合川市合阳嘉陵江大桥施工控制

合川市合阳嘉陵江大桥

施工控制方案

重庆交通学院

2000．4．23．

一、合川合阳嘉陵江大桥构造特点

合川合阳嘉陵江大桥是一座58＋130＋200＋130＋58米连续拱桥，其中130m、200m跨均采用钢管砼中承式拱桥，属特大跨桥梁。

钢管砼拱桥是国内近十年来发展最为迅速的一种拱桥结构型式，因其结构承载能力大，跨越能力强，地基适应广，施工快捷，外形美观等优点，在160～360m 跨径内具有很强的竞争力。

二、合川合阳嘉陵江大桥的施工特点

根据大桥的构造特点，其主要施工方法是无支架缆索吊装钢管骨架，松索合拢成拱，调整标高，封铰，浇筑缀板和弦杆砼，形成钢管砼拱桁架，安装拱上结构，最终形成钢管砼拱桥。

钢管砼拱桥是一种逐步形成的自架设体系的结构，主要特点是利用其自身的结构强度和刚度来承受外加荷载，如浇筑弦杆砼和临时施工荷载，待砼强度达到设计要求时，与钢管骨架一起形成一个组合结构，共同参与后浇筑砼和其它荷载的作用。

钢管砼结构与斜拉桥不同，其结构的形成过程只具有“前进性”，不具备“倒退性”，也就是说，拱轴线（标高）、钢管与砼的应力应变一旦变化，不能象斜拉桥那样在成桥后通过张拉拉索的办法来调整标高、应力，而只能在施工过程中采取一定的措施，通过扣索张拉来确保拱圈均匀变形，使应力（尤其是砼拉应力）控制在容许范围内。

钢管内砼的浇筑是逐根完成的，在浇筑砼过程中拱圈会发生不均匀的变形，尤其是拱脚截面的砼，肯定会在浇筑的某些阶段内出现超过容许的拉应力值。图1是某钢管砼拱桥在砼浇筑过程中拱脚截面砼应力变化曲线图。从图中可以发现，砼从拱脚向拱顶浇筑过程中，拱脚截面的应力由零逐渐增大到拉应力的最大值，而后又逐渐减小，进而变成压应力，显然，在有些区段拉应力超出容许值，而通过张拉扣索后砼应力得到调整，最大拉应力值控制在容许范围内。

合阳嘉陵江大桥是一座5孔连拱桥，除了控制拱圈的变形外，还必须监控、验算桥墩在整个施工过程中承受的不均匀推力，确保桥墩的稳定性。

图1 某拱桥混凝土浇筑过程中拱脚截面上缘混凝土应力变化过程曲线

三、开展施工控制的必要性和重要性

（一）、开展施工控制的必要性

目前钢管砼拱桥的跨径比较大，一般都在160m以上。钢管砼拱桥的施工主要有两种，一种是无支架缆索吊装，斜拉扣挂，另一种是转体施工。从目前国内修建的钢管拱桥来看，除了广东的丫髻沙大桥采用转体施工外，其余都采用无支架缆索吊装法。

考虑到缆索吊装的实际承载能力，常常将钢管拱桁架划分为若干段，拱桥的跨径越大，节段的划分数就越多。

在拱肋节段在吊装过程中，为了准确控制各个节段的标高，必须计算出各根扣索在任意一个扣挂阶段的索力值，以便选择合理的扣索直径和规格。然而，节段超过5段后，扣索索力的计算就非常困难，计算工作量相当大，常规的力矩平衡法，计算假定粗糙，力臂计算不精确，运算繁琐，而且每增加一个节段数，计算工作量就增加一倍。这对精度要求很高的钢结构拱而言，是相当不安全的，势必造成拱肋合拢困难，因此，必须采用一种计算精确，方法可行，便于反复计算的算法。

钢管拱肋合拢后，缀板和弦杆内砼浇筑是钢管砼拱桥施工的关键，其成败的关键也就在于此，这时由于砼浇筑过程中，随着砼从拱脚向拱顶连续泵送，拱肋各个截面的变形、应力都在不断的变化，尤其是拱脚上缘的截面，其砼最大拉应力在某个阶段内必然会出现超过容许拉应力的过程，如果不加任何调整，拱脚截面的砼将开裂，而开裂的砼是不能承受力的。如果将钢管划分成若干个节段，然

