浅析下承式钢筋混凝土系杆拱桥安装线形控制
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摘 要 下承式钢筋混凝土系杆拱桥以其受力合理、造型美观的特点，在城市道路和公路桥梁工程中得到了广泛的应用。本文结合某1-50m下承式系杆拱桥工程，对拱桥线形的影响因素进行分析，并提出了相应的控制措施。
关键词 拱桥；下承式；系杆拱线形；控制
下承式系杆拱桥将梁、拱两种结构有机结合，是一种无推力的拱式组合体系，属于外部静力结构，兼有拱桥的较大跨越能力和简支梁桥对地基适应能力强的特点，受力合理、刚度大、整体造型线条美观，而且纵梁置于拱肋位置之下，不占用车道位置，纵梁顶面可高于桥面，减少了控制桥面标高的因素，使得钢筋混凝土系杆拱桥与其他桥型方案相比更加简洁美观，受到桥梁界的普遍欢迎。系杆拱桥的线形反映结构应力的分布状态，关系构件成型的精确程度。由于拱肋体积和质量较大，拱肋的安装质量控制难度较大，因此在系杆拱桥施工中，拱的线形控制是其关键技术之一。
1 工程概况
某大桥设计起点里程为 K0+026.561，设计终点里程为 K0+242.601，桥跨布置为4*20m（预应力混凝土空心板梁）+1*50.0m（钢筋砼系杆拱桥）+4*20m（预应力混凝土空心板梁），桥梁全长为 216.04m。其中系梁全长50m，宽40m，计算跨径48m，结构形式为预应力混凝土平面梁格结构。平面梁格结构由13道横梁及3道系杆（纵梁）组成，按整孔布置。横梁采马蹄形截面，横桥向布置3榀拱肋，拱肋中心距16.25m。三道榀拱肋横截面均采用T形钢筋混凝土截面，沿程等截面布置。两拱肋之间在拱顶两侧距拱顶水平距离5m处各设1道“一字”形横撑。吊杆竖直布置，间距为4m，全桥共3×11道，对应吊杆处设横梁。边拱和中拱吊杆索体分别采用PES5-109及PES5-139镀锌平行钢丝束，冷铸镦头锚，吊杆内设置压磁式传感器。系杆拱桥系杆和横梁采用满堂支架现浇施工。全桥共3道拱肋，每道分9个节段在梁厂提前预制，运至现场拼装成型。拱肋拼装时按照线中拱后边拱，先拱顶段后拱脚段的顺序拼装[1]。
2 拱桥拱肋施工线形影响因素分析
混凝土拱桥从施工到最终成桥，要经历很多施工阶段，在不同施工阶段结构体系会出现多次体系转换。该拱桥主桥支架下部采用水泥搅拌桩基础，上部采用钢管立柱；支架拆除后，结构体系发生转换，主桥呈裸拱状态。影响拱桥线形变化的因素很多，针对该工程来说，主要有以下几个方面的因素影响。一是支架基础不稳定，轻则影响桥梁的线形，严重时将导致严重的安全质量事故。二是温度变化对钢管混凝土拱桥的受力与变形有较大的影响。特别是在拱肋吊装阶段不均匀温度场、日照温差和系统温差，都将对拱肋吊装阶段拱肋控制线形有较大的影响。三是桥梁端横梁和系梁均在支架上整体现浇，支架的线形和稳定性直接影响系梁和拱脚段的走向和受力，最终影响到桥梁的线形。因此基础沉降、温度变化、支架变形是影响主桥线形的主要因素，应采取有效措施进行拱桥线形控制[2]。
3 拱桥拱肋施工线形控制措施
3.1 地基加固处理
依据现场调查和勘探资料，工程施工区域内岩土层分为4大工程地质单元层。第①层为素填土（Qml），土质松散，均匀性差，主要由黏性土婚嫁碎石等组成，含植物根系；第②层为淤泥质粉质黏土（Ql）；第③层为黏土（Qel）；第④-1层：强风化砂岩（K）；第④-2层：中风化砂岩（K）。因此结合本工程的地质特点，地基采用抛石挤淤+水泥搅拌桩进行加固处理。系杆拱满堂支架搭设范围为系梁水平投影面每边外扩1.2m，水泥搅拌桩地基处理范围为支架范围每边外扩1m。水泥搅拌桩桩中心间距为1.5m，梅花形布置，桩底伸入硬塑黏土层内0.5m。在地基处理范围先抛填片石挤淤，深度约0.8m，在片石顶填筑黄土（从取土场取土）后，推平碾压作为施工平台，平台顶标高为设计洪水位以上0.5m。
3.2 选择合适的时间段施工
