論文橋梁工程鋼管混凝土系桿拱施工

1、.橋梁工程鋼管混凝土系桿拱施工湖南省通盛工程有限公司 袁智慧摘要:本文詳述了瓊州大橋鋼管混凝土系桿拱橋的施工工藝，可供同類大橋施工時借鑒和參考。關(guān)鍵詞:鋼管拱分段 鋼管拱肋安裝 預(yù)埋拱腳 邊拱 次邊拱 頂拱 管內(nèi)混凝土灌注 吊桿張拉一、瓊州大橋工程概況瓊州大橋主橋為5跨鋼管混凝土系桿拱結(jié)構(gòu)，墩中距分別為88、98、108、98、88m，相應(yīng)的凈跨徑分別為79、88、98、88、79m。拱肋為等截面的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土拱肋截面為亞鈴形。拱壁厚度：拱腳段為16mm，其余為14mm,包括風(fēng)撐在內(nèi)，采用Q345D鋼板在工廠卷制焊接成鋼管，煨彎成設(shè)計的拱形，現(xiàn)場拼裝成拱。本文全面介紹鋼管系桿拱橋

2、施工工藝，從中總結(jié)經(jīng)驗以期進一步提高施工技藝。二、 瓊州大橋鋼管拱分段 1、鋼管拱基本技術(shù)數(shù)據(jù) 瓊州大橋系桿拱，設(shè)計分3種跨徑。雖然跨徑不同，但是，各跨拱軸線都是二次拋物線，凈矢跨比都是f/L=1/4.5。 拋物線方程：y=f- 4(f+f)X/L2 拱軸線切線角：tg=8(f+f)X/L2 式中：f矢高，跨徑108m的矢高 跨徑108m的計算矢高為2218.2cm、凈矢高2117.7cm、拱頂緣矢高2357.7cm； 跨徑98m的計算矢高為2006.5cm、凈矢高1955.6cm、拱頂緣矢高2195.6cm； 跨徑88m的計算矢高為1812.9cm、凈矢高1755.6cm、拱頂緣矢高1995

3、.6cm。 瓊州大橋系桿拱主拱圈采取少支架現(xiàn)場拼裝成拱。拱肋在工廠卷焊成管、煨彎成拱，按照施工設(shè)計圖要求分段制作。 5孔鋼管系桿拱，分成3種不同跨徑，矢跨比為f/L=1/4.5。 計算矢高： 孔徑108m的矢高為2218.2cm；98m的矢高為2006.5cm, 88m的矢高為1812.9cm。 相應(yīng)的孔徑的安裝預(yù)留拱度，分別為10、9、8cm。2、拱肋安裝分段 施工設(shè)計圖規(guī)定，各孔徑鋼管拱，每孔的拱肋皆分為7段現(xiàn)場拼裝，拱腳預(yù)埋段與預(yù)應(yīng)力系梁和端橫梁澆注在一起，構(gòu)筑成固結(jié)結(jié)構(gòu)，是鋼管混凝土系桿拱橋的關(guān)鍵部位。其余5段采用少支架現(xiàn)場拼裝。 三、系桿拱橋安裝方法 系桿拱橋受力特點：既有梁橋的特征

4、，也有拱橋的優(yōu)勢，因此，能跨越較大的跨徑。鋼管混凝土系桿拱橋構(gòu)造特征是：拱肋是由鋼管和混凝土組成；一般先架設(shè)鋼管，然后，灌注混凝土，最后形成鋼管混凝土拱。鋼管混凝土系桿拱橋施工大致分為兩種主要類型： 1、第一類施工方法（1） 在橋梁墩臺上，將拱腳預(yù)埋段拱肋與端橫梁和系梁端部節(jié)段澆注在一起，構(gòu)筑成固結(jié)結(jié)構(gòu)；（2） 采取支架施工，安裝鋼管拱肋，拼裝成鋼管拱；（3） 視墩臺抵抗水平力的能力，在兩拱腳之間張拉無粘結(jié)力的鋼絞線，平衡鋼管混凝土拱肋產(chǎn)生的水平力；（4） 調(diào)整好立面位置，即可灌注鋼管內(nèi)混凝土；（5） 安裝吊桿、吊桿橫梁；張拉吊桿；（6） 以吊桿橫梁為支承，現(xiàn)場澆注系梁，張拉預(yù)應(yīng)力鋼束、卸架，

