大倾角混凝土拱肋施工工法

大倾角混凝土拱肋施工工法前百随着科学技术的进步和社会需求的增长，越来越多造型优美、线型多样的市政拱桥出现，而在建造过程中，拱肋的施工成为全桥关键控制性工程。主拱拱肋轴线为悬链线，倾角达50°，加之拱肋投影位于河道中，支架基础受水流冲击影响大；在施工过程中不仅要考虑水流的影响，而且还要保证大倾角混凝土构件带来的支架抗倾覆稳定性问题及线型的美观问题。本施工方法同国内外常用拱肋施工方法相比，具有施工工艺简单，工期短，混凝土构件线型美观、支架稳定性好、材料用量小、经济合理等诸多优点。长风街跨汾河大桥桥梁全长505m，主桥为30+130+30m三跨中承式钢箱拱肋系杆拱桥。主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无铰拱，计算跨径130m,矢高35m,矢跨比1/3.714,拱轴系数m=1.756、k=1.163。主拱肋为钢混混合拱肋，桥面以上拱肋为钢结构，桥面以下拱肋为混凝土结构。拱肋外形呈六边型，钢拱肋采用箱型截面，为等截面，拱肋高2.8m，宽3.7m。主拱肋混凝土段为箱型变截面，拱肋高2.8m-3.8m,宽3.7m。工法特点在加工厂加工悬链线桁架片，运输至施工现场安装，工艺简单，施工方便。同以前的施工方法相比，不需要处理地基或增加地锚等辅助设施，节省大量材料。结合少支点支架技术，利用震埋技术打入钢管桩，钢管桩上设置楔形块，其上再架设桁架梁，结构受力稳定，梁底线型美观。桁架片下弦杆采用直线型，上弦杆采用拱肋线型，上弦杆与下弦杆之间用型钢连接形成桁架片，桁架片之间采用型钢连接形成桁架体系，该种方法解决了拱肋线型控制技术难题，又增强了架体抗倾覆能力。钢管桩桩顶横梁上采用钢板焊接成楔形体，内填充C50混凝土，增大了桁架片下弦杆与横梁的接触面，减小了桁架下弦杆受到的集中应力，保证了安全，同时作为一种卸荷装置，有利于后期支架的拆除。桁架预压在地面钢筋加工区域进行，在保证安全的同时，又能利用已有钢材，节省预压物资；结合千斤顶反力预压技术，能够准确的得到各项预压参数，保证了施工的安全，加快了施工进度。支架下部过水断面大，受水流冲击影响小，能够安全度汛。适用范围此工法适用于洪水高发区域中承式拱桥大倾角混凝土拱肋施工。工艺原理采用在厂房内加工焊接桁架片，桁架片上弦杆采用与拱肋下缘同曲线形状，下弦杆采用直线，以便于调整标高，桁架片每两片通过型材连接成整体，形成桁架系统，同时，在施工现场振埋钢管桩并焊接管桩间连接系，并安放桩顶横梁及楔形块，利用平板车将桁架运输至现场进行安装。桁架预压利用已有材料在地面上进行，再结合千斤顶反力预压技术对钢管桩进行加载，最终得到相关预压参数调整拱肋底模标高。5、施工工艺流程及操作要点施工工艺拱肋支架施工方法主要包括以下几道工序：施工准备（施工便道处理）、桁架加工，桁架预压，振埋钢管桩并架设桩顶横梁、焊接楔形块钢板并浇筑楔形块填充混凝土，、安装夯架，搭设分配梁并铺设底模，绑扎钢筋、安装侧模及顶模、浇筑混凝土。施工工艺流程图下图所示：施工准备焊接桁架加工胎干 钢管桩振理I 钢管桩反力预压I 钢管桩接长至标高I 安装桩顶横梁焊接桁架片并组装n ।焊接钢管桩桩间剪刀撑।焊接楔形垫梁钢板।浇筑填充混凝土桁架预压 焊接楔形垫梁吊装桁架调整标高铺设分配梁安装底模板绑扎钢筋并安装预应力束安装内模、、侧模及顶模浇筑混凝土预应力张拉图5.1-1：拱肋施工工艺流程图操作要点桁架加工桁架加工采用型钢分片制作，制作桁架单片临时操作平台，并在平台上放样，根据拱肋坐标控制桁架片上弦杆线型，下弦杆采用直线线型，上弦杆与下弦杆之间采用型钢连接，上弦杆采用液压千斤顶进行反向弯曲并固定于操作台上。桁架的制作重点在于焊接的质量控制，焊接过程要注意桁架上悬杆的变形，由于桁架在焊接过程中受热并在上弦杆弯应力的作用下容易发生变形。桁架单片制作应在操作平台上焊接限位块，固定好上下弦杆并将弦杆之间的连接依次摆放好后先进行单面焊接，待焊接完成后利用吊机将桁架翻转再焊接另一侧。桁架片焊接完成后每两片进行组装焊接，形成桁架系统。

