單肋鋼管拱橋的施工與監(jiān)理

單肋鋼管拱橋的施工與監(jiān)理------xx高速公路孫家凹分離立交橋一、工程概括孫家凹分離立交橋為跨越xx高速公路江北段的一座景觀橋。它的主跨為60m的單肋鋼管拱橋，拱軸線采用m=2.814的懸鏈線，矢高f=8.0385m，高跨比f/Lo=1/7.464，拱圈直徑1000mm，壁厚22mm的鋼管內填C50混凝土構成。拱腳處由于應力大，在拱圈上下分別焊接一塊糟鋼，作為主拱圈鋼管加勁肋。橋面板采用預應力混凝土結構，用支架支撐于拱圈上。在拱肋和橋面之間由11片三角架支撐，支撐架是鋼質三角支架，基本垂直于拱圈，三角形支撐架帶底座鋼管在工廠加工成型后運輸至工地，吊裝加于主拱圈上于拱圈用高強螺栓栓接后，再實施焊接，接近跨中四根三角支架由于高度較矮，剛度較大，采用鋼箱結構。最外邊緣四根三角支架高度在4.577-9.6474m范圍內變化，內要灌注C50砼，支架活動橫梁采用糟鋼，連續(xù)梁板鋼筋要穿過糟鋼孔，糟鋼埋于連續(xù)梁內。全橋形成連續(xù)結構，只在橋臺處設伸縮縫和盆式橡膠支座，橋臺采用肋式橋臺，拱座采用擴大基礎整體式現(xiàn)澆。全橋長88.0m,寬9.0m。該橋由中交第二公路勘測設計研究院設計，由江蘇潤揚交通工程集團有限公司負責施工，由東南監(jiān)理公司第五項目部監(jiān)理。該橋型結構施工階段多，施工中存在結構體系和截面特性的不斷變化，工藝要求高，施工難度大，而且是國內第一座單肋鋼管拱橋。為了確保孫家凹分離立交橋的施工安全和施工質量，南京市高速公路建設指揮部多次召集專家會議，審核設計圖紙、審核施工方案，東南大學交通學院橋梁與隧道工程研究所承擔該橋上部結構施工監(jiān)控。此橋為景觀橋，由于是單肋鋼管拱，專家、施工單位、監(jiān)理公司在進行圖紙會審中，都認為主梁抗扭能力很小，恒載因施工誤差引起的偏截和活載，幾乎全由拱承受。拱肋的強度、應力和變形等指標是否滿足有關規(guī)范要求，并對拱側向穩(wěn)定性提出疑義。經(jīng)設計院再次進行施工圖紙審查，認為在施工階段和使用階段的縱、橫的穩(wěn)定性、強度、剛度、抗扭均能滿足現(xiàn)行《規(guī)范》要求，并在設計上作了改進，將現(xiàn)澆橋面板橫向鋼筋重新配置，加大橫向鋼筋直徑，并形成閉合骨架，三角支架頂部設置鋼箱橫梁，側板伸入現(xiàn)澆主梁內，鋼箱橫梁對主梁具有支撐的作用，又與主梁鋼筋錨固，現(xiàn)澆連接，從而增加板的橫向抗彎和抗扭強度。橋面在三角支架頂部增設三層鋼筋網(wǎng)，抵抗支架頂部的局部承壓應力。為確保施工質量與施工安全，施工中要確保該橋的拱軸線，拱肋的制作質量，安裝質量，砼的澆筑程序、落架程序要充分考慮拱的受力特性，主梁預應力張拉嚴格采用兩端張拉。施工荷載，施工加載程序要充分考慮拱肋的縱橫向穩(wěn)定。施工單位應精心組織與施工，監(jiān)理單位認真控制施工質量。市高指并委托東南大學交通學院橋梁與隧道工程研究所承擔監(jiān)控任務，主要的工作是根據(jù)施工控制需要與有關工程測量規(guī)格要求，建立可靠和精度較高的平面與高程測量控制網(wǎng)，負責對施工過程中的撓度理論值和測試結果分析計算，提交縱梁現(xiàn)澆施工的立模標高值及拱肋吊裝合攏標高值，負責進行全橋主要斷面的應力分析計算測試工作。二、施工方案及施工中的監(jiān)理控制1、主拱圈三角支架制作鋼管拱的加工制作和現(xiàn)場安裝質量直接決定橋梁的功能和使用壽命，選擇有資質、有能力、有經(jīng)驗和有條件的生產(chǎn)廠家在工廠內加工制作1）、鋼板備料以及鋼箱三角架等鋼材必須符合設計要求，具備完整的產(chǎn)品合格證明和材質試驗報告，卷管時要求對板進行質量整平、除銹清邊、開坡口等處理，焊接坡口應符合圖紙設計要求和規(guī)范要求，對焊接人員進行上崗證檢查，對焊接材料進行質量檢查。2）、焊接檢查與補焊a、強度檢查，需作抗剪、抗壓、抗彎及疲勞強度試驗等必須保證大于或等于母材強度標準。b、檢查鋼管的彎曲度和失圓度，要求彎曲度f≤d/1000且f＜10，失圓度f≤3d/1000。