拱桥施工技术

1、跨高速公路1-64m钢管混凝土简支系杆拱桥施工技术中国中铁航空港建设集团有限公司长平项目部祝克栋一、简介1.1任务来源于中铁航空港建设集团科技设计部，合同编号2011A-011。1.2研究目的明确系杆拱施工工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范系杆拱作业施工。1.3、主要达到的指标总结公路系杆拱桥的施工、拱肋吊装焊接、拱内混凝土压注、吊杆安装张拉、拱肋线性控制施工方法。二、工程概况 本课题依托于中铁航空港辽宁公司承建的德大铁路跨东青高速公路特大桥1-64m钢管混凝土简支系杆拱桥。起讫里程为GDK219+366.665GDK219+432.365，线路于18号墩19号墩上跨东营青州高速公

2、路，东青高速公路特大桥在GDK219+400.00处上跨东青高速公路(G18)K470+920处。 系杆拱桥下部结构为钻孔桩、承台、圆端型墩柱，每个墩下采用11根直径1.25m、58m长的钻孔桩，承台为12.3m8.2m2.5m长方体，墩柱为9.0m4.0m直坡圆端型实心墩， 18号墩墩身高8.0m，19号墩墩身高7.5m，墩帽为长方形高低墩帽，较低端高1.05m，较高端高1.3m。三、国内情况 主跨采用1-64m钢管混凝土简支系杆拱结构，先梁后拱式。计算跨径64.0m，梁长65.5m，主梁采用箱形截面，拱肋为钢管混凝土结构，哑铃形断面。拱肋与主梁的刚度之比为1/17.88，属于刚性系梁刚性拱

3、。系杆拱是组合体系桥的一种，是拱肋、系杆和梁组成，拱肋下通过系杆挂梁，拱肋承受压力，拱肋一般是钢筋砼或钢管拱，系杆为钢索或圆钢，受拉力，梁为钢筋砼或钢构件，属多跨弹性支承梁体系。最近几年，国内交通迅速发展，拱桥外观好，跨度大。我国已建成了大跨度连续梁-柔性组合拱桥。 四、主要研究的内容方法4.1研究内容 确立课题我单位成立专门课题小组，调查现场交通情况，编制施工专项方案，组织专家评审。 主要研究系杆拱拱脚预埋控制、拱肋合龙线性控制、拱内混凝土浇筑。4.2施工方案制定 本桥采用先梁后拱的施工方案，即先施工系梁再施工拱肋。 系梁支架采用型钢搭设而成，跨公路部分采用钢管桩和H型钢搭设，并在高速公路上

4、预留行车通道。在路基坡脚处由于梁体重量增大且为了不破坏路基边坡，采用钢管柱H型钢梁支架跨越路基边坡。主墩和边跨支架之间区域采用轮扣式支架。 支架搭设完成后进行预压，预压后进行钢筋的绑扎并安装拱脚段预埋钢管及其它预埋件、安装预应力，现浇系梁和拱脚，待混凝土强度达到设计要求后，进行纵横向预应力及拱脚预应力钢筋张拉。 在系梁上搭设拱肋拼装支架，采用吊车分段吊装拱肋，安放在拼拱支架上，通过操作平台调整至设计位置。拱肋拼装时，两端分节段对称进行逐节拼装，直至中跨合拢。拱肋逐节安装过程中及时拼装拱肋间横向连接结构，保持拱肋的结构稳定。 拱肋合拢后，落下拱肋支架，使拱肋和支架脱空，压注钢管及拱肋腹板内混凝土

5、。按照设计顺序安装张拉吊杆，检测并调整吊杆力至设计值。最后拆除系梁支架，恢复高速公路正常行车 。4.3系杆拱施工4.3.1拱脚预埋段施工 拱脚预埋段钢管要在系梁混凝土浇筑前进行预埋，预埋时要特别注意拱脚预埋钢管的定位，确保钢管的坐标和倾角准确无误。拱脚定位支架采用22a的槽钢焊接而成，支架底部放置在混凝土垫块上。两个钢管拱支架之间采用通长槽钢连接起来，增加支架的整体稳定性。定位支架的标高和位置调整好后将拱脚钢管安装在定位支架上，调整好拱肋标高及角度后和支架进行焊接固定。拱脚处普通钢筋及预应力钢筋密集，但钢筋调整的前提是一定要保证拱肋钢管的位置准确。4.3.2拱肋吊装 钢管拱分段安装顺序：按设计

