论述钢管混凝土拱桥施工过程智能调控

论述 钢管混凝土拱桥施工过程智能调控

盘显铭

广西路桥工程集团有限公司 530200

摘要：拱桥造型优美，深受桥梁工程师的青睐，随着桥梁建造技术的发展，拱桥的跨径不断突破。对于大跨径拱桥，基础往往是决定全桥施工难度和总体造价的关键部位，本文对钢管混凝土拱桥施工过程智能调控进行分析，以供参考。

关键词：钢管混凝土；拱桥施工；智能调控

引言

塔顶水平位移现存在的问题，对于采用斜拉扣挂悬拼施工的ＣＦＳＴ拱桥在拱肋节段吊装与水平运输过程中，会出现诸多不良因素。一方面由于主扣塔产生较大的水平偏位，进而产生一定的力矩，严重影响塔架的稳定性；另一方面，缆索吊装过程中主扣塔随之而动，悬拼精度得不到保证，进一步影响拱肋线形。

1发展现状分析

钢管混凝土拱桥目前在我国得到了大量应用，跨径在50m以上的钢管混凝土拱桥数量已经超过了四百座，主跨在300m以上的钢管混凝土拱桥数量有十余座，此类桥梁现阶段已经没有了技术门槛，在综合考虑经济性与安全性等多种因素后，是一种竞争力极强的桥型。近几年，各省相继提出与钢管混凝土拱桥有关的设计标准及规范，这些标准和规范为这种桥梁类型的设计提供了良好的技术保障。与此同时，桥梁施工技术也越来越成熟，同时正在不断创新。然而，由于对各项标准与规范及新技术的掌握还不够深度，尤其是对桥面系而言，没有对强健性引起足够的重视，整体式桥面系与悬吊桥面系等的实际应用还未能达到普及，在方案设计过程中没有考虑到抗风设计与抗震设计。

2新型拱座基础结构设计

与传统基础不同之处是采用大断面的斜井桩和普通的竖桩组成受力体系，共同承担主拱产生的巨大竖向力和水平推力，斜井桩顺着拱肋轴线的切线方向布置，传力过程简单、明确、高效。组合基础施工工艺相对较复杂，为防止斜井洞壁坍塌，需注浆、用钢骨架支撑、锚喷混凝土衬砌，为防止洞内渗水，需采取止水帷幕施工等。在拱座下侧设置了１根直径３．５ｍ、长１０ｍ的竖桩。竖桩按一般基桩设计，混凝土采用Ｃ３０，钢筋采用ＨＲＢ４００。因竖桩的直径较大，而桩长较短，可按人工挖孔桩施工。该桥如只设斜井桩，基本上可满足结构受力需要，但为了形成固定的拱座节点，在拱座下侧设置竖桩，竖桩分担了很大一部分的竖向荷载，并有效地约束了拱座的竖向位移和转动，使大部分拱肋弯矩被消止于拱座处，从而使斜井桩以受轴向力为主，更好地发挥其结构受力性能。

3主要施工重难点有

1. 拱脚施工:本桥拱脚钢筋布排非常密集，而且系杆和端横梁的预应力预留孔道穿越拱脚，钢筋和混凝土施工困难。2)钢管拱肋制作及吊装:受场地限制，拱肋钢管分成多段拼装，现场的焊接拼装，对拱形的控制和吊杆预埋件安装必须准确。3）支架搭设与预压:为施工期间桥下公路正常通行，支架必须要有足够的承载能力。

4三大控制系统

4.1ＧＮＳＳ自动化监测系统

采用Ｎ７２型ＧＮＳＳ自动化监测系统，支持多种卫星解算，该系统动态测量精度水平位移为０．８～１ｃｍ，竖向位移为１．５～２ｃｍ，精度能满足规范要求，而且可以更全面地了解塔架在拱肋吊装各个时期的水平位移变化情况，实现连续观测与数据的自动处理、自动解算处理，及时发现存在的问题，为塔架变形提供更可靠的安全监测资料。

4.2液压千斤顶控制系统

液压千斤顶控制系统主要包括穿心式液压千斤顶与智能油泵，通过油管输送高质量液压油，连接并保证液压千斤顶正常工作，且由传感器传递控制室服务器发出的数字信号进而主动控制千斤顶的张拉与回程。

