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摘要：赣州章江大桥为飞燕式异型钢管混凝土系杆拱桥，结构设计新颖，主跨拱肋通过端锚板相互连接的三根大直径铜管组成，浇筑C50微膨胀混凝土。异型钢管拱，结构受力复杂，施工工序繁杂，结构安全问题突出，是本工程的重点和难点，文章对其钢管设施工艺进行分析。
关键词：异型钢管拱；拱肋；施工技术
中图分类号：U445.46 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2011)04-0134-03
1 工程概况
赣州章江大桥属赣州市重点工程，是一座集城市交通和城市景观功能于一体的城市主干道桥梁。它位于赣州中心城区的东部，跨越章江连接河套老城区和章江新城区，是国内首座飞燕式异型钢管混凝土系杆拱桥。
章江大桥主桥为三跨飞燕式异型钢管混凝土系杆拱桥，中跨为钢管砼拱肋结构，主梁为钢箱梁结构，计算跨径104m，宽度34m，边跨飞燕为钢筋混凝土箱形结构，计算跨径78m，宽度34m。飞燕主拱肋沿桥中线起拱连接两端拱脚，飞燕稳定拱肋从两端拱脚沿桥中线向两侧旋转形成。三根钢管线型均为二次抛物线，一根外径1.8m的主拱位于竖直平面内，计算跨径158m，矢跨比为1/4.75；两根外径1.2m的稳定拱由竖直平面向两侧旋转21.8度而成，计算跨径120m，拱肋平面的矢高为28m。拱肋间共设置31对斜撑，8对平撑，全桥拱肋共16对吊杆，纵向间距6m，吊杆上端锚固于主拱肋上锚箱处，下端锚固于钢箱梁梁底锚窝内，主桥布置如图1所示。
2 钢管拱结构特点
章江大桥主桥侧面布置图如图2所示，为三跨飞燕式异型钢管拱桥，结构设计新颖，拱肋通过拱脚处4cm厚的钢板与v构固结，通过32根吊杆将主桥全部恒载传递给两侧的主墩。
章江大桥主桥平面布置如图3所示，钢管拱水平投影总长114.5m。为制造和安装方便，纵向共分21节段，节段水平投影长2.48～22.5m，钢管主拱规格为φ1800×26，稳定拱规格为φ1200×22。稳定拱与主拱之间采用斜腹杆连接，腹杆采用焊接箱形杆件，杆件在桥梁断面为鱼腹形状。两侧稳定拱采用钢管焊接。吊杆锚固于主拱吊点上，间距6m。
由于钢管拱为自平衡体系，施工加载与后期运营活载产生的对钢管拱的水平推力与系杆张拉力平衡，系杆张拉与加载的过程随着荷载的增加而均衡进行。为了增加拱肋的刚度，设计将主拱肋内部灌满高强度微膨胀混凝土，增加了钢管拱的施工难度。本项目的钢管拱设计有其特殊性，钢管拱施工是一项系统工程，必须首先根据项目特点提出控制指标，然后分解到施工组织，施工工艺，施工监测，设计校核等各方面，这样才能确保结构的安全和工期的要求。
3 钢管拱安装的特点
桥梁共设置有3组拱肋，其中拱脚分2次安装到位，主拱肋分5次安装到位，稳定拱肋分10次安装到位。主要施工技术特点如下：
① 采用“钢箱梁及钢箱梁支架”作为龙门吊吊装的基础。由于章江河道内没有通航要求，根据本桥的施工特点，钢箱梁安装直接采用钢管桩和贝雷梁作为施工支架，支架的设计除满足钢箱梁的安装要求外，钢管拱安装时拱肋支架的全部恒载、钢管拱的恒载、所有施工机械和人员作业时的活载及钢管拱拱内混凝土浇筑过程时全部荷载都在钢箱梁支架设计时已经考虑。这样不仅减少了后期钢管拱施工难度，也保证了整个钢管拱施工的安全，从而避免采用复杂的缆索吊施工，支架布置如图4所示。
