拼装式系杆钢拱架法现浇拱桥施工工法

1拼装式系杆钢拱架法现浇拱桥施工工法1、前言对于跨越河流的拱桥施工，钢拱架施工方法优势尤为明显，无需搭设中间支墩，可避免洪水、潮水和通航对支架的安全影响。目前国内外钢拱架主要根据具体桥型专门在工厂预制加工的特制钢拱架，此种钢拱架只适合特定一种结构形式的主拱圈，施工完毕后钢拱架基本不能周转使用，造成极大的资源浪费。而采用贝雷片与自制异型连接件、水平拉杆组合的贝雷钢拱架具有操作灵活，施工速度快，适用于多种跨径拱桥施工，贝雷片可以多次周转使用等特点。中交二公局第六工程有限公司承建的伊犁河大桥为12m+9×31.74m+12m九跨空腹式钢筋混凝土板拱桥，拱板等截面厚度0.7m，横桥向宽度26m，采用悬链线拱轴线，拱轴系数取1.5，净跨径30m，净高5.0m，矢跨比1/6。伊犁河大桥主拱圈采用自制异形连接件、水平拉杆及常用的标准贝雷片拼装钢拱架，拆装快捷、节省材料、节约成本；钢拱架横向宽度可变，同时可通过更换少量钢构件几何尺寸（即改变异形连接件规格）实现对跨径的调节，适用性强，承重能力好，安全性能高。施工工艺和所用施工机械简单，简便易行，易于掌握，有明显的社会效益和经济效益，便于推广。2、工法特点2.0.1采用拼装式系杆钢拱架现浇拱桥施工，钢拱架组拼、安装快捷，相邻跨径施工时可分组周转利用，节省大量拆装工序，缩短工期。2.0.2该工法通过加工少量异形连接件将标准贝雷片拼装成钢拱架，贝雷片可周转利用，节省了大量钢材，节约成本，经济效益十分明显。2.0.3与常规的满堂支架施工相比，防止了水土流失，该工法将对河流的污染降至最低，具有较好的社会效益。2.0.4该工法可通过控制异形连接件的长度，实现钢拱架线型的变化，适用于多种跨径拱桥施工，横向可变宽，适用性强，且承重能力强，安全性能好，推广前景良好。3、适用范围本工法主要适用于单孔跨径不大于50m的各种形式的单孔或多孔拱桥的主拱圈施工，特别适用于跨越河流、沟谷等不良地形情况下的现浇混凝土主拱圈施工。当项目工期比较紧、对环保要求高，且项目有大量贝雷片等周转材料时，采用本工法施工主拱圈优势会更加显著。24、工艺原理拱桥主拱圈施工采用拼装式钢拱架法施工，钢拱架创新使用由贝雷片、特制异形连接件、特制拱脚、精轧螺纹钢水平拉杆等组成的弓弦形系杆结构。节段间下弦杆通过贝雷销直接连接，上弦杆采用特制异形连接件和贝雷销连接，拼装钢拱架时用销轴将下弦连接起来，贝雷片可绕销轴作微小转动，形成拱形以满足钢拱架线形需要。采用贝雷片、特制异形件及水平拉杆在混凝土硬化场地拼装每榀钢拱架；每两榀用贝雷支撑架横向连接组成1组，分组吊装钢拱架并横移到位；通过调整标高，固定并张拉钢拱架水平拉杆；利用钢拱架作为支架，在其上立模并遵循纵向、横向对称、均衡的原则进行拱圈混凝土浇筑；利用拱座千斤顶实现钢拱架与主拱圈的安全分离；通过自制的横移装置做平移横道，拖动横移装置带动钢拱架整体横移；两榀一组分解钢拱架并吊装至下一跨主拱圈施工，减少钢拱架各节段间的拆、装工序，实现拱架的多次利用。4.1钢拱架设计钢拱架主要由拱脚节段、标准节段、异形连接件、拉杆等组成，钢拱架横向共32榀，横向连接采用90型贝雷支撑架，顺桥向共有拱脚节段2联、标准节段9联，钢拱架底部每两榀拱架间安装纵向水平Ф32mm精轧螺纹钢拉杆，每跨16根。钢拱架标准节段采用321型标准贝雷片，上下弦为阴阳铰接头结构形式。拼装钢拱架时用销轴将下弦连接起来，贝雷片可绕销轴作微小转动，形成拱形以满足钢拱架线形需要。钢拱架拱脚结构（5#、6#）断面根据受力情况进行优化，下弦杆加强采用2[20a槽钢，材质为锰钢。上下弦后端为阴阳铰接头结构形式。拱脚节段其余结构材料与钢拱架标准节段材料一致。图4.1-1钢拱架异形连接件构造图图4.1-2钢拱架拱脚节段构造图图4.1-3钢拱架构造图4.2钢拱架拱座钢拱架拱座是用来支承现浇施工荷载（含支架荷载）的临时拱座。每拱座在承台顶部横桥向预埋8块Φ1000×1000×20mm钢板，立柱采用Φ630×10mm螺旋管焊接在预埋好的钢板上，立柱之间采用[14槽钢焊接成剪刀撑，加强横向稳定性。