6、要求从两端对称依次按预拼编号顺序吊装拱段，最后进行合拢段的架设施工，每一分段按照起吊对位临时固结调整线型定位焊接调整线型正式焊接合拢的顺序吊装。第一分段安装 拱段对位：拴好溜绳，用吊车起吊第一分段，起吊至设计位置，吊钩稍许松钩使拱段后端落在拱脚上连接，使拱脚承担部分重量，拱肋与拱脚间设临时铰，以利调整拱肋线型。 线型调整：利用支架上千斤顶调整拱段前端标高符合监控指令值，前吊点卸载。测量并调整拱段中心线至设计桥轴线(误差不大于监控指令要求)。复测第一分段线型。第二分段安装 吊装对位：拴好溜绳，用吊车起吊并运输钢拱第二分段至设计位置附近，初调第二分段角度。用导链收紧辅助对位。初调线型用法兰盘将第二

7、分段与第一分段临时连接，后吊点卸载。 线型调整：利用支架上千斤顶调整第二分段前端标高至监控指令规定值；前吊点同步卸载，用导链、千斤顶辅助调整第二分段中心线至设计桥轴线(误差不大于监控指令要求)，拧紧法兰盘的螺栓，将第一、二分段进行定位固结。拱肋合拢段施工拱肋合拢段施工合拢段与两侧拱段前端之间的主弦管按设计要求留空隙，在空隙处的主弦管内安设临时法兰盘进行临时定位锁定，最后实施电焊固结。4.3.3线形控制控制目标：对拱肋空间坐标进行监测，确保成桥后拱肋轴线逼近设计状态线形；测点布置：拱肋线形监测截面选取两拱肋的的八分点位置，测点横向布置在上、下钢管的桥外侧，以便于观测，如下图所示： 对拱肋的监控采

8、用全站仪测量其坐标。仪器架设在梁跨前后的15#墩和21#墩上，后视基准控制点，再瞄准拱肋上相应测点的棱镜，测出拱肋测点的三维坐标。 由于线形对温度、日照较敏感，所以测量时间应选在日出之前温度较恒定的时段内进行，即是观测工作应在早晨日出前完成，测量时间应控制在2h以内，并作详细记录；4.3.4拱肋焊接 两条拱肋全部合拢后，再全面校核一次拱轴线坐标，并调整至误差容许范围内；再对焊主拱钢管、烧掉螺栓。焊接顺序为先焊两根弦管对接环焊缝，再焊腹杆的相贯焊缝。焊接按已经评定认可的对接环焊缝工地手工焊接工艺实施。工地焊接时应设置防风防雨设施。 焊缝质量检验：焊缝检验按照规范、规定办理。对所有焊缝进行外观检验

9、，100超声波探伤及l0%射线拍片(并不得少于一个节头)。4.3.5钢管拱混凝土施工 钢管混凝土拱肋为钢管混凝土拱桥的主要承重结构，钢管内混凝土与钢管是共同受力的结构，混凝土为C55，属高强混凝土，因此泵送混凝土的技术性能要求使其具有高强、缓凝、早强及良好的可泵性、自密实性和收缩的补偿性能。灌浆口设置 灌浆口采用150mm直径圆管，灌浆管插入拱肋中心处，角度尽量与拱肋平行。为便于与地泵管相接止浆阀外侧N7钢板外侧焊的一段短的圆管采用地泵管，另一端带有泵管接口法兰。 止浆阀采用三块钢板组成， N8钢板位于两块N7钢板中间。顶升砼时，三块钢板上的圆孔正好重合；顶升完成后，将N8钢板用大锤敲击使N8

10、钢板圆孔外露形成封闭，保证钢管拱内砼不会倒流。图17 灌浆口及止浆阀位置图N8钢板2020N7钢板图1 止浆阀出气口及排浆管设置 吊装前应在拱肋上焊接完拱肋混凝土灌注管、排气管及冒浆孔。 排气孔采用200mm直径，设于每个部位的最高处以排出拱内所有空气，排气孔顶部高出拱肋顶面1m，并接一三通排出顶升时顶部产生的浮浆。排出的浮浆通过漏斗流入固定的软管内留到桥面集水箱内。 钢管拱内砼强度达到设计50%后，可拆除钢管拱肋上的灌注管、排气管及冒浆孔，所有的施工用孔均用原来切割下来的钢板复原焊接封闭。图2 排气管及排浆管 钢管拱泵送混凝土前要有详细的拱肋线型测量资料，并在拱脚、1/4L、1/2L等位置做

