大型钢管拱桥主拱拱肋弦管预埋段安装定位施工工法
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作者:郑建安 程耀飞
摘要：大型钢管拱桥的主拱拱肋弦管预埋段的安装定位准确与否，直接决定了大桥主拱合龙成败和精度。文章以巴马至田东高速公路右江特大桥（主跨为230 m的钢管拱桥）为例，介绍了安装角起吊、三点支撑定位、三步法调整的完整施工工艺和工法。在同等条件下，该工法能以更短的时间和更高的精度完成弦管预埋段的就位固定，节约施工时间，提高弦管预埋段安装定位过程的安全性。
关键词：钢管拱桥；弦管预埋段；安装角起吊；三点支撑定位；三步法调整
中图分类号：U445.4-A-45-141-3
0 引言
目前广西全区高速公路路网的建设重心由之前的平原及微丘地带向重丘以及山区转移，新建高速公路桥隧比逐渐升高，桥梁占比越来越大，各种桥型的大桥和特大桥更多地出现在人们的视野中。钢管混凝土拱桥以跨度适中、经济性较好在全国尤其是广西的高速公路桥梁建设中占有重要地位［1］，以平南三桥为代表的广西钢管混凝土拱桥在全国处于领先地位，是广西桥梁建设的一张名片。在钢管混凝土拱桥建设施工过程中，相关单位积累了丰富的施工经验，攻克、掌握了不少先进的钢管混凝土拱桥施工技术和施工工艺［2］，拥有不少相关技术及发明专利，形成一系列成熟的钢管混凝土拱桥施工工艺体系［3］。但过去施工工艺体系中对主拱弦管预埋段的施工重视不够［4］，导致弦管预埋段技术没得到相应改进，安装施工用时较长，经常成为施工进度的关键卡点。弦管预埋段是主拱肋钢结构主墩与混凝土结构主墩的联结节点，其安装定位准确与否，直接决定了大桥主拱合龙的成败和精度。巴马至田东高速公路的右江特大桥主拱弦管预埋段施工首次采用了安装角起吊、三点支撑定位、三步法调整施工工艺，较好地解决了这一问题。本文以此为例，将详细介绍弦管预埋段安装角起吊、三点支撑定位、三步法调整施工工艺步骤。
1 工程概况
右江特大桥是巴马至田东高速公路在田东县林逢镇跨越右江的一座特大桥梁，全桥长度为643 m。主桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥，主跨为230 m，桥面宽度为37.7 m，双向四车道。主拱采用钢管混凝土桁式结构，桥面主梁采用格构式钢-混凝土组合梁，桥墩采用门式墩。主拱共两片，单片拱肋采用等高度四管桁式截面，截面径向高6 m，肋宽2.8 m。每肋上弦、下弦均为两根1 000 mm钢管混凝土弦管，壁厚20～24 mm，管内混凝土灌注C50自密实补偿收缩混凝土。主拱肋通过缀管610 mm和竖向两根腹杆450 mm钢管连接主管而成矩形截面，拱肋分为12个节段加工制作及安装，最大节段吊装重量为71 t。主拱拱脚节段通过焊接与预埋在主墩混凝土拱座内的弦管预埋段连接，形成完整闭合主拱。见图1。
2 弦管预埋段安装
2.1 安装角起吊
右江特大桥主墩单个弦管预埋段由2段弦管、1块底板及16块加劲板焊接构成，弦管外直径1 000 mm，壁厚24 mm，长度为3 m；底板长4 m，宽2.25 m，板厚3 mm；加劲板高度为1.5 m，厚度为20 mm。根据施工设计图纸计算单个弦管预埋段的理论重量约为7.4 t，根据钢结构部件几何尺寸计算出弦管预埋段重心位于距底板底面约95 cm的弦管下部中间（图2）。传统吊装方法是按弦管预埋段水平放置的状态，在其四个角设置吊点，以水平状态直接起吊，到达定位骨架后，再根据安装角度慢慢调整下放，由于构件重，操作难度大，需要起重吊车一直配合，定位骨架的支撑受力点也需不断调整，整个吊装就位过程很长。
右江特大桥的弦管预埋段改变了传统水平起吊模式，以约45°倾角起吊，选择一侧4个加劲板的角孔作为吊装点，到达拱座上的三点支撑定位骨架后，无须做空间角度调整，由两个工人在两侧调好方向即可按安装角度直接放置到主支撑点上面，再依靠辅助支撑点稳定在定位骨架上，解开吊钩，撤去起重吊车，然后进入下一步调整固定步骤。
2.2 三点支撑定位
根据弦管预埋段重心的计算位置，对定位骨架进行适当改进，把旧的多点支撑受力体系定位骨架改为三点支撑体系，降低就位和调整难度。在顺桥向侧面上以中间正对弦管预埋段重心位置范围的支撑点作为主受力点，承受弦管预埋段基本重量，两侧各设一个辅助支撑点提供侧向支撑作用力，主要起到平衡稳定作用（图3）。定位骨架的主支撑使用20#槽钢仰面横放，吊装时弦管预埋段的底板落在槽钢的凹槽内，沿顺桥向有约±5 cm的活动调节空间，前后两侧辅助支撑点提供水平力保证弦管预埋段稳定不倾覆。主支撑和辅助支撑的标高均比设计标高降低1 cm，可以容纳弦管预埋段焊接加工时存在的尺寸偏差。传统施工工艺中，定位骨架的标高严格根据设计计算设定，实际安装时因弦管预埋段加工尺寸偏差必须进行垫高或降低调整，还需动用起重吊车和氧割设备，费工费时。定位骨架的三点支撑改进和安装角起吊方法相结合，可以让弦管预埋段更容易下放和就位。
