钢管混凝土系杆拱桥施工探究
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作者: 刘彦涛
摘 要：对钢管混凝土系杆拱桥施工中经常出现的技术问题进行了剖析，并结合工程实践，汲取经验教训，详细地阐述了科学、实际、有效的防治对策。
关键词：钢管混凝土；系杆拱；施工；难题；对策
中图分类号：U412.1 文献标识码:A
1 引言
近年来，钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点，被广泛应用于公路工程。但该桥型技术复杂，施工难度大，已经暴露和潜在的问题还很多，亟待广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善，本文将结合工程实践就有关问题做简要阐述。
2 钢管混凝土系杆拱桥施工技术难题及对策
2.1 支承系统
2.1.1 功能
系杆拱桥支承系统宜选用WDJ齿碗扣型多功能支架，该系统具有支架竖向组合微调功能，主要以工具支架和特制微调座组成。
2.1.2 地基处理
WDJ齿碗扣型多功能支架必须搭设在经处理的坚实地基上，地基须高出原地面0.5~0.8m，做好防水，避免雨季浸泡。在立杆底部铺设垫层和安放底座，垫层可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的钢筋混凝土或厚度≮5cm的木板。
2.1.3 预压
支架使用前须全程预压，不能以一孔预压取得的经验数据推概全桥。静压5d(120h)以上及达到沉降稳定状态2d(48h)以上，沉降稳定标准：24h沉降不超过1mm。
2.2 主拱肋拱轴线控制系统
2.2.1 以激光照准和精密测标组成定位系统，监测项目为拱肋的线形变化、拱脚位移和拱脚沉降。
2.2.2 建立测量控制网
在每节拱肋端头设置固定的测量控制点，控制点设在拱肋中线位置。施工放样及检查都采用全站仪进行，每架设一节段拱肋，对全部控制点都要进行观测。此外，对拱座的偏位进行观测。钢管拱对温度，特别是日照影响非常敏感。为了减少温度和日照对线形控制的影响，标高的测量包括合拢时间都安排在凌晨。
2.2.3 施工控制
(1)在扣索塔架顶部设有扣、锚索调整装置千斤顶，通过改变扣索的张力，并采用在拱段之间的内法兰盘接头处抄垫钢板的方法，来实现拱段接头标高的调整(跨径较小的拱肋可利用WDJ支撑系统高度及其竖向微调功能实现)。
(2)设置临时横撑固定拱肋。每架设一节拱肋，就利用钢管拱的横联钢管临时焊接固定上下游拱肋，特别是在合拢段基肋端一定要设置临时支撑。
(3)在焊接拱肋接头外包板时，对称布置的焊缝，采用成双焊工对称施焊，这样可使各焊缝所引起的变形相抵消；非对称焊缝，先焊缝少的一侧，这样可使先焊的焊缝变形部分抵消。
(4)为保证钢管拱在吊装过程中的横向稳定性，在每吊装一节段拱肋时，采用通过对称设置两道浪风绳来调整和控制拱段就位中线位置，减少拱肋自由长度，增大横向稳定。控制浪风绳长度基本相同。
2.3 钢管混凝土配制
2.3.1 选材
(1)设计高性能微膨胀混凝土应选择525R早强型水泥为主体，其用量不宜过大，初凝时间以8~12h为宜。
(2)配制高性能微膨胀混凝土须使用干净的河砂并严格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎值，一般选用细度模数2.6-3.1的中砂为宜。不宜用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对混凝土的膨胀率影响极大。
(3)粗骨料石质对高性能微膨胀混凝土影响很大，主要体现在骨料一砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料强度。在考虑混凝土可泵性的同时，要考虑混凝土的早强性和后期强度。碎石需二次破碎，使其基本无棱角，并减少针片状颗粒的含量。选用时应严格控制含泥量、强度、弹性模量和粒径≤30mm。