11、好测量标记，以便在泵送混凝土过程中监测拱肋线型的变化。在每次泵送混凝土前，必须对所有用于施工的机械设备进行全面检查、维修、保养，确保各种机械设备运转状况良好。用于施工的各种计量器具必须经具有资质的单位进行标定和校正，保证其精度。拱上脚手架、安全网等安全设施必须全部到位，并保证牢固可靠。分项工程开工报告必须经过监理工程师的签认。必须配备足够的混凝土密实度检查仪器及设备。泵送前必须安装好钢管拱上的100mm排气管。为便于判断四角顶面标高，可于拱肋顶面沿轴线每2.5m作标志。泵送混凝土选择在气温较低时进行。泵送混凝土前，必须先泵送一盘水泥砂浆以润湿输送砼输送泵及泵管。水泥砂浆强度不低于混凝土的强度。

12、混凝土的生产除确保各组成材料计量准确外，每盘搅拌时间不得小于2min；拌合机司机在上料前要监督配料，在出料前一定要观察混凝土的拌合情况，发现异常，由当班试验人员立即处理；试验人员要经常检查各组成材料的质量，特别是砂石料的均匀性，谨防其粗细分离；每盘混凝土出料塌落度控制在22cm24cm，发现泌水，决不允许出料，必须另做处理。 开始泵送时砼输送泵处于低速压送状态，要注意观察砼输送泵的工作压力和各部件的工作状况，待泵送正常后方可提高至正常压送速度。 四角泵送混凝土时要及时联系，压注速度要协调一致，四角压注长度相差不大于2.0m。保证钢管拱肋连续、基本同步对称压注完毕，同侧的混凝土必须在混凝土初凝以

13、前压送完毕。 压注过程中，安排专人沿压注长度方向检查压注情况；当压注至拱顶时，用小锤敲打排气孔附近的拱肋弦管，以利排气；当混凝土沿排气管冒出，即可停止压注，用湿麻袋封口，关闭截止阀。4.3.6吊杆安装张拉 钢管内混凝土强度达到设计强度的90%后，拆除系梁上临时支架。开始安装吊杆并张拉。钢管混凝土拱桥为尼尔森体系，吊杆竖直布置，间距为4.8m，每根吊杆由61根平行钢丝组成，用复合包带缠紧，外挤双层PE护套。（1）施工流程施工准备 安装吊杆 张拉至吊杆的控制力 张拉力调整 配套附件的安装 不锈钢护罩安装（2）施工准备 对吊杆预埋孔道进行清理，并清除拱上与梁下锚垫板上杂物、焊渣和开孔口处毛刺,在锚垫

14、板上放出孔道口十字中心线，保证锚固螺母居中并与锚板能密贴。 在系梁顶上搭设吊杆张拉操作平台，平台由碗扣式支架搭设，并和相邻的拱肋支架连接，以保证平台的稳定性。 吊杆束、配套附件、施工机具运至工地。核对每根吊杆的编号、长度、试验报告，检查吊杆数量及锚具是否与设计相同。完成对张拉设备进行校核标定。（3）吊杆的安装在系梁及拱肋施工时注意预埋吊杆预留孔、锚头钢筋及螺旋钢筋预埋件等。吊杆实际下料时，应在拱肋混凝土灌注完成后，精确测量上锚垫板顶面标高，并由设计单位根据施工过程中实测拱肋变位情况，修正有关计算参数，计入拱肋在桥面系恒载作用下竖向变位推算值影响后，确定实际下料长度。同时上锚头预留长度调整差50

15、mm。交由专业厂家下料并及时安装吊杆与锚具。 吊杆采用塔吊安装，对于靠近13#墩处的第一排吊杆，因为塔吊长度不足，该处两根吊杆采用汽车吊在路基坡脚处安装。吊杆的安装次序按照设计要求进行。在拱肋混凝土强度达到设计值要求，采用千斤顶在拱肋顶单端张拉，按设计顺序张拉至初始应力后锚固。1）梁下张拉端安装 采用塔吊将吊杆张拉端吊起，使张拉端锚杯高于梁面吊杆预留孔上端，对准梁面上待安装吊杆的管道，人工辅助使吊杆与预留孔同轴，落下钢丝绳直至吊杆张拉端锚杯伸出梁下锚垫板10cm左右。2）拱上锚头安装 在吊杆固定端1.5米处设置软质吊装绳，5t卷扬机钢丝绳利用原有的转向滑车与软质吊装绳相连，启动卷扬机向上吊起吊

