桥梁工程钢管混凝土系杆拱施工

PAGEPAGE21桥梁工程钢管混凝土系杆拱施工湖南省通盛工程程有限公司袁智慧[摘要]:本文文详述了琼州州大桥钢管混混凝土系杆拱拱桥的施工工工艺，可供同同类大桥施工工时借鉴和参参考。关键词:钢管拱拱分段钢管拱肋安安装预埋拱脚边拱次边拱顶拱管内混凝土土灌注吊杆张拉一、琼州大桥工工程概况琼州大桥主桥为为5跨钢管混凝凝土系杆拱结结构，墩中距距分别为88、98、108、98、88m，相应的净净跨径分别为为79、88、98、88、79m。拱肋为等等截面的钢管管混凝土结构构，钢管混凝凝土拱肋截面面为亚铃形。拱拱壁厚度：拱拱脚段为16mm，其余为14mm,包括风风撑在内，采采用Q345D钢板在工厂厂卷制焊接成成钢管，煨弯弯成设计的拱拱形，现场拼拼装成拱。本本文全面介绍绍钢管系杆拱拱桥施工工艺艺，从中总结结经验以期进进一步提高施施工技艺。琼州大桥钢管拱拱分段1、钢管拱基本本技术数据琼州大桥桥系杆拱，设设计分3种跨径。虽虽然跨径不同同，但是，各各跨拱轴线都都是二次抛物物线，净矢跨跨比都是f//L=1/44.5。抛物线方方程：y=ff-4(ff+Δf)X/LL2拱轴线切线角：：tgα=8(f++Δf)X/LL2式中：f—矢高高，跨径108m的矢高跨径108m的的计算矢高为为2218..2cm、净矢高2117..7cm、拱顶缘矢高2357..7cm；跨径98m的计计算矢高为2006..5cm、净矢高1955..6cm、拱顶缘矢高2195..6cm；跨径88m的计计算矢高为1812..9cm、净矢高1755..6cm、拱顶缘矢高1995..6cm。琼州大桥系杆拱拱主拱圈采取取少支架现场场拼装成拱。拱拱肋在工厂卷卷焊成管、煨煨弯成拱，按按照施工设计计图要求分段段制作。5孔钢管系杆拱拱，分成3种不同跨径径，矢跨比为为f/L=1//4.5。计算矢高高：孔径1008m的矢高为2218..2cm；98m的矢高为2006.5cm,888m的矢高高为18122.9cm。相应的孔孔径的安装预预留拱度，分分别为10、9、8cm。2、拱肋安装分分段施工设计计图规定，各各孔径钢管拱拱，每孔的拱拱肋皆分为7段现场拼装装，拱脚预埋埋段与预应力力系梁和端横横梁浇注在一一起，构筑成成固结结构，是是钢管混凝土土系杆拱桥的的关键部位。其其余5段采用少支支架现场拼装装。三、系杆拱桥安安装方法系杆拱桥受力力特点：既有有梁桥的特征征，也有拱桥桥的优势，因因此，能跨越越较大的跨径径。钢管混凝凝土系杆拱桥桥构造特征是是：拱肋是由由钢管和混凝凝土组成；一一般先架设钢钢管，然后，灌灌注混凝土，最最后形成钢管管混凝土拱。钢钢管混凝土系系杆拱桥施工工大致分为两两种主要类型型：1、第一类施工工方法在桥梁墩台上，将将拱脚预埋段段拱肋与端横横梁和系梁端端部节段浇注在一起，构筑筑成固结结构构；采取支架施工，安安装钢管拱肋肋，拼装成钢钢管拱；视墩台抵抗水平平力的能力，在在两拱脚之间间张拉无粘结结力的钢绞线，平衡钢管混混凝土拱肋产产生的水平力力；调整好立面位置置，即可灌注注钢管内混凝凝土；安装吊杆、吊杆杆横梁；张拉拉吊杆；以吊杆横梁为支支承，现场浇浇注系梁，张张拉预应力钢钢束、卸架，最后安装桥面板板。该种施施工方法，简简单称为先拱拱后梁法。其其特点：省浇浇注系梁的支支架，吊杆与与系梁上、下下位置极易对对齐，保持垂垂直。