(4)粉煤灰与水泥“二次水化反应”产生的凝胶封堵了混凝土的毛细管路，增强了密实性，提高了耐久性。“二次水化反应”只有Ⅰ级粉煤灰和磨细粉煤灰可以彻底完成：“使混凝土升温降低15%~35%；应严格控制粉煤灰SO3含量，以0.5%~1.5%”为宜；粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定。
(5)选择外加剂一定要经过多次试验。试验表明，缓凝型减水剂会降低混凝土膨胀率，所以应反复试验，膨胀率合适才可使用；高效减水剂还应具有缓效凝作用和缓凝剂掺配作用，且是非引气型、低气泡减水剂；其质量应符合现行标准《混凝土外加剂》规定。
(6)膨胀剂在有钢管约束条件下，在结构中建立0.2~0.3MPa预应力，可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而提高抗裂能力。选择时一定要多试验几个品种，膨胀剂应对混凝土后期强度及质量无害，与所用水泥适应性好。我国主要使用U型膨胀剂、复合膨胀剂及明矾石膨胀剂。
2.3.2 设计高性能膨胀混凝土的三个问题
(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土设计方法进行配制强度计算，不必计算后将强度提高一个等级作为配制强度，关键在于施工配合比的施工现场验证。设计时应严格控制水灰比，将其确定为定值。
(2)混凝土是采用钢管中顶升灌注，粗骨料在顶升过程中不能因自身重力而下落，否则会造成顶升压力过大而失败。在设计混凝土配合比过程中碎石应稍微呈悬浮状态，不能下沉。所以该种混凝土的砂率可提高一些。
(3)许多工程实践认为钢管混凝土设计为微应力时，限制膨胀率28天内应控制在(2~6)×10-4的范围内是合理的。
2.4 主拱肋钢管的拼装
2.4.1 钢管拱肋的制作
(1)钢管拱主弦管直径>600mm采用螺旋焊管。
(2)宜选用具有CAD加工设计技术和成功经验的厂家；单元阶段制造好后在工厂进行平面和立面组拼检查；螺旋焊管弯曲成型在中频弯管机上进行，采用埋弧自动焊；腹板安装采用CO2气体保护焊；单元阶段焊接完成后，若与理论线形不符，可用“火工矫正法”矫正。
(3)钢管拱单元阶段制好后运至工地组焊成吊装段，运至施工现场，最后用跨墩龙门吊机或其它起重设施将吊装段吊上桥组装。
(4)为便于调整拱肋预埋段制造、温度引起的偏差，钢管制造在工厂时，拱脚预埋段与拱中段之间预留80mm调整量；拱肋合拢锁定温度为10℃~15℃。
2.4.2 钢管拱肋单元构件的防护
预拼成型的安装节段必须对接口进行地面预接和必要的技术处理，拱肋每一个吊装阶段之间采用内法兰连接，法兰间可抄垫钢板进行微调；单元制造阶段之间采用临时外法兰连接。
2.4.3 钢管拱肋的悬拼
(1)拱肋吊装采用悬拼和扣挂施工。拱肋作完后，首先在制作场地进行预拼，合格后方可吊装。
(2)拱肋吊装前应安装好拱脚临时铰，悬拼过程中允许拱肋绕铰转动。每吊装一个阶段除安装好横撑及临时横撑外还要设置横向浪风索。以利调整拱轴线和保证横向稳定。
(3)两阶段接头端面先用螺栓对接，安装合拢段前应预先通过扣索调整拱肋横向位置，然后再安装拱顶合拢段。
(4)两条拱肋全部合拢后，再全面校核一次拱轴线坐标，并调整至误差容许范围内。再对焊主拱钢管、烧掉螺栓，用加劲钢板补焊拱肋钢管接头，以保证受力连续。
(5)用钢管焊接封死拱脚临时铰，浇注拱座预留槽口C50混凝土，形成无铰钢管桁架拱，待拱脚混凝土达到强度后拆除扣索。
(6)泵送压注填充管内C50微膨胀混凝土。
结语
钢管混凝土系杆拱桥施工中需要研究的问题还很多，这就需要我们广大工程技术人员积极探索，不断完善，使这一先进技术在公路交通设施建设领域发挥更大作用。
参考文献
[1]张道平.大跨钢管混凝土拱桥施工控制研究 重庆大学[D].重庆大学，2007-10-01.
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