16、杆，使固定端锚杯对准钢锚箱上的孔口位置让固定端锚杯进入钢锚箱内。 为了便于固定端锚杯顺利进入钢锚箱内，可在吊杆的固定端锚杯的下端设一溜绳，人工附助对位;同时在梁面高度处系一软绳,通过两人扭转使吊杆转动便于固定端就位.施工人员在拱上设置的操作平台上，将球绞垫圈套在进入锚箱内的固定端锚杯上，再把锚固螺母旋入锚杯上，随着卷扬机的提升直至把固定端螺母旋到锚杯的设计与实际修正过的位置。（4）吊杆张拉 先梁后拱法施工钢管混凝土拱桥时，在系梁施工后，先后经过钢管拱肋吊装合拢、钢管拱肋混凝土灌注、吊杆安装、桥面二次恒载等加载步骤。 吊杆安装张拉完成后，拆除系梁支架，进行桥面设备二次恒载等施工，桥面设备安装完成

17、后，应根据设计要求对吊杆预应力进行张拉调整，调整时必须按设计顺序对称进行，张拉力完毕及时做好保护罩，保证梁拱体系在施工过程中的受力平衡及成桥时吊杆应力符合设计要求。 安装时先将吊杆梁下张拉端基本放到设计高度，再将吊杆拱上固定端准确就位拧紧螺母。1)张拉机具的选定 根据本桥吊杆设计张拉力及对称张拉的要求，本着够用与轻巧的原则选取4台YDC650型穿心式千斤顶进行施工。2）张拉前准备工作 将张拉端的球型垫圈套在锚杯上，张拉端螺母旋到锚杯上；安装连接套、张拉撑脚与张拉千斤顶。3）吊杆张拉 待钢管拱内混凝土达到90%强度，且桥面支架拆除后方可进行吊杆张拉。张拉时按设计顺序同幅拱肋对称张拉，两侧交替进行

18、,张拉时采用4根吊杆同时张拉。 根据监控方下达的吊杆张拉施工控制指令进行张拉，保证同幅拱肋对称、分级张拉。张拉时分阶段进行，按设计张拉力的020%60%100%进行张拉。4）张拉力调整 全部吊杆张拉完一遍后，由检测单位对每根吊杆的实测应力进行分析，然后根据监控方下达的张拉力调整控制指令对吊杆张拉力进行调整，直到满足设计要求。5）配套附件的安装吊杆张拉力检测合格后，进行锚杯防护罩、减震器与防雨罩的安装。五、施工技术总结五、施工技术总结5.1系杆拱线性控制 在架设过程中，为确保主钢管拱线形符合理论期望值，我们主要采取以下措施： 、首先根据设计图纸认真计算拱肋的坐标，并在拱肋安装前在每节拱肋端头和中

19、部设置固定的测量控制点，控制点设在拱肋中线位置。建立测量控制网，施工放样及检查都采用全站仪进行，每架设一节段拱肋对全部控制点都要进行观测。此外，对拱座上标出观测拱座偏位的测点，每架设一片拱肋都要观测一次，取得施工过程中拱座的位移和对拱肋的标高的影响。拱肋轴线和标高误差都按1cm进行控制。 、采用在拱段之间接头处支垫钢板的方法，来实现拱段接头标高的调整。 、设置临时横撑固定拱肋。每架设一节拱肋，就利用钢管拱的横联钢管临时焊接固定左右拱肋，特别是在合拢段基肋端一定要设置临时横撑。 、选择合理焊接次序。在焊接拱肋接头外包板时，对称布置的焊缝，采用成双的焊工对称进行焊接，这样可使各焊缝所引起的变形相抵消；非对称焊缝可先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧，这样可使先焊的焊缝变形部分抵消。 、钢管拱对温度，特别是日照影响非常敏感。为了减少温度和日照对线形控制的影响，标高的测量包括合拢时间都安排在凌晨进行。5.2拱脚混凝土空洞 拱肋与系杆节点拱脚之钢筋构造