钢管混凝土组合拱桥转体的线形监测和控制
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【摘要】在钢管混凝土拱桥施工过程中，通过控制拱肋的线形并使其达到最佳受力状态是保证大桥稳定与安全的关键。为了保证钢管混凝土拱桥转体成桥后结构的线形和强度要求，根据控制测量原理及相关技术要求，采用控制结构的受力与变形的方法对拱肋线形进行检测与控制。
【关键词】钢管混凝土拱桥；拱肋；转体施工；线形控制
【正文】
1、引言
钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，钢管对混凝土的环向约束作用能够使混凝土处于复杂应力状态，混凝土三向受压，延缓削弱了受压时的纵向开裂，从而使混凝土的强度得到提高，塑性和韧性大为改善。同时混凝土可以延缓甚至避免薄壁钢管过早地发生屈曲变形。两种材料弥补了彼此的弱点，并且可以充分发挥各自的长处，使钢管混凝土具有很高的承载能力。另外，钢管混凝土还具有良好的耐火性
转体法施工方法是指将拱圈或者整个上部结构分成两个半跨，分别在河的两岸利用地形或简单支架预制装配成半拱。然后，利用动力装置将两个半拱分别转动至桥轴线位置上并使达到设计标高合拢成拱。转体施工法可以减少大量的高空作业，施工过程较安全，并且可以大幅度的减少对桥下交通的影响。
2、转体前钢结构半拱肋的拼装组合
2、1 钢管拱加工
为了保证加工质量，桥的钢管一般选择在工厂加工。加工时按照1：1拱轴线放大样，由于钢材的热膨胀系数较大，考虑到施工现场温度的影响，全桥各半部分拱肋加工完成后，在厂内进行了试拼，合格后才可以运至工地，这样保证了加工精度。
2、2钢管拱单肋平行拼装
为了校正钢管拱运输产生的变形，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，中间合拢段与相邻段进行试拼。试拼接的目的就是检验拱肋是否符合设计拱轴线，对立柱位置进行检查和校正，对接头位置坐标进行精确测量，并确定各项联的位置，为将对应拱肋连成整体提供了依据。在试拼装时每段之间法兰盘用螺栓拧紧，以尽量减少因法兰盘之间的空隙造成的误差。
2、3 钢管拱相邻段整体立拼
经过试验拼装后发现，加工后的每段拱肋的接头截面倾角、坐标与设计有一定的偏差，即上下游两对应段截面并不在同一截面上，因此，为了确定横连的位置，保证空中连接的顺利和质量，必须进行立拼。立拼装场地铺有两条双线铁路，线间距与拱肋中心间距相同，都为7m，立拼装胎具为经过加工可以调整的轨道平车。立拼装方法：将经过单肋试验拼装的第一段两条对应拱肋在胎架上通过横连连接成整体，并与地面所作拱轴线控制点相对 应，并保证第一号截面的倾角和坐标，然后第二段与第 相连，第二段要与第一段在同一直线上后，将第一段运走，第二段再与第三段试拼，直至合拢段，合拢段与相邻第七段均要立体试拼。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，保证拱轴线形的准确。该工序是保证双肋整体吊装成功的关键。
2、4 钢管拱肋的安装
由于吊装前阶段钢管拱的拱轴线经过了严格检查，钢管拱合拢后，拱轴线应该完全符合设计要求。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：(1)拱座施工时封底钢板的预埋；(2)拱肋安装时的全过程控制；(3)合拢时的监控。
2、5封底钢板的预埋
