大跨度钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技术

1、大跨度钢管混凝土拱桥拱 肋线形控制技术 1、 工程简况 九畹溪大桥属于三峡工程配套工程，位 于三峡库区湖北省秭归县境内，全长 221.5m ，该桥为净跨 160 同等截面悬链线钢管混凝土上承式拱桥，主拱圈采用两 根 d =1.0m 的 钢 管 ， 坚 向 呈 哑 铃 形 ， 拱 肋 高 2.4m 。 f0/L0=1/6 ， m=1.495109, 净矢高为 26.67m 。拱上结构为装 配式钢筋混凝土空心板，板长 12.66m 。桥位处地形陡峭， 两岸悬崖峭壁，无施工场地。该桥由于受三峡库区大坝水位 影响 ，桥面标高 216.77m ，离现有水面 160m 高，该桥地 处风口，风大，风力最大可

2、达七级以上。两岸岩石裸露，岩 石垂直节理发育。大桥主拱圈同两条拱肋通过横、平联连成 整体，拱肋中心距为 7m ，考虑该桥特殊的地形和运输的方 便，拱肋共分 15 段双肋整体吊装，最重段 26t ，最轻段为 全扰段 12t 。段与段之间采用法兰盘以高强螺栓连接。全桥 主要的施工 方法 为：钢管在工厂加工，采用 12mmQ235 钢板卷制而成，经长江运至香溪码头，然后用汽车运到工 地，经过半跨单肋试拼和相邻段整体立体试拼后，采用缆索 吊双肋悬拼全扰。钢管拱内混凝土灌注采用两岸对称、上下 游不对称的方式泵送，并利用扣索参与承担荷载代替施工加 载。拱上钢管立柱利用缆索吊整体吊装，钢管立柱内混凝土 采用

3、高位抛落法灌注。桥面大孔板沿接线路基预制，采用缆 索吊安装。 2 、 线形控制基本简况 九畹溪大桥跨度大，采 用双肋悬 拼吊装方案，安装难度较大，再加上分段多，另 外钢管长途运输，易变形，对保证拱轴线增加了一定的难 度。为了保证全桥拱轴线，决定在现场除采用单肋半跨平拼 外，还进行相邻段整体立体试拼。拱上结构施工严格按照加 载程序确保全桥上下游和两岸均对称加载。由于严格控制了 钢管拱肋加工、试拼、钢管拱安装、管内混凝土泵送及拱上 结构施工，全桥竣工后，拱轴线完全符合设计要求。 3 具 体做法 3.1 钢管拱加工 为了保证加工质量，该桥的钢管选 择在工厂加工。加工时按照 1： 1 拱轴线放大样，由

4、于钢材 的热膨胀系数较大，该桥又是在夏天高温季节加工，还考虑 了温度修正，全桥拱肋加工完成后，在厂内进行了试拼，合 格后才运至工地，保证了加工精度。 3.2 钢管拱单肋平拼 为了校正钢管拱运输的变形，确定拱肋横联位置，在工地进 行了半跨平拼，将钢管拱肋每半跨依次试拼，中间合拢段与 相邻第七段均试拼。试拼的目的就是检验拱肋是否一设计拱 轴线相符，对立柱位置进行检查校正，对接头坐标进行精确 测量，并确定项联位置，为将对应拱肋连成整体提供了依 据。在试拼时每段之间法兰盘用螺拴拧紧，以减少因法兰盘 之间的空隙造成的误差。 3.3 钢管拱相邻段整体立拼 经试 拼后发现，加工后的每段拱肋的接头截面倾角、坐

5、标与设计 有一定的偏差，即上下游两对应段断截面并不在同一截面 上，因此，为了确定横连位置，保证空中连接的顺利和质 量，必须进行立拼。立拼场地铺有两条双线铁路，线间距与 拱肋中心距机同，都为 7m ，立拼胎具为经过加工可以调整 的轨道平车。立拼方法：将经过单肋试拼的第一段两条对应 拱肋在胎架上通过横连连成整体，并与地面所作拱轴线控制 点相对应，并保证 0 号截面的倾角和坐标，然后第 2 段与第 相连，第 2 段要与第 1 段在同一直线上后，将第 1 段运走， 第 2 段再与第 3 段试拼，直至合拢段，合拢段与相邻第 7 段 均要立体试拼。采用相邻段立体试拼法在不需要太大场地的 情况下达到了检查拱

6、轴线目的。相邻段整体立拼，模拟拱肋 在空中连接，确保空中安装顺利，保证拱轴线形。该工序是 保证双肋整体吊装成功的关键。 3.4 钢管拱肋的安装 由于 吊装前钢管拱的拱轴线经过了严格检查，钢管拱合拢后，拱 轴线完全符合设计要求。在安装拱肋时，主要保证以下几个 方面，就可以达到控制线形的目的： (10 拱座施工时封底钢 板预埋； (2)拱肋安装时的控制； (3) 合拢时的控制。 3.4.1 封底钢板的预埋 封底钢板的预埋精度直接影响钢管拱的拱 轴线，设计上对封底钢板没有加固措施，在灌注混凝土前， 将封底钢板精确定位后，在钢板下焊接钢管和钢轨将钢板固 定牢固，确保灌注混凝土时，封底钢板位置不变化。在