5、最后安裝橋面板。 該種施工方法，簡單稱為先拱后梁法。其特點：省澆注系梁的支架，吊桿與系梁上、下位置極易對齊，保持垂直。 2、第二類施工方法（1）在橋梁墩臺上，將拱腳預(yù)埋段拱肋與端橫梁和系梁端部節(jié)段澆注在一起，構(gòu)筑成固結(jié)結(jié)構(gòu)； （2）搭設(shè)系梁支架，構(gòu)筑平臺，預(yù)壓支架，支立模板，澆注預(yù)應(yīng)力系梁混凝土； （3）安裝橫梁； （4）張拉系梁預(yù)應(yīng)力鋼束； （5）在系梁上支立少支架，拼裝鋼管拱； （6）向鋼管內(nèi)壓注混凝土； （7）安裝吊桿，下端錨固橫梁，張拉吊桿，卸架；（8） 安裝橋面板。 該種施工方法，簡單地稱為先梁后拱法。其特點：施工安全度大，支立少量支架，拼裝鋼管拱。但是，吊桿與橫梁上、下難以垂直對齊

6、。 此外，還有轉(zhuǎn)體安裝法，或整體吊裝安裝。 瓊州大橋鋼管混凝土系桿拱橋，采用第二類施工方法，先梁后拱安裝方法。即先搭設(shè)系梁支架，構(gòu)筑系梁平臺，支立系梁模板，澆注系梁混凝土，安裝吊桿橫梁，初步張拉系梁預(yù)應(yīng)力鋼束。待系梁混凝土達到設(shè)計強度后，始安裝鋼管拱肋。 1、拱肋上、下緣縱坐標(biāo) 瓊州大橋鋼管拱橋，雖然其拱軸線為二次拋物線，但是因為截面為等截面壓力啞鈴形，其上、下緣已不是二次拋物線，而是兩條不同的高次拋物線。但是計算起來繁雜，我們采用Auto CAD 2000繪圖軟件，取步距為1mm, 成功的繪制出鋼管拱上、下緣曲線，實現(xiàn)電腦放樣，輕松的到鋼管拱任意處的上、下緣坐標(biāo)，以達到制造和控制鋼管安裝質(zhì)量

7、（圖1）。 圖1 跨徑108m系桿拱橋構(gòu)造（尺寸單位：cm） 圖中：a為吊桿間距，跨徑108m的吊桿間距705cm； 跨徑98m的吊桿間距682cm；跨徑88m的吊桿間距664cm 2、系桿拱橋鋼管拱安裝順序 瓊州大橋5孔系桿拱橋，先從?？?617號墩之間的橋孔安裝，搭設(shè)支架，澆注系梁，依此澆注1516孔，1819孔, 1920孔, 1718孔。相應(yīng)的鋼管拱安裝順序，與上相同。 3、鋼管拱安裝程序 （1）拼裝纜索吊裝塔架 在鋼管拱拼裝之前，在引橋14號墩和23號墩上搭設(shè)纜索塔架，架設(shè)吊纜，完成纜索吊設(shè)備，按吊桿橫梁最大吊重300kN試吊觀測、測量、控制，保證吊裝作業(yè)順利進行； （2）預(yù)埋鋼管拱

8、拱腳 支立墩頂橫梁和系梁端部模板，安裝拱腳預(yù)埋段鋼管拱肋，并用工字鋼、槽鋼作支撐，穩(wěn)固拱腳預(yù)埋段，并通過精確測量，控制拱腳坐標(biāo)符合設(shè)計位置；在混凝土澆筑過程中，仔細進行監(jiān)控，防止在澆注混凝土過程中發(fā)生位移； （3）利用系桿中預(yù)埋鐵板，用萬能桿件配合槽鋼在系桿梁上搭設(shè)簡易支架，支承鋼管拱肋拼裝的接頭，見圖2。用全站儀對接頭位置定位定位和測量檢驗，控制接頭位置的坐標(biāo)高程。 圖2 系梁上的簡易支架 尺寸單位：cm 完成上述準(zhǔn)備工作，著手安裝鋼管拱肋，按先邊段、次邊段、中間段次序吊裝，鏍栓接頭。 在吊裝過程中，同時進行監(jiān)控，觀測鋼管拱肋中線位置和接頭高程。測量監(jiān)控如付圖所示，具體步驟如下：a 吊裝邊段