② 采用“可调托架”来控制拱肋对接精度，可调托架侧面如图5所示。钢管拱拱肋的制作在工厂内完成，施工精度可以得到较好的控制，而拱肋的现场安装中，施工精度控制较为困难，本桥通过设计可调托架，将拱肋的施工精度控制在误差范围内，保证了拱肋的合拢精度。可调托架由三部分组成，第一部分为托架基础，由H50型钢制作，托架基础刚度较大，是调节拱肋安装精度的重要保证；第二部分为活动塞箱，塞箱由1cm的钢板焊接而成，圆弧面与拱肋弧面一致；第三部分为千斤顶，通过千斤顶上下调整活动塞箱，从而调整拱肋；第四部分为活塞两侧支撑架，由型钢组成，作用主要是保证活塞左右侧的稳定。整个结构简便而适用，是拱肋安装精度的重要法宝。
③ 施工加载工序多，系杆张拉次数多，拱肋对接精度要求高。因主桥加载工序多，钢管拱的施工须根据加载工序随之增多。通过与设计单位和监控单位沟通后，在主拱肋安装完毕后，系杆第一次张拉，然后浇注主拱肋混凝土，拱肋混凝土浇注完毕后，系杆第二次张拉，以保证拱脚混凝土的质量，避免不出现裂纹。加载程序见加载工况表。
④ 钢管拱拱肋为异型钢管拱。与多数项目不同的是，本桥的钢管拱肋不是采用双组对称拱肋，主拱肋沿其中线单根布置，稳定拱肋两端拱脚沿桥中线向两侧旋转21.8度对称的布置在主拱肋两侧。因此在拱肋施工和吊杆张拉过程中必须上下游同步施工，严格控制水平力，保证横向稳定性。
4 钢管拱施工工艺
4.1 施工加载程序
根据全桥设计加载程序，同时结合现场实际施工，确定主桥上部结构施工加载程序如表1所示
4.2 拱肋安装
4.2.1 拱肋对位将拱肋节段运抵起吊位置，40T龙门吊将第一段起吊，并移送至拱脚预埋段处。钢管节段对位与拱脚预埋段利用高强螺栓形成铰接，拱肋坐标及标高符合设计要求后将高强螺栓初拧。在落拱的过程中支架会因为拱肋施加的水平力而产生少量的水平位移，一般应控制在50mm之内，这就要求拱肋支架在安装时应有一定的反向偏位，可以设置成50mm，单根锚索预紧力达到5t，缆风绳同样预紧。拱肋安装到位后，测量拱肋坐标和标高，观测点应在工厂制作时就选择好，计算出理论值(含预抬值)，如果有变化应及时利用调节装置进行调整。
4.2.2 拱肋合拢
合拢段为第7拱段，工厂制作时，按设计尺寸制作，现场等待合拢温度。合拢温度控制在20％左右，将合拢段吊入合拢口，一端与半拱圈连接并拧紧高强度螺栓，另一端与半拱圈连接，当达到合拢温度，立即拧紧该端高强度螺栓，实现瞬时合拢，锁定拱轴线型。合拢后，应选择一天中温度变化不大的区间立即对称焊接合拢段，以免温差过大引起轴线变化。
4.2.3 拱肋结构体系转换
合拢段安装完后，检查线型符合设计后将拱肋与定位支架间抄死，包括横向和竖向均需要进行约束。高栓拧紧后即可开始拱段接头外包板的焊接，焊接方向必须遵循两岸对称，从拱顶至拱脚的顺序施焊，变铰结为固结。
5 钢管拱施工的监测控制
为保证钢管拱安装精度，验证加载程序是否合理，确保成桥应力状态符合设计要求，在施工过程中进行监控，其检测结果如下。
5.1 控制截面的竖向位移监测
根据钢管拱设计和监控要求，拱肋实际轴线若偏离 设计值，将引起拱肋内力变化。施工过程中拱肋局部偏离拱轴线过大将会造成施工安全隐患，处理相当困难。特别是在钢管拼装、灌注混凝土和脱架阶段，必须严格控制拱轴线的偏移量，根据监控数据，提出调整建议，以便指导施工。为此我们对钢管拱的竖向位移监控设置了5个断面，分别是南岸拱脚处断面，拱肋1/4处断面，拱顶处断面，拱肋3/4处断面和北岸拱脚处断面，在各个施工加载工况下对钢管拱进行监控。此次我们对其中一个典型断面进行详细分析，分析过程如下：