c、對焊縫外觀進行檢查，檢查其有無夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤裂縫等缺隙。d、焊縫內部質量檢驗對接接頭焊縫和角焊縫應100%進行超聲波探傷和5-10%的射線探傷，試驗檢測不合格的焊縫應返修，發(fā)現(xiàn)問題及時補焊，同一部位返修次數(shù)不得超過2次，監(jiān)理組派有經(jīng)驗的熟悉鋼結構制作的工程師進駐工廠監(jiān)督檢查，并督促施工人員作好相應試驗資料，并進行必要的抽檢。市高指還委托第三家檢測單位對焊縫質量進行了檢查，結果全部抽檢焊縫質量均為Ⅰ級。監(jiān)理到鋼管拱制作廠家對三角支架、橫梁、鋼管拱肋的直徑進行了尺寸測量和復測。生產(chǎn)廠家根據(jù)施工圖紙設計線形坐標表、預拱度表等文件資料在工廠內預拼臺座上，將鋼管拱以1：1比例放出施工大樣，量取各構件的設計下料尺寸，然后制作各段構件，主拱肋管線型的成型采用以直代曲方法，通過大樣坐標在剛性胎架上將32根（長度小于2m）直管拼接成型，并形成5個階段（見圖一）。構件制作完畢后在廠內進行預拼，根據(jù)設計圖紙的坐標（包括預拱度）在計算機上轉換便于測量的坐標，監(jiān)理親自核對驗收。2、主拱圈的安裝主拱肋共分5個階段，全橋共設6個臨時支墩，其中拱腳兩個臨時支墩布置在擴大基礎上，其余4個臨時支墩布置在95區(qū)路基頂，需進行支架安全性及基礎安全性驗算（見圖2）。驗算如下：受力驗算橫桿豎向間距1.2m，每根立根承受荷載3t，按最重的二四節(jié)鋼管驗算，其重量為8.315t，每個臨時支墩共布置立桿16根，則立桿承受荷載16×3=48t＞8.315×1.3=10.81t支架穩(wěn)定驗算每個立桿承受荷載8.315×1.3/16=0.676tP臨時=Л2EL/（2L）2=3.142×2.06×1011×10-8/（2×1.2）2=4.3t＞0.676t地基承載力驗算P/A=0.676×104/（0.14×0.14）=0.34MPa＜20MPad、12#工字鋼驗算q=8.315×1.3/4×0.9=3.00264×104N/mM=ql2/8=3.00264×0.9×0.9/8=0.304×104W=57.4cm3σ=M/W=0.304×104/57.4×10-6=52.96MPa＜[σw]=140MPa驗算完畢。四個支架要進行預壓，算出每個階段對支架承受的重量，計算出彈性變形。安裝標高=設計標高+預拱度+彈性變形。用水箱進行預壓，支架頂標高需低于階段接頭下限30cm，以便加裝限位馬（見圖三）。控制接頭位移，支架基礎要具有足夠的剛性，且具備足夠的抗側移能力。在現(xiàn)場我們要求施工單位增加斜向支撐。拱腳拼裝時，用兩部吊車分吊上下兩個吊點，提升到拱腳平面，略超出混凝土平面，然后移至基礎上方慢慢將拱腳底版套入預埋螺栓，拱腳與預埋螺栓連接，注意在套入時將螺紋處用膠布包好，不得拉傷，用經(jīng)緯儀確定拱腳大接頭坐標后，將自由端裝焊限位裝置與合攏支架連接，控制拱腳發(fā)生位移，然后將螺帽按圖紙要求擰緊（要求用測扭距扳手操作）應采用初擰、復擰、終擰的工藝方式制作，要求初擰扭距為終擰扭距的50%終擰后要求每只螺栓產(chǎn)生225KN的預拉力。繼續(xù)安裝其它階段的拱肋，并準備焊接，仍然現(xiàn)場要進行焊縫自檢和抽檢（委托第三方）并進行三角支架拼裝，操作人員進入拱肋鋼管內部栓接螺栓，定位必須作到四面剛性固定，確保三角架不得偏移，調整好再進行焊接。安裝順序，從拱腳向上逐段安裝，安裝實測項目見橋梁規(guī)范。（見表）三、關于主拱圈混凝土1、砼配合比確定，砼設計必須是早期強度高且高流態(tài)，緩凝可泵并摻有微膨脹劑，現(xiàn)場必須作好砼塌落度試驗，作好砼試塊，以及監(jiān)理抽檢試塊，xx高速公路設計的配合比使用的JM-SCC外加劑高效減水劑，塌落度在26-28cm，不理想,易離析造成石子集中，堵塞閥門使用備用泵才壓注成功，在溧陽鋼管拱橋設計的砼配合比塌落度在18cm左右和易性比較好，需作塌落度損失試驗和初凝、終凝試驗。