楔形块制作与安装楔形块采用8mm厚钢板焊接在桩顶横梁上，形成三角结构，楔形块角度应保证与桁架下弦杆角度相同，以增大桁架下弦杆受力面积，防止集中应力过大发生破坏。楔形块内填充C50混凝土，混凝土应充分振捣。楔形块安装应重点控制标高和角度，并且能够易于拆卸以方便后期支架的拆除。钢管桩反力预压及桁架预压由于主拱肋倾角大，且荷载集中，在支架搭设完成后预压困难，码放砂袋高度太高，稳定性差，所以采用钢管桩反力预压和桁架梁在搭设前进行预压。钢管桩反力预压：钢管桩反力预压采用液压千斤顶并利用临近两根钢管桩作为反力桩，桩间设置扁担梁进行预压，预压采用分级加载，加载全过程监控，并得到弹性变形值和非弹性变形值。3-反力机1-横梁三二J3-反力机1-横梁三二J图5.2-1钢管桩反力预压示意图桁架预压：桁架预压采用在加工厂预压，首先需要在钢管桩桩顶横梁与桁架接触的位置设置相同的垫梁，然后将桁架吊装在垫梁上，并在桁架上方铺设分配梁，分配梁间距应与实际分配梁间距相同。施加荷载应分级加载，加载全过程进行监控，并得到弹性变形值和非弹性变形值。以在桁架下方设置与钢管桩横梁相同的支座系统

图5.2-2桁架预压实物图利用上述两次预压过程中的弹性变形值和非弹性变形值进行调整拱肋底模标高。桁架安装桁架安装采用汽车吊整体吊装，吊装前应调整好钢管桩桩顶横梁标高，由于钢管桩在振埋过程中误差较大，横向钢管桩存在偏差，横梁架设后再安装桁架会形成桁架中间挑起，进而造成桁架上弦杆所有标高误差过大，所以在桁架安装过程中宜先在安装前先控制好两端横梁标高，待桁架安装好后再调整中间横梁标高。在铺设底模的同时应复测底模板标高，底模标高控制以2m一点进行控制，如下图所示：5

控制点编号示意图控制点设计标高表口足5口足5控制点编号1a2a3a4a5a6a设计标高22.15924.41626.58728.57330.51131.565成桥阶段混凝土拱圈累计变形结合施工阶段计算结果，混凝土拱肋立模标高如下表所示:控制点立模标高表控制点编号1a2a3a4a5a6a设计标高（m）22,15924,41626,58728,57330,51131,565累计变形（mm）-5.329-7.426-8.708-10,355-11,899-12,636立模标高（m）22,16424,42426,59628,58430,52331,578注：Hi=H0+2fi,其中H0为计算点设计标高，fi为该施工阶段后各阶段对该点的挠度影响值。（本计算未考虑支架的弹性变形）5.2.5混凝土施工由于拱肋支架的拆除需要在桥梁力系转换后才能完成，导致拱肋底模无法周转，所以底模采用木模，侧模和顶模采用定制钢模。顶模安装采用隔仓安装方法，即相邻两块顶模先安装一块，待混凝土浇筑至相应高度后再安装另一块，方便混凝土的浇筑和振捣。4、设备和材料施工机械型号数量备注汽车吊25T1台电焊机BX-4008台氧气切割机4台发电机300kw2台平板运输车15T1台汽车泵140m3/h2台材料一览表6钢管桩630*10mm若干型钢若干钢板8mm若干5、质量控制本工法施工执行《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50—2011和《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。混凝土拱肋施工必须建立完善的质量保障体系，责任到人，成立质量检查机构，形成工程技术、质检、试验、测量四位一体的质量保证体系，严格施工过程中的质量控制。桁架制作及拱肋施工以现场质检和测量进行工序质量检查为主，质检工程师按20%频率不定期的抽查每道工序的质量，抽查不合格，返工并加倍抽查频率。