9、拱時，以已測知坐標(biāo)及高程的三點A，B，D重合邊段拱拱身上的對應(yīng)點A，B，D來調(diào)整拱身，并且在穩(wěn)定樁O上架立全站儀測出C點的坐標(biāo)高程對應(yīng)理論數(shù)值來驗查，然后用千斤頂調(diào)整預(yù)拱度。b 同理，以C，D，F(xiàn)為吊裝基本位置點，以E點為測量點，監(jiān)控次邊拱，再調(diào)出預(yù)拱度。c 在吊裝頂拱時，以兩個接頭的四個點控制檢驗。（4）邊段拱肋就位用纜索吊裝設(shè)施，將邊段鋼管拱肋吊運至安裝孔，通過設(shè)置在墩頂橫梁上的卷揚機，再將拱肋橫移至安裝位置，徐徐松馳起重索，使邊段拱肋下端與拱腳預(yù)埋段管端頭對接，臨時用鏍栓連接。注意，此時，鏍栓不要擰的太緊。邊段鋼管拱肋另一端落在支架上（接頭1）。用經(jīng)緯儀調(diào)整鋼管拱肋中線，使其左右偏差不大

10、于0.51cm，且用水準(zhǔn)儀調(diào)整上端頭接頭處標(biāo)高，使接頭比設(shè)計高程抬高510cm左右，最后松摘吊點，將邊段拱肋完全落于千斤頂?shù)闹Ъ苌?。同一孔一邊兩個邊段拱肋安裝完成后，在安裝次邊段前，應(yīng)當(dāng)反復(fù)核對接頭高程。然后再進行對應(yīng)邊拱安裝。 （5）次邊段拱肋就位重復(fù)上前述程序，次邊段拱肋橫移至安裝位置，慢松起重索，與邊段拱肋端頭對接，用臨時鏍鏍栓連接，也不能太緊，另一端落于支架上（接頭2），用經(jīng)緯儀調(diào)整拱肋中線，使其偏差不大于0.51cm，并用水準(zhǔn)儀觀測上端接頭，用500kN的千斤頂，調(diào)整接頭3的標(biāo)高，將上端接頭處預(yù)抬高1020cm ，即為接頭2的預(yù)加高度的2倍，最后松摘吊點，使次邊段拱肋完全落在支架3上

11、。（7） 拱頂段拱肋安裝重復(fù)前述程序，將頂端拱肋吊裝到安裝孔。就位鋼管拱肋合攏。拱肋合攏是鋼管拱肋安裝作業(yè)中的關(guān)鍵工序。為使鋼管拱肋位置符合設(shè)計要求，保證安裝質(zhì)量，必須用兩部水準(zhǔn)儀，同時觀測4個接頭（支架3）標(biāo)高，并用經(jīng)緯儀觀測兩條拱肋的中線。程序如下： 慢松起重索，同時控制住拱肋兩端標(biāo)高，當(dāng)降至比設(shè)計高出13cm時，停止松起重索； 按先降邊段拱肋，后次邊段拱肋順序，兩側(cè)接頭處均勻下降，反復(fù)循環(huán)至與拱頂接頭合攏； 用鏍栓臨時連接拱頂接頭； 依次降邊段、次邊段拱肋起重索，使各接頭處標(biāo)高符合要求； 調(diào)整拱肋中線位置，符合設(shè)計要求后便固定； 擰緊鏍栓，并用薄鋼板嵌塞縫隙； 電焊各接頭部件。 （8）安

12、裝風(fēng)撐 當(dāng)一孔鋼管拱肋安裝完畢，位置調(diào)整得符合設(shè)計要求后，用纜索吊安裝風(fēng)撐，安裝就位，使整孔鋼管拱成為一個空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 （9）卸架成拱 卸架成拱次序，先降邊段拱肋，然后降次邊段拱肋，兩條拱肋兩邊對稱、均勻卸架，每次下降高度不超過1cm； 在卸架過程中，同時觀測各接頭點標(biāo)高，拱頂及1/8跨截面標(biāo)高，并隨時進行調(diào)整。同時，考慮?？诘貐^(qū)溫度特點，為保證合攏時溫度要求，將合攏時間安排在涼爽的傍晚進行。四、 鋼管混凝土施工工藝1、混凝土配合比設(shè)計 拱圈混凝土材料水泥：425號普通硅酸鹽水泥，廣西柳州通峰水泥股份有限公司生產(chǎn)，各項指標(biāo)均符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。砂： ?？谀隙山猩嫌魏由?，中砂，視比重=2.61