2、在泵送施工過程中，砼應連續(xù)泵送，盡量避免停泵，當砼供應不足時，應降低泵送速度，每隔4-5min開泵一次，以防止砼拌和物出現(xiàn)離析和堵管，為確保拱圈澆筑滿足均勻對稱，慢速低壓要求，要派專人定時敲擊拱圈，調整泵送速度有效控制砼的上升高度，拱圈兩側砼頂面高差不得大于1m，對稱灌注基本同時到拱頂。3、入口應設壓注口以及備用泵壓口，待灌注完畢用桿板或用閥門關死，閥門要耐得住高壓，一定要有備用泵壓口（見圖）在拱頂開設直徑15cm排漿孔，并直立焊接一根直徑150mm鋼管，高出拱肋1.5m，泵管布置應盡量減少彎管，尤其是90°彎管，以減少砼泵送阻力，當砼從排漿孔冒出時，不能立即停止泵送，還應繼續(xù)泵送約1m3砼，直到砼中排出新鮮的砼拌和物。4、環(huán)境氣溫高于40℃、鋼管溫度高于60℃，應采取措施降低鋼管溫度，盡量選擇氣溫較低時灌注。5、泵送砼前應壓入清水澆管，潤濕內壁，管內不得有油污和繡蝕物。6、澆筑拱肋監(jiān)理全過程旁站。7、澆筑完畢必須檢查灌注混凝土與鋼管內壁間空隙，通過敲擊聲檢查，必要時用超聲波檢查。8、鋼管拱肋混凝土澆筑質量檢測標準必須符合規(guī)范（見表）。附表一：鋼管拱肋實測項目項次檢測項目規(guī)定值或允許偏偏差檢查方法和頻率率1鋼管直徑（mmm）±D/500及±±5尺量：每管檢查查1-3處2鋼管中距（mmm）±5尺量：每管檢查查2-3處3內弧偏離設計弧弧線（mmm）8樣板：每段測11-3點4拱肋內弧長（mmm）0、-10尺量：每段檢查查5節(jié)段對接錯邊（mm）2尺量：檢查各對對接段面6節(jié)段平面度（mmm）3拉線測量：每段段檢查1處7豎桿節(jié)間長度（mm）±2尺量：檢查每個個節(jié)間焊縫尺寸符合設計要求量規(guī)：檢查全部部焊縫探傷超聲：檢查全部部，射線：：按設計規(guī)定，設設計未規(guī)定定按5%抽查附表二：鋼管拱肋安裝實測項目項次檢測項目規(guī)定值或允許偏偏差檢查方法和頻率率1軸線偏位（mmm）L/6000經(jīng)緯儀檢查5處處2拱圈高程（mmm）±L/3000水準儀檢查5處處對稱點高差（）允許L/3000水準儀檢查各接接頭點極值L/1500，且且反向4拱肋接縫錯臺（mm）0.2壁厚，且且≤2尺量：每個接縫縫焊縫尺寸符合設計要求量規(guī)：檢查全部部焊縫探傷超聲：檢查全部部，射線：按設計規(guī)規(guī)定，設計計未規(guī)定按按5%抽查附表三：鋼管拱肋混凝土澆筑實測項目項次檢測項目規(guī)定值或允許偏偏差檢查方法和頻率率1混凝土強度（MMPa）符合設計要求按規(guī)定檢查軸線偏位（）L≤60m10經(jīng)緯儀檢查處L=200m50L＞200mL/40003拱圈高程L/3000水準儀檢查5處處對稱點高差（）允許L/3000水準儀檢查各接接頭點極值L/1500，且且反向四、關于橋面板施工主梁現(xiàn)澆三角架頂預拱度可采用拱肋預拱度，作好地基處理和滿裳支架預壓，消除非彈性變形。確定立模標高。審核施工單位設計的滿堂支架的強度，剛度和穩(wěn)定度。監(jiān)理必須檢查鋼筋和鋼鉸線坐標位置，鋼筋必須按設計制作，橫向鋼筋需形成閉合骨架。砼澆筑程序由中間向兩端為宜，對稱施工，主梁預應力張拉采用兩端張拉，按圖紙要求順序張拉。并進行雙控，以應力控制為主，按橋梁規(guī)范施工預應力。監(jiān)理必須對理論伸長度和張拉力表對應關系進行審核，方可張拉。由于鋼鉸線比較長，要求在鋼鉸線曲線頂部增設壓漿出口，確保壓漿飽滿。落架時臨時支架與橋面支架一起拆除，由兩端向中間拆除。設計單位并要求橋面板預應力鋼束張拉結束15天后才拆除施工支架。五、施工難點和施工重點1、重視施工過程中三維坐標監(jiān)測，確保拱肋的安裝軸線無偏位，高程在安裝后，拱圈壓注前后以及橋面板澆筑前后，支架拆除后均要認真測量，確保規(guī)范允許撓度為L/3000mm，約2cm，經(jīng)測量最大只有7mm-10mm。2、必須有必要措施確保拱肋和拱腳的穩(wěn)