制定严密的劳动组织，明确分工，责任到人，严格交接班制度，对桁架片焊接、桁架安装、底模标高复测、混凝土施工等各道工序分别进行全面的技术交底。桁架的焊接工序是至关重要的，所有钢结构的焊接，都必须经专业工程师及相关质检人员检验合格后，方可进行下道工序。参加该项电焊工作的电焊工应编号，对自己的电焊质量要负直接责任，焊完后，焊工应在自己的焊接范围内进行自检，写上编号，还要值班人员、专职检查人员、三级检查，并填写检查表格。6、安全措施加强全员安全教育，树立安全第一思想，建立健全各项安全生产的规章和管理制度。各种机械设备均由专人持证上岗操作，使用前由专职人员检查、试运转。特殊工种要严格管理，做到持证上岗。做好安全技术交底制度，制定针对性的安全技术方案及措施，并认真进行，使施工人员熟悉安全措施以增强自我保护意识。现场临时用电必须按安全规定进行布置线路，严禁乱拖乱拉。经常对施工现场用电设备进行安全检查，定期测试漏电开关机接地电阻，发现问题及时改，围堰制造加工厂及拼装现场，必须具有消防水泵、砂箱、消防水桶、灭火机等防火设施。对氧气瓶和乙快瓶保管、存放、运输和使用严格按照操作规程执行。在进行钢吊箱下放的操作时，涉及高空作业人员必须佩带安全带、救生衣等防护设施。制定防台风、防潮汛、防龙卷风应急预案。成立突发事故领导小组，在遭遇强台风、大潮汛、龙卷风袭击时，负责组织所有员工进行救助及采取相应的紧急措施，避免和减少损失，确保员工生命安全。7、环保措施水域环境污染防治措施施工前作好临时加工厂、施工场地的布置和临时排水设施，保证生活污水、生产废水不污染水源、不堵塞既有排水设施。施工材料如油料、化学品不得堆放在地表水体附近，并应备有临时遮挡的帆布。大气污染防治措施选用符合国家卫生防护标准的施工机械设备和运输工具，确保其废气排放符合国家有关标准。项目部向施工作业人员发放口罩等劳保用品，保证施工施工作业人员的安全。噪声污染防治措施选用符合环保标准的施工机械。定期对施工机械进行保养，保障机械的正常运转，减小施工作业分贝。施工现场场界噪音白天＜75分贝，夜间施工现场场界噪音＜55分贝。施工工地节约用水、用电管理工地水、电管理必须按照生活、生产分开计量的原则，合理布局。制定节约用水、用电措施和制度，杜绝长流水、长明灯现象。优先选用节能型的现场照明灯具，并合理布置，及时开关，在满足施工场界范围内照明需要的同时，有效节约电能。8、效益分析采用已有材料自行设计桁架，节省材料28t,节约费用28tx4000元/t=11.2万元；与常规方案（满堂支架）相比，减少地基处理工序，减少垫尻30混凝±90m3,山皮石180立方米，按照人工、材料、机械综合费用计算，节约费用90m3X780元/m3+180m3X120元/m3=9.18万元。利用在地面预压和反力预压的方式，节省预压材料沙袋投入量 385m3X80元/m3=3.08万。采用钢管桩振埋基础，有利于增大河道过水断面，降低洪水对支架的冲击力，保证了台洪水冲期的施工安全。采用千斤顶反力预压和桁架在地面上预压的方式，解决了预压荷载布置困难，有效的保障了施工安全，大大的提高了施工进度，缩短工期。由于不再进行对地基处理，减少了对原有河床的扰动，有利于保护生态环境。大倾角拱肋施工，特别要考虑支架的抗倾覆力，采用钢管桩加桁架系统，有效的解决了该问题，施工可靠性高，技术风险小，便于在以后该类型的拱肋施工中推广。9、应用实例华夏建筑承建的山西省寿光市长风街跨汾河大桥工程，含汾河大桥一座，主桥为30+130+30m三跨中承式钢箱拱肋系杆拱桥，两根拱肋均设在桥宽外侧。主桥上部结构由主拱拱肋、边拱拱肋、钢箱主梁、柔性吊杆及系杆索组成。采用三跨中承式无较拱，主拱拱轴线为悬链线，边拱拱轴线为斜直线；主梁为三跨连续钢箱梁。主拱拱肋采用中承式双肋悬链线无铰拱，计算跨径130m,矢高35m,矢跨比1/3.714,拱轴系数m=1.756、k=1.163。主拱肋为钢混混合拱肋，桥面以上拱肋为钢结