殊的工作条件以及环境下，如在拱轴线与荷载应力作用线完全重合的情况下，拱截面内力也会以轴向压力的形式存在。拱截面设计如果处于理想的条件，即使只存在轴向压力存在，截面稳定性和线形、矢跨比存在直接关系。所以技术人员综合分析上述各项参数，消除不利因素的影响，以达到运行的标准要求，预防出现质量问题。

4.2 拱的侧倾失稳

拱桥结构由于内部存在吊杆连接拱肋与系梁的结构，吊杆结构部件会限制屈曲的发生，从而有效预防结构出现屈曲失稳。经过现场对比分析了解到，系杆拱桥的侧向失稳是关键性问题，必须加强分析和控制。在系杆拱桥的设计过程中，拱肋结构形式应用二次抛物线的设计形式，而横撑一般都会选择平式或者立式的结构形式，并且桥面系对系杆拱桥稳定性产生影响，也是人们研究的重点。如果设计人员忽视这一问题，或者设计不合理，极易造成结构性能不达标。就目前工程的具体情况分析，拱的外屈曲面临界荷载较为严重，极大危害工程的质量与安全。因此，设计人员根据要求选择合适的线形，确定具体荷载分布状态，并分析抗弯强度参数，掌握拱座的约束状态，应用科学合理的措施消除负面因素干扰，从而提升拱桥的性能，达到安全、稳定的标准[5]。

5 结语

钢管混凝土系杆拱桥施工是通过应用泵送顶升灌注法、支架法展开施工，分析现场的系杆拱桥施工技术，严格落实现场施工各个环节的控制，保证大跨径桥梁施工顺利完成，缩短项目工期，降低施工成本，实现综合效益的提升。