取主拱拱肋1/4处竖向位移分析，偏差值从2mm～8mm之间变化，在稳定拱拱脚混凝土浇筑工况偏差达到最大值8mm，分析主要原因在于南北岸拱脚混凝土不是同步浇筑所致，钢管拱拱脚浇筑混凝土时，拱肋1/4处是相对薄弱的断面，承受的混凝土荷载不均匀而产生的塑性变形所致，施工过程中只要保证南北岸同步可减小偏差。而在吊杆张拉和系杆张拉工况监控结果与理论计算结果偏差也相对较大为5mm～7mm，主要原因是由于钢管拱吊杆张拉因没有张拉空间无法采用对称张拉，只能通过分解加载工序，采用分级加载的错位对称张拉，而钢管拱是柔性结构，张拉方法和张拉过程中的控制不利影响较大，施工中对张拉过程的严格控制，可以减小偏差。其他工况的位移实测结果与理论计算结果存在的偏差较小，属于正常的误差允许范围。主要监测结果如图6所示。
5.2 主墩墩身水平位移
从施工各工况时，主墩墩身水平位移观测来看，最大位移量为10mm，属于允许范围内。
5.3 应力测试
钢管拱肋应力布置原则是对关键部位重点、详细测试监控，对结构的受力特点和施工阶段的受力变化过程进行监控，以检验该工况施工是否合理，并指导下一工况的施工。本桥钢管拱主拱肋选取4个断面，稳定性拱肋各选取3个断面。此次我们对其中一个典型断面进行详细分析，分析过程如下：
取两个拱脚段中的南岸拱脚段作为典型案例测试钢管拱的压应力。南岸拱脚截面监测结果与理论值在个别工况存在一定的偏差，在吊杆和系杆最后一次张拉完成时偏差达到最大值2.8MPa，主要原因是由于钢管拱吊杆张拉因没有张拉空间无法采用对称张拉，只能通过分解加载工序，采用分级加载的错位对称张拉张拉，而钢管拱是柔性结构，张拉方法和张拉过程中的控制不利影响较大，施工中对张拉过程的严格控制，可以减小偏差。其监测结果如图7所示。
6 结语
通过对赣州章江大桥钢管拱施工技术的总结，可以看出，钢管拱施工是一项系统工程，具有一定技术难度。根据钢管拱结构的特性仔细分析后，首先对钢管拱的各个施工工况提出具体的控制指标，对设计及施工方案作适当优化后分解到施工组织、施工工艺、施工监测、设计校核等各方面，并且在施工现场协调好监控、施工、设计各方的工作，这样才能确保结构的安全和工期的要求。
参考文献
[1]陈志宜，吉安阳明大桥钢管拱架设施工技术[J].桥梁建设2006,(1).
关键词：异型钢管拱；拱肋；施工技术
中图分类号：U445.46 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2011)04-0134-03
1 工程概况
赣州章江大桥属赣州市重点工程，是一座集城市交通和城市景观功能于一体的城市主干道桥梁。它位于赣州中心城区的东部，跨越章江连接河套老城区和章江新城区，是国内首座飞燕式异型钢管混凝土系杆拱桥。
章江大桥主桥为三跨飞燕式异型钢管混凝土系杆拱桥，中跨为钢管砼拱肋结构，主梁为钢箱梁结构，计算跨径104m，宽度34m，边跨飞燕为钢筋混凝土箱形结构，计算跨径78m，宽度34m。飞燕主拱肋沿桥中线起拱连接两端拱脚，飞燕稳定拱肋从两端拱脚沿桥中线向两侧旋转形成。三根钢管线型均为二次抛物线，一根外径1.8m的主拱位于竖直平面内，计算跨径158m，矢跨比为1/4.75；两根外径1.2m的稳定拱由竖直平面向两侧旋转21.8度而成，计算跨径120m，拱肋平面的矢高为28m。拱肋间共设置31对斜撑，8对平撑，全桥拱肋共16对吊杆，纵向间距6m，吊杆上端锚固于主拱肋上锚箱处，下端锚固于钢箱梁梁底锚窝内，主桥布置如图1所示。
2 钢管拱结构特点
章江大桥主桥侧面布置图如图2所示，为三跨飞燕式异型钢管拱桥，结构设计新颖，拱肋通过拱脚处4cm厚的钢板与v构固结，通过32根吊杆将主桥全部恒载传递给两侧的主墩。