7、安装 钢管拱前，在钢板上划出十字线，及钢管拱的外轮廓线，并 在离轮廓线 1cm 处焊接加劲肋板，在吊装拱脚侕地做临时 支撑，也做永久性的肋板。 3.4.2 拱肋安装时的控制 首先 在吊前必须调平，以免增加安装时的难度，就位时先在下弦 管打入几个冲钉，以确保连接处为铰接，然后采用倒链调整 风缆，方向到位后，利用扣索同时调整两肋扣索，这时将两 肋的标高调平到达要求标高后，固定扣索，初拧高强螺栓， 放松超重索。 3.4.3 合拢调整 合拢段吊装就位后通过四个 方向的倒链使合拢段位置正确。然后从拱顶向脚依次调整扣 索，每次调整不高控制下降约 1cm 为宜，如此反复直至合 拢。合拢段要做如下处理：合拢段

8、要焊接导向管，或者在第 7 段端头设置托梁，防止合拢段与第 7 段错开。合拢后，第 7 段与拱顶合拢段只临时铰接，拱脚与封底也不固接。温度 满足要求后合拢。因整修钢管拱经过了多次试拼整修骨架已 经定型，在安装过程中的弹性变形，解除约束后能够恢复。 3.5 拱肋混凝土灌注 九畹溪大桥钢管拱肋混凝土泵送，由于 受场地限制，每岸无法布置两台输送泵，采用风茅两岸对 称、上下游不对称的方法泵送，半跨仅分两段灌注，即从拱 脚段至第 3 节段拱肋为第 1 段，第 4 节段至拱顶为第 2 段，先灌注下弦管，后灌注上弦管，最后灌注腹管，单次灌 注量大，为了防止失稳，需要加载，但考虑到钢管已成拱， 且平均每隔 8

9、m 设有一道横联，拱肋自身稳定性好，且该桥 钢管拱平均每隔 12m 长设有一道扣索，首次采用了利用扣 索减载代替施工中加载的方法。具体如下：泵注上游第一段 弦管时，随着混凝土灌注进程，依此收紧1、 2、3 号扣索， 初始扣索张力 80kN ，当拱肋下降钢丝绳的弹性，钢丝绳会 略长，钢丝绳张力增大，当灌注完成后测得每根索力在 250K 左右；当灌注下游第 1 段下弦管时依次张紧下游扣 索，扣索张力平均每根 60Kn ，灌注上、下游时相隔时间越 短越好，这样钢结构的弹性变形可以恢复。灌注上游第 2 段 下弦管时随着灌注进度依次张紧 4、5、6、 7 段扣索，扣索 平均每根在 120K 左右，并注意

10、同时对 1、 2、3 扣索进行放 松，灌注下游第 2 段下统管一样。下弦管灌注合拢后，防止 出现负弯矩、避免混凝土微裂缝的发生，松除所有扣索。灌 注上弦管时在下弦管合拢后 3 天进行，不考虑加载。 4 、 拱肋混凝土灌注与拱轴线的关系 为了获得较赛事的测量数 据，每一次混凝土泵送完毕后，对管拱线检测一次，并将测 量结果绘制成随时间或工况变化曲线，根据这一曲线，可以 较直观地了解钢管拱轴线在钢管拱肋混凝土灌注各阶段时变 化情况。从表 1 中发现拱脚部分灌注混凝土进第 1 至 3 节段 标高明显下降，第 5 节段至拱顶节段标高明显上升。相反， 当拱顶部分泵送完混凝土后，拱顶标明显下降，而第 1 节

11、段 至第 3 节段标高却得到回升。 表 1 灌注过程中 A-D 管竖直 段号 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7第一段下弦管泵注完 - 1.4 -2.2 -1.1 -2.0 +5.7 +5.4 +10 -2.5 -3.6 -3.9 -0.9 +4.2 +6.4 +9.3 全桥泵注完 0 -1.3 -1.8 -1.7 -1.8 -2.5 -3.3 -1.3 - 0.6 -1.2 -1.1 -2.3 -4.2 -3.5 注：以上结果均为每段接 头法兰盘处的测量值与混凝土灌注前之差，负值表示低于灌 浆前。 5 、温度对钢管拱轴线的 影响 温度对钢管拱轴线 影响较大，主要采取以下措施保证轴线： （1） 在加工时，由 于温度高，考虑了温度修正值；（ 2 ）完全保证钢管拱合拢 的温度与设计要求相同。 6、整体效果 本桥竣工后经实 测，拱肋水平方向最大偏位为 2.3cm ，小于公路工程质量 检验评定标准允许范围（跨径 160m ， 3.8cm ）。拱圈高 程也满足公路工程质量检验评定标准的要求。7 、结论 九畹溪大桥在桥高（离现有水面160m ）、风大、两岸地形 陡峭、无施工场地的特殊环境下，采取了得力措施，确保了 拱轴线满足要求，主要采取了以下三条措施来保证拱轴线： （ 1 ） 优化施工方案，确保方案 科学 合理。针对该桥的实 际情况，