2.3 三步法调整
（1）通过定位观测点1高程坐标y1确保弦管预埋段满足设计高程（图4）。弦管预埋段就位在主支撑的槽钢凹槽内之后，靠两个辅助支撑点的其中一点稳住，此时弦管预埋段底板高程基准点比设计标高低10 mm，将弦管预埋段微调到设计角度，初步测量定位观测点1的高程坐标。由于不同弦管预埋段有焊接制作偏差，其实测高程与设计高程之间正常会有±5 mm以内的误差，故实测偏低在10±5 mm以内。通过千斤顶辅助顶高弦管预埋段，在槽钢凹槽内加塞多块（厚度1～3 mm）小块钢板垫高弦管预埋段，小块钢板叠加厚度和实测高程偏差数一致。松开千斤顶将弦管预埋段下放到小钢板上（暂不考虑顺桥向位置），再次调整弦管预埋段至设计角度，重新测量定位观测点1的高程坐标，与设计高程对比，如果不能满足规范误差要求，或者要求精度更高，可以通过增减1 mm的小钢板来重复调整弦管预埋段。
（2）通过定位观测点1、定位观测点2两个点的高程坐标（y1、y2）确保弦管预埋段满足设计角度。弦管预埋段经过上一步调整，已经满足设计高程，再次调整弦管预埋段至设计角度，同时使两个观测点的高程坐标能满足设计要求。需特别注意的是y2，其易因制作误差而产生偏差，如y2偏低，需减少主支撑点槽钢内一块1 mm的支垫钢板，偏高则增加。一般情况下，调整一次即可达到要求，而后可将小块钢板点焊固定。
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（3）标高和角度调整准确后，利用千斤顶和手拉葫芦辅助，顺桥向移动弦管预埋段在基准点平面上到达设计位置（x0坐标），稍作固定，调整拱座角度，至弦管预埋段满足设计角度后点焊固定。此时定位观测点1、定位观测点2两个点高程坐标（y1、y2）应满足要求，再核对顺桥向坐标（x1、x2），根据x1、x2的平均误差（±5 mm）再次顺桥向移动弦管预埋段并稍作固定。此时高程、设计角度以及顺桥向位置均可满足要求，横桥向坐标位置和顺桥向位置一样调整，但不是控制步骤，在此不细述。
经过上述三个步骤后，拱座角度、标高以及纵横向坐标均能满足定位要求，可以一一加焊固定。
3 结语
本文对巴马至田东高速公路右江特大桥主拱弦管预埋段采用新工艺工法进行吊装、调整及固定的过程进行了介绍，实际实施效果与传统工艺工法相比具有一定优势，可以得到以下结论：
（1）安装角起吊、三点支撑定位及三步法调整相结合的施工工艺和工法能够在不降低安全性基础上减少弦管预埋段就位的难度，让弦管预埋段就位、稳定由复杂操作变为简单易行，调整时无须起重吊车辅助，只利用千斤顶和手拉葫芦配合，过程简单高效，减少了定位过程中对定位骨架切割、焊接的工作，平均每个弦管预埋段从起吊到就位加固完成耗时约4 h，只占传统工艺工法用时2～5 d的1/4～1/10时间，可以缩短工期3～4 d。
（2）安装角起吊、三点支撑定位及三步法调整相结合的施工工艺和工法使用人工减少，占用操作空间小，施工交叉时间缩短，安全风险大幅降低，整体施工安全性得到保障。
（3）钢管拱桥作为应用较为广泛的桥型，虽然整体施工工艺相对成熟，但是局部结构的施工工艺和工法还有改进的空间，本文研究成果可为钢管拱桥设计施工一体化的进一步研究探索提供思路。
参考文献
［1］周庆华.钢管混凝土拱桥在我国的应用与发展［J］.国外建材科技，2005，26（3）：91-92，95.
［2］刘兴焱.超大跨径钢管混凝土拱肋加工制造关键技术研究［J］.西部交通科技，2020（11）：39-42.
［3］江鑫泰.平南三桥北岸拱座底板大w积混凝土施工关键技术［J］.西部交通科技，2020（11）：55-57.
［4］李 瑜，胡建华，王 甜.茅草街大桥钢管混凝土拱桥设计与关键技术研究［J］.中外公路，2009（2）：115-119.
［5］涂 勇，涂清艳.大跨度钢管混凝土拱桥施工控制的理论研究［J］.中国水运（下半月刊），2011（3）：188-190.
［6］齐 静.大跨钢管混凝土拱桥施工技术［J］.科技资讯，2010（15）：69.
作者简介：
郑建安（1973―），硕士，高级工程师，主要从事道路与桥梁工程施工管理和施工研究工作。
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