2、第二类施工工方法（1）在桥梁墩墩台上，将拱拱脚预埋段拱拱肋与端横梁梁和系梁端部部节段浇注在一起，构筑筑成固结结构构；（2）搭搭设系梁支架架，构筑平台台，预压支架架，支立模板板，浇注预应应力系梁混凝凝土；（3）安安装横梁；（4）张张拉系梁预应应力钢束；（5）在在系梁上支立立少支架，拼拼装钢管拱；；（6）向向钢管内压注注混凝土；（7）安安装吊杆，下下端锚固横梁梁，张拉吊杆杆，卸架；安装桥面板。该种施施工方法，简简单地称为先先梁后拱法。其其特点：施工工安全度大，支支立少量支架架，拼装钢管管拱。但是，吊吊杆与横梁上上、下难以垂垂直对齐。此外，还还有转体安装装法，或整体体吊装安装。琼州大桥桥钢管混凝土土系杆拱桥，采采用第二类施施工方法，先先梁后拱安装装方法。即先先搭设系梁支支架，构筑系系梁平台，支支立系梁模板板，浇注系梁梁混凝土，安安装吊杆横梁梁，初步张拉拉系梁预应力力钢束。待系系梁混凝土达达到设计强度度后，始安装装钢管拱肋。1、拱肋肋上、下缘纵纵坐标琼州大桥桥钢管拱桥，虽虽然其拱轴线线为二次抛物物线，但是因因为截面为等等截面压力哑哑铃形，其上上、下缘已不不是二次抛物物线，而是两两条不同的高高次抛物线。但但是计算起来来繁杂，我们们采用AutoCCAD20000绘图软软件，取步距距为1mm,成功的绘制制出钢管拱上上、下缘曲线线，实现电脑脑放样，轻松松的到钢管拱拱任意处的上上、下缘坐标标，以达到制制造和控制钢钢管安装质量量（图1）。图1跨径108m系杆拱桥构构造（尺寸单单位：cm）图中：a为吊吊杆间距，跨跨径108m的吊杆间距705cm；跨径98m的吊杆间距682cm；跨径88m的吊杆间距664cmm2、系杆杆拱桥钢管拱拱安装顺序琼州大桥5孔系系杆拱桥，先先从海口166—17号墩之间间的桥孔安装装，搭设支架架，浇注系梁梁，依此浇注注15—16孔，18—19孔,19—20孔,17—18孔。相应应的钢管拱安安装顺序，与与上相同。3、钢管拱安装装程序（1）拼装装缆索吊装塔塔架在钢管拱拱拼装之前，在在引桥14号墩和23号墩上搭设设缆索塔架，架架设吊缆，完完成缆索吊设设备，按吊杆杆横梁最大吊吊重300kN试吊观观测、测量、控控制，保证吊吊装作业顺利利进行；（2）预埋埋钢管拱拱脚脚支立墩顶顶横梁和系梁梁端部模板，安安装拱脚预埋埋段钢管拱肋肋，并用工字字钢、槽钢作作支撑，稳固固拱脚预埋段段，并通过精精确测量，控控制拱脚坐标标符合设计位位置；在混凝凝土浇筑过程程中，仔细进进行监控，防防止在浇注混混凝土过程中中发生位移；；（3）利用用系杆中预埋埋铁板，用万万能杆件配合合槽钢在系杆杆梁上搭设简简易支架，支支承钢管拱肋肋拼装的接头头，见图2。用全站仪仪对接头位置置定位定位和和测量检验，控控制接头位置置的坐标高程程。图2系梁上的的简易支架尺尺寸单位：ccm完成上述述准备工作，着着手安装钢管管拱肋，按先先边段、次边边段、中间段段次序吊装，镙镙栓接头。在吊装过过程中，同时时进行监控，观观测钢管拱肋肋中线位置和和接头高程。测测量监控如付付图所示，具具体步骤如下下：吊装边段拱时，以以已测知坐标标及高程的三三点A，B，D重合边段拱拱拱身上的对对应点A`，B`，D`来调整拱身身，并且在稳稳定桩O上架立全站站仪测出C点的坐标高高程对应理论论数值来验查查，然后用千千斤顶调整预预拱度。同理，以C，DD，F为吊装基本本位置点，以以E点为测量点点，监控次边边拱，再调出出预拱度。在吊装顶拱时，以以两个接头的的四个点控制制检验。