5超大跨径钢管拱制造误差控制关键技术

5.1下料误差控制关键技术

下料由于等离子本身切割线宽，胎架未达到绝对水平，在进行半自动坡口切割过程中，工人划线失误，角度未调整到位，导致部分料的几何尺寸、坡口角度未能达到理想状态。因下料零件众多，全部检查的工作量巨大，而且有些异形件的尺寸不方便复核，只能进行抽检。在下料过程中，应定期复核切割平台的水平胎架，抽检下料几何尺寸，如果发现有偏差较大的构件，立即分析原因，对症解决。为避免部分抽检不合格的产品流入下道工序，考虑焊接收缩变形，在下料时，增大零件几何尺寸１ｍｍ，确保在后期加工中有余量进行调整。每节段拱脚段筒节预留１００ｍｍ余量，在节段大拼制造完工后进行余量切割，确保每个节段长度以及节段间嵌补段长度精准。

5.2焊接误差控制关键技术

焊接变形是焊接过程中普遍存在的问题。焊接均在焊接胎架上进行。针对不同构件，装配间隙，采用不同的焊接顺序。对于主弦管对接，由中至两边，隔仓跳焊；对于片装单元件的相贯线，采用对称施焊；对于总成，先焊接腹杆横隔相贯线，再焊接法兰盘，最后进行吊杆定位焊接。轴线偏小时，加强支撑，焊前进行打磨预热，焊接时分层分道，控制层间温度，焊后覆盖保温。减少返修量，避免集中受热变形。

6控制机理

双顶主动控制系统由北斗ＧＮＳＳ计算机控制系统、计算控制系统以及液压千斤顶系统组成，其控制机理是采用北斗ＧＮＳＳ自动化监测系统测得的动态塔顶水平偏位实时传至计算机控制系统，随后其将目标位移信号发送至智能油泵并沿着位移传感器进行液压千斤顶张拉或回程，进而实现缆风索主动施力精准控制塔顶水平位移。

7设计技术要点

四肢全桁式与横哑铃形桁，初期建成的四肢桁架拱大多为横哑铃形，也就是在横向钢管之间借助缀板进行混凝土的灌注。这种结构型式在缀板的作用下被分隔成若干仓室，由人工进行高空灌注，不仅施工速度较慢，并且灌注质量也很难保证，另外，在灌注的过程中，还会对弦管造成二次污染。基于此，现在修建的桥梁已经不使用这种结构形式，而是改用四肢桁架。对于这种截面型式，将强度较高的铁砂混凝土灌注到缀管当中，使吊杆锚固区实际受力达到合理，不仅施工便利，而且施工质量也比较容易保证。最早采用这种截面的拱桥，在设计计算过程中充分考虑了混凝土灌注后的受力，相较于其它截面型式，对受力更加有利，能减小5%左右的应力。而相关设计规范指出:对采用哑铃形的主拱进行计算时，处于腹腔中的混凝土不可考虑到截面受力，只计算它的自重可能造成的影响。基于此，如果没有对混凝土的受力予以充分考虑，则横哑铃形将不具备任何受力优势。就目前来看，某些桥梁只在拱座周围一定长度内进行缀板灌注，或通过混凝土外包来适应拱脚受力相对较大的情况。

8数据分析及基本结论

为了突显出双顶主动控制的优势，选取对称位置拱肋节段吊装进行验证，对比未调控状态和主动调控状态下的塔顶纵向水平位移。此外，未调控状态下的塔顶水平位移的变化情况与拱肋节段吊装过程相互对应。单节拱肋吊装开始时，塔顶水平位移由０～１０ｃｍ迅速增大，表征拱肋节段处在垂直起吊阶段，水平位移基本保持在１０ｃｍ左右表征拱肋节段水平前移，而水平位移从１０ｃｍ迅速下降至参考零值表明拱肋节段处于悬拼安装阶段。图７为主动调控状态下塔顶水平位移。

结束语

钢管混凝土具有抗压性能好、承载能力高、抗冲击性与抗震性好、耐火和耐腐蚀性能好、施工方便及经济效益好的优点。近年来，钢管混凝土拱桥的结构形式在我国铁路工程建设中得到了广泛的应用。

参考文献

[1]王思宇.拱桥施工方法之浅谈[J].四川水泥,2019(11):276.

[2]黄飞新,晏班夫.钢管混凝土拱桥吊杆更换施工监控研究[J].公路交通科技(应用技术版),2019,15(11):156-159.

[3]周伟明.钢管混凝土拱桥中横梁施工方案比选[J].铁道建筑,2019,59(09):36-39.

[4]颜俊波.钢管混凝土拱桥吊杆更换施工控制研究[J].工程技术研究,2018,4(17):13-15.

[5]翁伟.钢管拱桥施工力学特性建模与分析[J].西部交通科技,2017(07):83-85.