应重视温差引起的杆件长度变化和侧向变形。不均匀温度场和日照温差的影响，可以通过选择控制吊装时间段的选取来规避，吊装时选择早晨或者傍晚温度较为稳定的时间段，且无日照，这样就能最大程度减小不均匀温度场和日照温差带来的影响。而系统温差是由于吊装时的温度与设计合拢温度存在差异导致的，在每个吊装阶段由于系统温差的影响，将导致节段吊装控制标高的变化。
3.3 支架搭设及预压
在支架施工过程中，对挠度和施工标高进行施工精密测量。确保挠度和施工标高的测量准确无误。满堂支架采用Φ48mm*3.5mm碗扣式支架，支架搭设范围为系梁平面投影四周外扩1.2m。满堂支架顶部采用上纵下横方木，上层纵向采用10cm×10cm方木，横向间距0.3m，下层横向采用10cm×10cm方木，纵向间距60cm。方木上铺设1.5cm厚竹胶板作为底模。各层支架安装过程中，应及时校正杆间距、垂直度、纵横向直线度和水平杆水平度等，避免误差累积导致支架质量不合格。扣件螺栓的拧紧扭力矩不应小于40N·m且不应大于65 N·m。
支架搭设完成后，必须做静载试压，并充分考虑支架的扰度、压缩变形和基础的沉降，以检查支架的承载能力和稳定性。采用沙袋对支架进行推载预压。砂子比重为1.5t/m3，沙袋1.3吨/袋。堆载预压总重量为该段梁体自重的1.1倍，按照0.2、0.5、0.8、1.0、1.1倍的系梁自重循序预压。预压过程中根据加载重量和压载时间进行观测记录并分析，作为调整模板标高的有效数据。拱肋拼装前，根据加载后支架的变形，设置预拱度。
3.4 加強拱肋预制及安装控制
对于拱肋模板的加工质量，线形、尺寸及焊接质量进行重点控制。拱肋预制施工中各种预埋件数量较多、安装精度要求高，要提前清理各节段预埋件清单并绘图确认各节段预埋件的相对坐标，便于施工过程的控制。拱肋质量大，弧线长，吊装时应注意各吊装段接头对接精度，保证拱肋空中线形。拱肋安装时宜设置竖向及横向微调装置进行精确对位，对位后应及时通过临时刚性连接装置进行连接锁定。在拱肋拼装过程中，应考虑风荷载的影响，已安装的拱肋宜及时设置斜撑拉设缆风绳，防止拱肋的失稳，也防止风载对其轴线的精度影响。在安装时先调整高程后调整中线。由于施工定位时不可避免受日照温差影响，施工时根据两侧温差大小计算出对拱肋中线的影响值对拱肋中线预设反偏差。日照温差对拱肋中线的影响值可由下式计算得出：
δ=α*L*Δt；
δ——拱肋两侧伸长量之差；
α——钢材的线膨胀系数；
L——拱肋的自由长度；
Δt——拱肋两侧温差；
3.5 施工全过程监测
拱肋在安装过程中，为保证拱肋合拢后的线形符合设计要求，施工时根据桥位地形情况设置贯通的轴线控制点或布置一导线控制网，在拱肋安装的全过程进行轴线测量、监控。采用精密全站仪检测各关键点的轴线平面位置和高程，以确保拱肋的空间位置满足设计线形要求。拱肋定位测量采取拱肋上端四点主控，上锚箱辅助定位方案。主控四点分别位于上下弦杆的弦杆中心内倾侧壁及下口外皮。以两侧预埋拱脚的中心点为基准建立拱肋的轴线，并把经纬仪架设在拱肋轴线上，GD1拱段放置在承重支架上后，测量拱肋端口的低端点是否在拱肋轴线上，若偏差超出规范要求，应通过承重支架上的侧向调整装置进行调整，直至和拱肋轴线重合。拱顶标高通过全站仪进行测量并调整至设计标高[3]。
参考文献
[1] 靳溢舟，许庆，王得鑫.系杆拱桥拱安装线形控制[J].天津建设科技，2007，34（b07）：207-210.
[2] 邹效平.钢管砼拱桥吊装过程中的线形控制[J].公路与汽运，2003，（5）：57-59.
[3] 周栋梁，华强.大跨度拱桥吊装施工线形控制研究[J].铁道科学与工程学报，2009，6（6）：59-63.
作者简介
李瑞（1982-），女，河南柘城县人；工程师，现就职单位：中铁十一局集团第三工程有限公司，研究方向：从事工程施工技术管理工作。
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