（4）边段拱肋肋就位用缆索吊装设施施，将边段钢钢管拱肋吊运运至安装孔，通通过设置在墩墩顶横梁上的的卷扬机，再再将拱肋横移移至安装位置置，徐徐松驰驰起重索，使使边段拱肋下下端与拱脚预预埋段管端头头对接，临时时用镙栓连接接。注意，此此时，镙栓不不要拧的太紧紧。边段钢管管拱肋另一端端落在支架上上（接头1）。用经纬纬仪调整钢管管拱肋中线，使使其左右偏差差不大于0.5～1cm，且用水水准仪调整上上端头接头处处标高，使接接头比设计高高程抬高5～10cm左右，最最后松摘吊点点，将边段拱拱肋完全落于于千斤顶的支支架上。同一孔一边两个个边段拱肋安安装完成后，在在安装次边段段前，应当反反复核对接头头高程。然后后再进行对应应边拱安装。（5）次次边段拱肋就就位重复上前述程序序，次边段拱拱肋横移至安安装位置，慢慢松起重索，与与边段拱肋端端头对接，用用临时镙镙栓栓连接，也不不能太紧，另另一端落于支支架上（接头头2），用经纬纬仪调整拱肋肋中线，使其其偏差不大于于0.5～1cm，并用水水准仪观测上上端接头，用用500kN的千斤顶顶，调整接头头3的标高，将将上端接头处处预抬高10～20cm，即为接头2的预加高度度的2倍，最后松松摘吊点，使使次边段拱肋肋完全落在支支架3上。拱顶段拱肋安装装重复前述程序，将将顶端拱肋吊吊装到安装孔孔。就位钢管管拱肋合拢。拱肋合拢是钢管管拱肋安装作作业中的关键键工序。为使使钢管拱肋位位置符合设计要求，保证证安装质量，必必须用两部水水准仪，同时时观测4个接头（支支架3）标高，并并用经纬仪观观测两条拱肋肋的中线。程程序如下：=1\*GB3①慢松起重索索，同时控制制住拱肋两端端标高，当降降至比设计高高出1～3cm时，停止止松起重索；；=2\*GB3②按先降边段拱拱肋，后次边边段拱肋顺序序，两侧接头头处均匀下降降，反复循环环至与拱顶接接头合拢；=3\*GB3③用镙栓临时时连接拱顶接接头；=4\*GB3④依次降边段段、次边段拱拱肋起重索，使使各接头处标标高符合要求求；=5\*GB3⑤调整拱肋中中线位置，符符合设计要求求后便固定；；=6\*GB3⑥拧紧镙栓，并并用薄钢板嵌嵌塞缝隙；=7\*GB3⑦电焊各接头头部件。（8）安装装风撑当一孔钢钢管拱肋安装装完毕，位置置调整得符合合设计要求后后，用缆索吊吊安装风撑，安安装就位，使使整孔钢管拱拱成为一个空空间稳定结构构。（9）卸架架成拱=1\*GB3①卸架成拱次次序，先降边边段拱肋，然然后降次边段段拱肋，两条条拱肋两边对对称、均匀卸卸架，每次下下降高度不超超过1cm；=2\*GB3②在卸架过程程中，同时观观测各接头点点标高，拱顶顶及1/8跨截面标高高，并随时进进行调整。同时，考虑海口口地区温度特特点，为保证证合拢时温度度要求，将合合拢时间安排排在凉爽的傍傍晚进行。钢管混凝土施工工工艺1、混凝土配合合比设计⑴拱圈混凝土土材料水泥：425号号普通硅酸盐盐水泥，广西西柳州通峰水水泥股份有限限公司生产，各项指标均符合合现行国家标标准。砂：海口南渡渡江中上游河河砂，中砂，视视比重γ=2.6112，含泥量1.5%，平均吸水率1..19%。碎石：海口永安安军企石场生生产的碎石，粒粒径范围5—25毫米，平均均含泥量0.6%，平平均吸水率1.55%。掺和剂：海口口马村电场=1\*ROMANII级粉煤灰。外加剂：江西西武冠WG—HEA混凝土防水水剂。