封底钢板的预埋精度将直接影响到钢管拱的拱轴线，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，确保灌注混凝土时，封底钢板位置不变化。在安装钢管拱前，在钢板上划出十字线和钢管拱的外轮廓线，并在离轮廓线大约1cm处焊接加劲肋板，在吊装拱脚做临时支撑，也做永久性的肋板。
3、转体施工阶段监测、监控
3. 1转体重心计算
转动体系的体积和自重都比较大, 稍有不注意就会造成严重后果。转体前必须对转动体系的重心及力矩有绝对准确的把握, 才能控制好转体过程中四周保险墩与下盘间隙、转体驱动力、转体速度并对转体过程可能出现的倾斜、扭转采取必要的准备措施。通过计算对转体时的摩阻力、千斤顶数量及吨位、拱顶标高等的预测在转体时起到了重要的参考作用, 能够优化转体施工方案, 最大程度达到预期效果。
3、2 主拱圈线形监测
转体施工中线形监测的主要目标是保证平转过程中结构线形的稳定和平转到位的桥轴线能够满足设计的要求, 在桥梁施工中至关重要, 关系到成桥后桥梁的整体受力是否合理, 是否满足使用功能。主要内容包括平转过程中对各结构的跟踪监测控制及平转到位时桥轴线的精确控制, 必须严格把关, 动态循环和校核,及时调整 。主要测控步骤: ( 1) 张拉前主拱圈控制点的空间位置; ( 2) 张拉脱架后拱圈控制点的空间位置; ( 3) 转体前拱圈控制点的空间位置; ( 4) 合龙前拱圈控制点的空间位置; ( 5) 各施工阶段上转盘及背墙控制点的空间位置。为减少温度对测试结果的影响, 测量时间都在夜间9 点到早7 点前完成且选择天气较稳定的条件进行。
4、转体合拢的调整
按照“先主管，后腹杆、平横联管，最后盖板”的原则进行合拢吊装和焊接。主管安装焊接顺序：先外侧后内侧，先下后上，上下游对称焊接。拆除临时竖杆，对主拱桁架内的腹杆杆端进行号孔、洗孔并且安装高强度螺栓进行连接。实测跨中上下平联、横联管长度，工地修整后分别吊装和焊接下平联直杆和斜杆、上平联直杆、横联斜杆。拆除立面顶底平面合拢桁架，焊接拱肋上下弦顶面和底面的嵌补块盖板。
合拢段吊装就位以后通过四个方向的倒链使合拢段的位置正确。然后从拱顶向拱脚依次进行调整扣索，每次调整不高控制下降约1cm左右为宜，如此反复直到合拢。合拢后，末段与拱顶合拢段只进行临时铰接，拱脚和封底也不固接。温度满足要求后进行合拢。因整修钢管拱经过了多次试拼装整修骨架已经定型，在安装过程中的弹性变形，解除约束后能够自行恢复。
5、拱肋混凝土灌注
混凝土灌注一般应按下弦管→上弦管→腹板仓的灌注顺序进行。弦管混凝土多采用顶升法进行泵送，由拱脚泵压到拱顶一次连续完成，两拱肋同步对称施工法。两端进度差不能超过半个拱肋节段。一般在拱顶设置φ200cm高2.5m的加压管，以保证管内混凝土的密实度。腹板仓内混凝土必须分段灌注，每次灌注混凝土的竖直高差不能超过10m。在每灌注完一段后，对拱脚的位移进行追踪检测，检验上下游拱脚位移变化是否是同步的。每一节段混凝土强度应达到设计强度的80%左右后方可灌注下一节段的混凝土，灌注时应该振捣密实。
6、结论
线形控制的目标是使拱肋在合龙后各控制点的标高尽量满足设计要求，最终使成桥后拱轴线与设计拱轴线相吻合。拱轴线的控制是施工控制的关键步骤之一。应该注意的是，千斤顶斜拉扣挂技术中的扣索索力不宜经常调整，该方法的关键问题是要预先准确计算拱肋控制点的预抛高度值和扣索索力值。扣索一次性张拉的施工方法中，使拱肋施工中不需要张拉或松弛扣索来调整线形，而且扣索索力相对比较均匀，是一种较理想的施工方法，将成为钢管混凝土拱桥千斤顶钢绞线扣挂施工方法的新趋势。
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