后分节段施工，不仅会给施工带来巨大困难，而且难以保证各个节段内砼浇筑质量。

事实上，我们完全可以通过斜拉扣挂的方法，通过张拉扣索的办法来调整砼浇筑过程中拱脚截面可能出现超过拉应力的区段，这种技术已有许多成功的经验，这样既能保证施工质量，又能保证砼不出现超过容许拉应力的应力值。

（二）、开展施工控制的重要性

钢管砼拱桥开展施工控制的重要性，概括起来有以下几点：

1．钢管砼拱桥是一个自架设体系；

钢管砼拱桥是一个自架设体系，这意味着钢管砼拱桥结构是随着施工的推进而逐渐形成的，从钢管拱桁架的吊装、合拢，到缀板砼与弦杆砼的浇筑，从拱上立柱、吊杆的安装，到桥面系统的形成，都是一步一步形成的。纵观整个施工过程，钢管砼拱桥在拱桁架吊装合拢和砼浇筑阶段是是否成功的关键，尤其是砼浇筑过程中控制截面拉应力的出现，必须通过施工控制才能实现；

2．钢管砼拱桥施工是一个不具“可逆性”的过程，在施工过程中必须按照设计意图，均匀变形和受力；

钢管砼拱桥施工是一个只具有前进而不倒退性的施工过程，这就意味着拱轴变形、应力应变一旦产生，就在不能再通过其它途径来调整。理论分析和施工实践都表明，砼浇筑过程拱轴线型呈不均匀变化，这对以受压为主的拱桥是非常不利的，通过施工控制，可以改善拱圈变形，使拱圈均衡变形，以满足设计意图；

3．钢管砼拱桥是一个逐步形成的组合结构，其施工过程中的强度、稳定性在不断变化，确保施工安全是施工控制的一个重要方面。

钢管砼拱桥之所以得到迅速推广，原因之一就在于它的施工。钢管拱自重轻，便于吊装，安装容许，强度高。钢管既是砼的模板，又是很好的承重结构。然而，钢管砼拱桥结构是逐步形成的，先是钢管拱桁架的合拢，而后是缀板砼和弦杆砼的浇筑，不同的浇筑顺序对钢管拱结构的受力、变形、稳定性是不一样的，通过施工控制，就可以方便的安排施工顺序，控制施工过程中各个阶段的稳定性，保证拱桥安全顺利的建成；

4．施工控制是本桥本身的结构需要。

合阳嘉陵江大桥是一座五跨拱桥，跨径各不相同，在施工过程中必然存在不

平衡过程，这对桥墩的安全和稳定性是相当重要的，通过施工控制，可以合理的调整桥墩受力，避免桥墩承受过大的不平衡力，确保施工安全。

四、测试方案

有关测试方案详见合川合阳嘉陵江大桥测试方案。

五、目前已开展的工作和现有的设备

重庆交通学院在拱桥的设计理论、空间结构行为、施工控制理论和实践方面作了大量的卓有成效的工作，先后承担了万县长江大桥、广西邕宁邕江大桥等世界先进水平的拱桥的监控任务，对确保大桥的顺利建成作出了重大贡献，先后获得国家科技进步二等奖、三等奖、交通部科技进步特等奖、交通部科技进步一等奖、二等奖多项。1998年桥梁与隧道工程学科被评为交通部唯一的重点学科，1999年结构工程实验室被评为交通部重点实验室。

六、合作内容与成果

1．钢管砼拱桥施工控制软件维护开发

2．现场指导施工控制

3．参与施工方案的制定

4．监控完成后6个月递交报告

七、施工控制费用概算

（一）、测试材料费：106000元

1．钢弦计 100个×720元/个＝72000元

2．温度片 50个×80元/个＝4000元

3．导线 10000米×3元/米＝30000元

（二）、研究试验费：50000元

包括砼弹模、抗压强度等。

（三）、软件维护开发费：60000元

（四）、科研人员补贴：168000元

8人×20000元/年×1.5年×0.7＝168000元

（五）、差旅费：6人×30次×50元/次＝9000元