螺旋管立柱顶安装三拼I40a工字钢作为承重梁，承重梁与钢管立柱加焊牛腿，墩身两侧的承重梁之间焊制顶撑工字钢，使之成为整体。在每立柱对应的平面位置，安装千斤顶，用以精确调整拱架标高，在分配梁上焊接双拼I20a工字钢钢性支撑。在千斤顶、钢性支撑上安装双拼I36a工字钢作为分配梁，并调整好标高后在分配梁上安装钢拱架，拱架就位后用[8槽钢焊成小龙门以固定拱架，防止移动。钢拱架吊装前，安装分配梁、拱脚节段的刚性支撑。利用墩身施工预留的Ф16精轧螺纹拉杆在墩身每侧固定[20a槽钢，分配梁与[20a槽钢之间采用12#工字钢支撑并焊接牢固。每榀拱脚节段下4各组间连接、精调并固定各组间连接、精调并固定弦杆与墩身预埋钢板之间同样采用12#工字钢设置刚性支撑。图4.2-1钢拱架拱座结构示意图5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程主拱圈施工工艺流程见图5.1-1。准备工作拱座、拱架座施工钢拱架后场拼装分组转运并吊装钢拱架分组横移水平拉杆张拉钢拱架预压、验收主拱圈施工钢拱架卸架、横移，分组拆架下一联主拱圈施工图5.1-1主拱圈施工工艺流程图55.2操作要点5.2.1钢拱架拼装钢拱架拼装分后场拼装区拼装和现场安装两部分，安装前，首先在后场进行钢拱架的预拼，然后采用履带吊运至现场安装。钢拱架横桥向2榀为一组，平卧拼装——起吊竖立——安装拉杆。在硬化场地上，预先按拱轴悬链线线形水平放出1:1大样，确定出每片贝雷片的具体位置和旋转角度，做出定位卡形成拼装胎架，使贝雷片快速定位方便连接，拼装时先从拱架一端拱脚向另一端拱脚方向拼装。为使钢拱架线型与设计主拱圈悬链线线型吻合，上弦杆之间加特制异形连接杆件，以控制拱架线型，标准节段间下弦用贝雷销直接进行联结，逐节拼装完毕，拼装好一榀拱架后在拼装好的拱架上安装90cm的贝雷支撑架，然后再拼装另外一榀，两榀组成一组，然后用50吨履带吊起吊、转向，使平卧的拱架竖立，然后安装精轧螺纹钢及横向双拼I12a工字钢，用以锚固精轧螺纹钢拉杆。图5.2-1钢拱架拼装由于桥梁横向宽度较大，起吊设备无法将钢拱架直接吊装至设计位置最远端，两榀拱架拼成一组，用履带吊吊装至钢拱架平移装置上，一次吊装4组即8榀钢拱架，各组间横向采用支撑架联结，上下游各设置4组临时缆风绳。保证钢拱架横向稳定性，还可供调整轴线位置使用。图5.2-2钢拱架吊装6钢拱架平移：平移装置力求简便实用，采用Ф20mm滚轴、Ф40mm滚轮及12#工字钢托板组成的滑车。滚轴嵌入工字钢内5mm并固结，滑车长度为6.5m（8榀拱架宽度为6.3m），滚轮横桥向间距0.9m。滚轴两端设置限位装置，防止平移方向偏离。平移时采用5t手拉葫芦拉动滑车托板行进。图5.2-3钢拱架平移装置示意图图5.2-4钢拱架平移装置拱架每8榀平移一次，平移前在平移滑道末端设置滑车挡块，使滑车一次到位同时确保安全；平移过程中，下游缆风绳随钢拱架移动同步收紧，上游缆风绳同步释放；两拱脚滑车下游手拉葫芦同步匀速拉动，上游手拉葫芦同步匀速释放。图5.2-5钢拱架平移钢拱架平移至设计位置后，利用千斤顶撤掉平移装置，精调钢拱架标高、偏位，设置龙门将拱脚节段锁定在拱架座设计位置，并设置横向缆风绳。然后继续吊装剩余钢拱架，横向采用贝雷支撑架与第一组进行联结，逐榀安装32榀钢拱架，设置拱脚节段与墩身间刚性支撑，设置横向缆风绳。最后横向对称张拉精轧螺纹钢水平拉杆。5.2.2钢拱架拼装注意事项1.拱脚节段的定位是钢拱架现场安装的关键，安装时必须由测量人员对拱脚节段的位置、角度进行精确定位，并保证两拱脚标高一致，确保拱架标高及线形与设计一致；2.主拱圈采用悬链线拱轴线，上弦杆异形件尺寸不一，拼装前对不同节段异形件进行编号，不得安装错误影响钢拱架线型；3.钢拱架吊装时，吊点必须对称平衡，避免拱架变形；4.钢拱架平移过程，安排测量人员全程监测钢拱架竖直度，防止拱架倾覆；5.钢拱架平移时，上下游缆风绳及滑车拖动的手拉葫芦必须对称匀速收紧或释放；在滑车下方的分配梁上标注刻度线，保证两拱脚同步移动。