⑵拱圈混凝土土配合比设计计原则①配制的混凝土土抗压强度，满满足C40号混凝土的的技术要求，比比设计标号，高出一个等等级，即C50号；②水灰比应当小小于或等于0.35，坍落度宜宜在12—18厘米；③混凝土和易性性及初凝时间间，应满足每每孔管道的压压注完毕后，仍仍有良好的和易性，为为此掺加WG—HEA防水剂，目目的改善混凝凝土的和易性性，减少用水水量，水化时时生成微细颗颗粒，填充混混凝土中孔隙隙，使管内混混凝土更加密密实。⑶拱圈混凝土配配合比设计拱圈混凝土设计计标号为C50号，坍落度18—20厘米，适应应钢管混凝土土灌注。经过设计、实实验，确定出出混凝土配合合比，见表1。琼桥钢管拱内压压注混凝土配配合比表1混凝土中各种材材料用量kg/m3水水泥砂石掺合剂外加剂水灰比砂率%抗压强度MPa189470744102727430.3542728重量配合比例kg0.40:1::1.5833:2.1885:0.0057:0..090.354244.757.62、钢管拱压注注施工注随着工业化水水平的不断提提高，钢管拱拱圈混凝土浇浇注方法，通通常都采用泵送顶升压法，从从拱脚一次对对称浇注至拱拱顶。当压注注高、泵送距距离远时，也也可采取分级级泵送。比较较成熟的工艺艺流程是：准准备工作——压注管内混混凝土——关闭压注口口处闸阀、稳稳压——拆除闸阀，完完成压注。（1）压注前准准备工作①安装高压泵，敷敷设泵送管道道琼桥泵送最远距距离100米，最近距距离5米，压送最最大高程45米。钢管拱拱肋的拱脚处处，在上下钢钢管上，分别别设置设置一一个混凝土进进料导管，露露出系杆顶面面30厘米，顶口口处设置法兰兰盘接头和插插板，与输送送泵管道相接接；塞钢管内内法兰盘间缝缝隙；②在灌注混凝土土前进方向上上，每隔30米处设一个个排气孔，能能使管内的空空气排出；在在距离拱顶截截面30厘米处，两两边对称各设设一个排孔，分分别排除拱顶顶截面两边的的被压缩的空空气，以使混混凝土能够顺顺利的灌注满满拱肋；③在钢管上，每每隔3.00米，设置一一部固定附着着振捣器备用用，便于浇注注边灌边振，保保证混凝土密密实；④在灌注前，先先注入清水清清洗，不得留留有油污、锈锈蚀物；⑤精心布置，做做好人员配置置，明确各自自的工作岗位位和职责。为为保证混凝土土泵输送成功功，在开始浇浇注前，应按按实际距离和和高度，进行行泵送和压注注模拟试验，检检查设备运转转是否正常，也也使每个工作作人员做到心心中有数，确确保准工作无无误，使压注注作业顺利进进行。(2)压注钢钢管混凝土方方法在灌注钢管混凝凝土时，先灌灌注拱圈下钢钢管混凝土，采采取顶升法灌灌注，从两拱拱脚向拱顶压压注。灌注混混凝土的速度度，拱顶两边边的压注速度度要匀速、对对称，采取慢慢速抵压的方方式，两端混混凝土顶面高高差不大于1米。当压注注的混凝土顶顶面，接近拱拱顶截面时，要要避免出现一一边压注过快快现象，绝对对避免越过拱拱顶截面，引引起钢管骨架架纵向振动而而失稳。压注注工作业要一一次完成拱圈圈下环混凝土土的压注，然然后用插板堵堵死送料开口口，防止混凝凝土外溢。待待下环混凝土土强度达到设设计强度的80%，再采用同同样方法，灌灌注拱圈上横横撑钢管内混混凝土，直至至钢管拱圈形形成。在压注作业过程程中，应派实实验人员在拌拌和站监督、检检查配合比是是否按设计的的规定作业，外外加剂使用的的是否得当，坍坍落度是否符符合要求。工工程技术人员员应在现场监监测拱座的位位移，发现不不正常情况，及及时反馈信息息，采取适当当措施。