章江大桥主桥平面布置如图3所示，钢管拱水平投影总长114.5m。为制造和安装方便，纵向共分21节段，节段水平投影长2.48～22.5m，钢管主拱规格为φ1800×26，稳定拱规格为φ1200×22。稳定拱与主拱之间采用斜腹杆连接，腹杆采用焊接箱形杆件，杆件在桥梁断面为鱼腹形状。两侧稳定拱采用钢管焊接。吊杆锚固于主拱吊点上，间距6m。
由于钢管拱为自平衡体系，施工加载与后期运营活载产生的对钢管拱的水平推力与系杆张拉力平衡，系杆张拉与加载的过程随着荷载的增加而均衡进行。为了增加拱肋的刚度，设计将主拱肋内部灌满高强度微膨胀混凝土，增加了钢管拱的施工难度。本项目的钢管拱设计有其特殊性，钢管拱施工是一项系统工程，必须首先根据项目特点提出控制指标，然后分解到施工组织，施工工艺，施工监测，设计校核等各方面，这样才能确保结构的安全和工期的要求。
3 钢管拱安装的特点
桥梁共设置有3组拱肋，其中拱脚分2次安装到位，主拱肋分5次安装到位，稳定拱肋分10次安装到位。主要施工技术特点如下：
① 采用“钢箱梁及钢箱梁支架”作为龙门吊吊装的基础。由于章江河道内没有通航要求，根据本桥的施工特点，钢箱梁安装直接采用钢管桩和贝雷梁作为施工支架，支架的设计除满足钢箱梁的安装要求外，钢管拱安装时拱肋支架的全部恒载、钢管拱的恒载、所有施工机械和人员作业时的活载及钢管拱拱内混凝土浇筑过程时全部荷载都在钢箱梁支架设计时已经考虑。这样不仅减少了后期钢管拱施工难度，也保证了整个钢管拱施工的安全，从而避免采用复杂的缆索吊施工，支架布置如图4所示。
② 采用“可调托架”来控制拱肋对接精度，可调托架侧面如图5所示。钢管拱拱肋的制作在工厂内完成，施工精度可以得到较好的控制，而拱肋的现场安装中，施工精度控制较为困难，本桥通过设计可调托架，将拱肋的施工精度控制在误差范围内，保证了拱肋的合拢精度。可调托架由三部分组成，第一部分为托架基础，由H50型钢制作，托架基础刚度较大，是调节拱肋安装精度的重要保证；第二部分为活动塞箱，塞箱由1cm的钢板焊接而成，圆弧面与拱肋弧面一致；第三部分为千斤顶，通过千斤顶上下调整活动塞箱，从而调整拱肋；第四部分为活塞两侧支撑架，由型钢组成，作用主要是保证活塞左右侧的稳定。整个结构简便而适用，是拱肋安装精度的重要法宝。
③ 施工加载工序多，系杆张拉次数多，拱肋对接精度要求高。因主桥加载工序多，钢管拱的施工须根据加载工序随之增多。通过与设计单位和监控单位沟通后，在主拱肋安装完毕后，系杆第一次张拉，然后浇注主拱肋混凝土，拱肋混凝土浇注完毕后，系杆第二次张拉，以保证拱脚混凝土的质量，避免不出现裂纹。加载程序见加载工况表。
④ 钢管拱拱肋为异型钢管拱。与多数项目不同的是，本桥的钢管拱肋不是采用双组对称拱肋，主拱肋沿其中线单根布置，稳定拱肋两端拱脚沿桥中线向两侧旋转21.8度对称的布置在主拱肋两侧。因此在拱肋施工和吊杆张拉过程中必须上下游同步施工，严格控制水平力，保证横向稳定性。
4 钢管拱施工工艺
4.1 施工加载程序
根据全桥设计加载程序，同时结合现场实际施工，确定主桥上部结构施工加载程序如表1所示
4.2 拱肋安装
4.2.1 拱肋对位将拱肋节段运抵起吊位置，40T龙门吊将第一段起吊，并移送至拱脚预埋段处。钢管节段对位与拱脚预埋段利用高强螺栓形成铰接，拱肋坐标及标高符合设计要求后将高强螺栓初拧。在落拱的过程中支架会因为拱肋施加的水平力而产生少量的水平位移，一般应控制在50mm之内，这就要求拱肋支架在安装时应有一定的反向偏位，可以设置成50mm，单根锚索预紧力达到5t，缆风绳同样预紧。拱肋安装到位后，测量拱肋坐标和标高，观测点应在工厂制作时就选择好，计算出理论值(含预抬值)，如果有变化应及时利用调节装置进行调整。
4.2.2 拱肋合拢