13、2，含泥量1.5%，平均吸水率1.19%。碎石：?？谟腊曹娖笫瘓錾a(chǎn)的碎石，粒徑范圍525毫米，平均含泥量0.6%，平均吸水率1.55%。摻和劑： ?？隈R村電場I級粉煤灰。外加劑： 江西武冠WGHEA混凝土防水劑。 拱圈混凝土配合比設(shè)計原則配制的混凝土抗壓強度，滿足C40號混凝土的技術(shù)要求，比設(shè)計標(biāo)號，高出一個等級，即C50號；水灰比應(yīng)當(dāng)小于或等于0.35，坍落度宜在1218厘米；混凝土和易性及初凝時間，應(yīng)滿足每孔管道的壓注完畢后，仍有良好的和易性，為此摻加WGHEA防水劑，目的改善混凝土的和易性，減少用水量，水化時生成微細顆粒，填充混凝土中孔隙，使管內(nèi)混凝土更加密實。 拱圈混凝土配合比設(shè)計拱

14、圈混凝土設(shè)計標(biāo)號為C50號，坍落度1820厘米，適應(yīng)鋼管混凝土灌注。經(jīng)過設(shè)計、實驗，確定出混凝土配合比，見表1。瓊橋鋼管拱內(nèi)壓注混凝土配合比 表1混凝土中各種材料用量kg/ m3水水泥砂石摻合劑外加劑水灰比砂率%抗壓強度MPa189470744102727430.3542728重量配合比例 kg0.40:1:1.583:2.185:0.057:0.090.354244.757.62、鋼管拱壓注施工注隨著工業(yè)化水平的不斷提高，鋼管拱圈混凝土澆注方法，通常都采用泵送頂升壓法，從拱腳一次對稱澆注至拱頂。當(dāng)壓注高、泵送距離遠時，也可采取分級泵送。比較成熟的工藝流程是：準(zhǔn)備工作壓注管內(nèi)混凝土關(guān)閉壓注口處

15、閘閥、穩(wěn)壓拆除閘閥，完成壓注。（1）壓注前準(zhǔn)備工作安裝高壓泵，敷設(shè)泵送管道瓊橋泵送最遠距離100米，最近距離5米，壓送最大高程45米。鋼管拱肋的拱腳處，在上下鋼管上，分別設(shè)置設(shè)置一個混凝土進料導(dǎo)管，露出系桿頂面30厘米，頂口處設(shè)置法蘭盤接頭和插板，與輸送泵管道相接；塞鋼管內(nèi)法蘭盤間縫隙；在灌注混凝土前進方向上，每隔30米處設(shè)一個排氣孔，能使管內(nèi)的空氣排出；在距離拱頂截面30厘米處，兩邊對稱各設(shè)一個排孔，分別排除拱頂截面兩邊的被壓縮的空氣，以使混凝土能夠順利的灌注滿拱肋；在鋼管上，每隔3.00米，設(shè)置一部固定附著振搗器備用，便于澆注邊灌邊振，保證混凝土密實；在灌注前，先注入清水清洗，不得留有油污

16、、銹蝕物；精心布置，做好人員配置，明確各自的工作崗位和職責(zé)。為保證混凝土泵輸送成功，在開始澆注前，應(yīng)按實際距離和高度，進行泵送和壓注模擬試驗，檢查設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常，也使每個工作人員做到心中有數(shù)，確保準(zhǔn)工作無誤，使壓注作業(yè)順利進行。 (2) 壓注鋼管混凝土方法在灌注鋼管混凝土?xí)r，先灌注拱圈下鋼管混凝土，采取頂升法灌注，從兩拱腳向拱頂壓注。灌注混凝土的速度，拱頂兩邊的壓注速度要勻速、對稱，采取慢速抵壓的方式，兩端混凝土頂面高差不大于1米。當(dāng)壓注的混凝土頂面，接近拱頂截面時，要避免出現(xiàn)一邊壓注過快現(xiàn)象，絕對避免越過拱頂截面，引起鋼管骨架縱向振動而失穩(wěn)。壓注工作業(yè)要一次完成拱圈下環(huán)混凝土的壓注，然后用