(3)钢管混混凝土压注的的技术措施压注压注作业正正式实施前，应应先泵入水泥泥浆进行观测测，是否有异异常现象，一切正常后再连连续泵入混凝凝土。压注钢管灌注时时，环境气温温应不低于5°C；当环境气气温高于40°C时，钢管内温度高于660C时，应采取取措施降低温温度，或选择择应考虑在天天气凉爽时灌灌注。四、钢管混凝土土质量检测按照《公路工程程质量检验评评定标准》（JTJ0771—94）的规定，应应对钢管混凝凝土浇注质量量进行检测，其其检测项目，见见表2。钢管拱肋混凝土土浇注质量实实测项目表2项次检查项目规定值或允许值值检查方法和频率率1混凝土强度(MMPa)在合格标准内按JTJ0711—98的附录D检查2混凝土填充度≥98%在拱顶、L/443轴线横向偏移(mm)拱顶1/5000用经纬仪检查L/41/60004拱顶、拱脚及接接头高程(mm)+20，-0用水准仪检查表2中的第1项项检测项目，钢钢管内的混凝凝土强度，通通常是严格控控制通过实验确定的混凝凝土配合比，按按规定规定预预留的混凝土土试块，作事事后检测。表2中的的3、4项检测项目目，通常用仪仪器观测确定定。表2中的的第2项检测项目目，《公路桥桥涵施工技术术规范》（JTJ0441—2000）规定，应应以超声波检检测为主，人人工敲击为辅辅。在钢管混混凝土施工中中，时常出现现的缺陷有以以下几种：（1）空腔腔由于在灌注注过程中，拱拱肋内排气不不良，或灌注注间断而残留留在混凝土内的空气气造成的；（2）收缩缩缝由于混凝凝土的水灰比比过大，水泥泥用量过高，微微胀量不足造造成的；（3）混凝土与与管壁粘结不不良由管内壁壁锈造成的；；（4）混凝土土离析由混凝土配配料不佳，骨骨料堆积或采采取抛投灌注注造成的；（5）混凝土不不密实由于泵泵力不足，或或灌注速度过过快造成的。混凝土灌注程序序和注意事项项：（1）先灌灌注下环钢管管拱肋混凝土土，待下环混混凝土达到设设计强度90％以上，才才能用同样方方法浇上环钢钢管拱肋。（2）泵送送混凝土时，钢钢管拱肋两边边泵送速度应应协调一致，对对称顶升，特特别是接近拱拱顶时，要避避免上升过快快，切忌避免免任一边混凝凝土超过拱顶顶。以免引起起钢管拱肋纵纵向振动：（3）灌注注混凝土时，要要对拱轴线变变形进行观测测，用经纬仪仪测量横向偏偏位，用水准准仪对1/4跨、1/8跨及拱顶各各点进行观测测。灌注钢管管内混凝土要要注意：严格控制混泥土土拌送过程，保保证一次性升升顶成功。浇筑过程中应时时刻敲击测定定混泥土容量量。对于混泥土散热热，应及时养养生保护。吊杆安装张拉钢管内的混凝土土达到设计强强度后，开始始安装吊杆，并并张拉，左右右拱圈吊杆同同步作业。1、吊杆张拉（1）吊杆杆第一次张拉拉，使系梁脱脱离模板支架架；以跨径108m为例，各个个吊杆张拉数数值，见表3。（注：由由海口至琼山山方向编号1—7）单位：KN跨径108m为为例吊杆第一一次张拉数值值表3吊杆标号3号6号4号1号5号7号2号张拉数值820800780780780780780（2）吊吊杆第二次张张拉，使桥面面达到高程；；各个吊杆张张拉数值，见见表4。跨径108m为例吊杆第第二次张拉数数值表4吊杆标号3号6号4号1号5号7号2号张拉数值980960950950950950950（33）吊杆第三三次张拉，使使使系梁达到到高程要求；；各个吊杆张张拉数值，见见表5。每次张拉拉都以吊杆中中线（即横隔隔板中线）为