合拢段为第7拱段，工厂制作时，按设计尺寸制作，现场等待合拢温度。合拢温度控制在20％左右，将合拢段吊入合拢口，一端与半拱圈连接并拧紧高强度螺栓，另一端与半拱圈连接，当达到合拢温度，立即拧紧该端高强度螺栓，实现瞬时合拢，锁定拱轴线型。合拢后，应选择一天中温度变化不大的区间立即对称焊接合拢段，以免温差过大引起轴线变化。
4.2.3 拱肋结构体系转换
合拢段安装完后，检查线型符合设计后将拱肋与定位支架间抄死，包括横向和竖向均需要进行约束。高栓拧紧后即可开始拱段接头外包板的焊接，焊接方向必须遵循两岸对称，从拱顶至拱脚的顺序施焊，变铰结为固结。
5 钢管拱施工的监测控制
为保证钢管拱安装精度，验证加载程序是否合理，确保成桥应力状态符合设计要求，在施工过程中进行监控，其检测结果如下。
5.1 控制截面的竖向位移监测
根据钢管拱设计和监控要求，拱肋实际轴线若偏离 设计值，将引起拱肋内力变化。施工过程中拱肋局部偏离拱轴线过大将会造成施工安全隐患，处理相当困难。特别是在钢管拼装、灌注混凝土和脱架阶段，必须严格控制拱轴线的偏移量，根据监控数据，提出调整建议，以便指导施工。为此我们对钢管拱的竖向位移监控设置了5个断面，分别是南岸拱脚处断面，拱肋1/4处断面，拱顶处断面，拱肋3/4处断面和北岸拱脚处断面，在各个施工加载工况下对钢管拱进行监控。此次我们对其中一个典型断面进行详细分析，分析过程如下：
取主拱拱肋1/4处竖向位移分析，偏差值从2mm～8mm之间变化，在稳定拱拱脚混凝土浇筑工况偏差达到最大值8mm，分析主要原因在于南北岸拱脚混凝土不是同步浇筑所致，钢管拱拱脚浇筑混凝土时，拱肋1/4处是相对薄弱的断面，承受的混凝土荷载不均匀而产生的塑性变形所致，施工过程中只要保证南北岸同步可减小偏差。而在吊杆张拉和系杆张拉工况监控结果与理论计算结果偏差也相对较大为5mm～7mm，主要原因是由于钢管拱吊杆张拉因没有张拉空间无法采用对称张拉，只能通过分解加载工序，采用分级加载的错位对称张拉，而钢管拱是柔性结构，张拉方法和张拉过程中的控制不利影响较大，施工中对张拉过程的严格控制，可以减小偏差。其他工况的位移实测结果与理论计算结果存在的偏差较小，属于正常的误差允许范围。主要监测结果如图6所示。
5.2 主墩墩身水平位移
从施工各工况时，主墩墩身水平位移观测来看，最大位移量为10mm，属于允许范围内。
5.3 应力测试
钢管拱肋应力布置原则是对关键部位重点、详细测试监控，对结构的受力特点和施工阶段的受力变化过程进行监控，以检验该工况施工是否合理，并指导下一工况的施工。本桥钢管拱主拱肋选取4个断面，稳定性拱肋各选取3个断面。此次我们对其中一个典型断面进行详细分析，分析过程如下：
取两个拱脚段中的南岸拱脚段作为典型案例测试钢管拱的压应力。南岸拱脚截面监测结果与理论值在个别工况存在一定的偏差，在吊杆和系杆最后一次张拉完成时偏差达到最大值2.8MPa，主要原因是由于钢管拱吊杆张拉因没有张拉空间无法采用对称张拉，只能通过分解加载工序，采用分级加载的错位对称张拉张拉，而钢管拱是柔性结构，张拉方法和张拉过程中的控制不利影响较大，施工中对张拉过程的严格控制，可以减小偏差。其监测结果如图7所示。
6 结语
通过对赣州章江大桥钢管拱施工技术的总结，可以看出，钢管拱施工是一项系统工程，具有一定技术难度。根据钢管拱结构的特性仔细分析后，首先对钢管拱的各个施工工况提出具体的控制指标，对设计及施工方案作适当优化后分解到施工组织、施工工艺、施工监测、设计校核等各方面，并且在施工现场协调好监控、施工、设计各方的工作，这样才能确保结构的安全和工期的要求。
参考文献
[1]陈志宜，吉安阳明大桥钢管拱架设施工技术[J].桥梁建设2006,(1).