17、插板堵死送料開口，防止混凝土外溢。待下環(huán)混凝土強度達到設(shè)計強度的80%，再采用同樣方法，灌注拱圈上橫撐鋼管內(nèi)混凝土，直至鋼管拱圈形成。在壓注作業(yè)過程中，應(yīng)派實驗人員在拌和站監(jiān)督、檢查配合比是否按設(shè)計的規(guī)定作業(yè)，外加劑使用的是否得當(dāng)，坍落度是否符合要求。工程技術(shù)人員應(yīng)在現(xiàn)場監(jiān)測拱座的位移，發(fā)現(xiàn)不正常情況，及時反饋信息，采取適當(dāng)措施。(3) 鋼管混凝土壓注的技術(shù)措施壓注壓注作業(yè)正式實施前，應(yīng)先泵入水泥漿進行觀測，是否有異?，F(xiàn)象，一切正常后再連續(xù)泵入混凝土。壓注鋼管灌注時，環(huán)境氣溫應(yīng)不低于5°C；當(dāng)環(huán)境氣溫高于40°C時，鋼管內(nèi)溫度高于60 C時，應(yīng)采取措施降低溫度，或選擇應(yīng)考慮

18、在天氣涼爽時灌注。四、鋼管混凝土質(zhì)量檢測按照公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（JTJ07194）的規(guī)定，應(yīng)對鋼管混凝土澆注質(zhì)量進行檢測，其檢測項目，見表2。 鋼管拱肋混凝土澆注質(zhì)量實測項目 表2項次檢查項目規(guī)定值或允許值檢查方法和頻率1混凝土強度(MPa)在合格標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)按JTJ07198的附錄D檢查2混凝土填充度98%在拱頂、L/43軸線橫向偏移(mm)拱頂1/5000用經(jīng)緯儀檢查L/41/60004拱頂、拱腳及接頭高程(mm)+20，-0用水準(zhǔn)儀檢查表2中的第1項檢測項目，鋼管內(nèi)的混凝土強度，通常是嚴(yán)格控制通過實驗確定的混凝土配合比，按規(guī)定規(guī)定預(yù)留的混凝土試塊，作事后檢測。 表2中的3、4項檢測項目，

19、通常用儀器觀測確定。 表2中的第2項檢測項目，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ0412000）規(guī)定，應(yīng)以超聲波檢測為主，人工敲擊為輔。 在鋼管混凝土施工中，時常出現(xiàn)的缺陷有以下幾種： （1）空腔 由于在灌注過程中，拱肋內(nèi)排氣不良，或灌注間斷而殘留在混凝土內(nèi)的空氣造成的； （2）收縮縫 由于混凝土的水灰比過大，水泥用量過高，微脹量不足造成的；（3）混凝土與管壁粘結(jié)不良 由管內(nèi)壁銹造成的；（4） 混凝土離析 由混凝土配料不佳，骨料堆積或采取拋投灌注造成的；（5）混凝土不密實 由于泵力不足，或灌注速度過快造成的。 混凝土灌注程序和注意事項： （1）先灌注下環(huán)鋼管拱肋混凝土，待下環(huán)混凝土達到設(shè)計強度90以

20、上，才能用同樣方法澆上環(huán)鋼管拱肋。 （2）泵送混凝土?xí)r，鋼管拱肋兩邊泵送速度應(yīng)協(xié)調(diào)一致，對稱頂升，特別是接近拱頂時，要避免上升過快，切忌避免任一邊混凝土超過拱頂。以免引起鋼管拱肋縱向振動： （3）灌注混凝土?xí)r，要對拱軸線變形進行觀測，用經(jīng)緯儀測量橫向偏位，用水準(zhǔn)儀對1/4跨、1/8跨及拱頂各點進行觀測。 灌注鋼管內(nèi)混凝土要注意：1 嚴(yán)格控制混泥土拌送過程，保證一次性升頂成功。2 澆筑過程中應(yīng)時刻敲擊測定混泥土容量。3 對于混泥土散熱，應(yīng)及時養(yǎng)生保護。五、 吊桿安裝張拉鋼管內(nèi)的混凝土達到設(shè)計強度后，開始安裝吊桿，并張拉，左右拱圈吊桿同步作業(yè)。1、吊桿張拉 （1）吊桿第一次張拉，使系梁脫離模板支架；以跨徑108m為例，各個吊桿張拉數(shù)值，見表3。（注：由?？谥镰偵椒较蚓幪?7）單位：KN 跨徑108m為例吊桿第一次張拉數(shù)值 表3吊桿標(biāo)號3號6號4號1號5號7號2號張拉數(shù)值820800780780780780780 （2）吊桿第二次張拉，使橋面達到高程；各個吊桿張拉數(shù)值，見表4。 跨徑108m為例吊桿第二次張拉數(shù)值 表4吊桿標(biāo)號3號6號4號1號5號7號2號張拉數(shù)值980960950950950950950 （3）吊桿第三次張拉，使使系梁達到高程要求；各個吊桿張拉數(shù)值，見表5。每次張拉都以吊桿中線（即橫隔板中線）為