6.水平拉杆张拉前，采用吊绳将水平拉杆调节水平，消除因自重产生的下挠；7.为确保水平拉杆受力均衡，避免拱架不均匀受力，钢拱架需调整标高、偏位并将拱脚节段固定于拱座后，方可左右对称张拉水平拉杆，用以承受主拱圈施工中拱脚节段的水平推力，保护墩身。8.根据钢拱架计算及验算结果可知其最大竖向弹性变形，再考虑钢拱架的拼装质量，可知安装过程中初步钢拱架预拱度，最后考虑主拱圈的预拱度，总的钢拱架预拱度为初步设置和主拱圈预拱度之和，再根据预压卸载的监控情况在进行二次调整预拱度。5.2.3钢拱架预压为准确掌握钢拱架受荷载及温度等因素影响下的应力、应变和位移情况，确保安全顺利地进行主拱圈施工，对拱架进行加载预压，验证支架的强度、刚度、稳定性，得出支架的弹性变形量，消除非弹性形变，使所有连接杆件紧密接触；通过试验检测拱架的承载能力，避免浇筑时产生非弹性变形而破坏混凝土结构。预压时要密切关注天气情况，做好防风、防雨工作。采用混凝土预制块进行预压。预压加载顺序与主拱圈混凝土浇筑顺序一致，通过测量放样，将坐标位置标在底模上，画出标识线，分别为拱脚段、拱顶段、间隔槽。在进行预压时，先对称预压拱脚段，然后拱顶段，最后为间隔槽，各分段预压方向均为从拱圈两岸往正中方向对称进行。预压加载时要纵横向对称进行，整个加载预压过程需全过程监控，如发现异常情况，应立即停止加载，查清原因后方可继续进行。8图5.2-6钢拱架加载预压试验5.2.4钢拱架监控钢拱架预压过程对钢拱架标高进行监测，标高监测点布置在临边防护处，钢拱架顶部，钢拱架纵向每节段布置监测点。同时对施工各阶段的钢拱架的拱脚处、拱顶处、L/4处、3L/4处以及水平拉杆、拱脚与墩身间刚性支撑进行应力应变的监测。应力监测采用MAS-BM系列振弦式应变计。图5.2-7钢拱架应力监控点断面布置图5.2.5预拱度的设置钢拱架预压结束后，钢拱架的非弹性变形消除，通过观测的加载前、卸载后变形值，可知观测点的弹性变形，用内插法算出所求桩号的弹性变形，而底模的设计高程加上预拱度，再加上所求桩号的弹性变形，可得出底模安装高程。5.2.6主拱圈施工1.模板工程根据预压结果，确定底模高程，调整底模标高。替换预压破损的竹胶板，检查底模拼缝、错台并处理。底模采用竹胶板及方木，方木采用对接方式且对接位置位于贝雷片中心。底模横向拼缝留设5mm变形量，拼缝内粘贴双面胶，以免在拱架正常变形范围内底模挤压隆起，影响拱圈混凝土线形。待钢筋绑扎完成后安装侧模，为防止浇筑过程底模随拱架下挠导致侧模漏浆，侧模采取侧包底的方式进行安装。图5.2-8底模铺设拱脚段因坡度较大，浇筑前做好拱脚段的压模准备。为保证主拱圈混凝土振捣密实，混凝土浇筑时，边浇筑边压模，压模纵向按60cm一板。图5.2-9主拱圈压模2.钢筋工程底模标高调整完成后，进行主拱圈钢筋绑扎施工。根据设计要求，主拱圈纵向钢筋在间隔槽内断开，待主拱圈各分段混凝土强度达到85%时，方可进行间隔槽内纵向钢筋的焊接。3.混凝土浇筑拱圈砼浇筑按纵向分段的方式进行，并遵循纵向、横向对称、均衡的原则进行施工。拱圈浇筑分为拱脚段、拱顶段、间隔槽。浇筑顺序为，先浇筑拱脚段（两拱脚段对称同时浇筑），拱脚段浇筑完成后，随即开始拱顶段的浇筑，最后进行间隔槽的浇筑。间隔槽混凝土浇筑温度宜在5-15℃,选择在当天气温最低时或气温刚开始升高时间段进行主拱圈混凝土的合龙。图5.2-10主拱圈混凝土浇筑顺序示意图在拱圈施工全过程中必须加强对各监控点的观测。拱圈成型后测量各高程控制点及拱座标高，掌握钢拱架和拱圈变形量。混凝土初凝后，对混凝土表面进行洒水养护，如气温低于15°C时，混凝土表面采用麻袋进行覆盖保温，同时洒水养护。5.2.7主拱圈卸架在主拱圈混凝土强度达到100％后，方可进行拱架的卸落。1.主拱圈混凝土浇筑完成后，在主拱圈顶面纵横向布置监控点，对主拱圈各断面标高、位移进行严密监控，并定时检查主拱圈混凝土的外观有无开裂现象。2.待混凝土强度达到设计强度的100%后，先将拱座千斤顶安装就位，先割除拱脚节段与墩身间的刚性支撑，然后割除2I36a分配梁与3I40a分配梁之间的刚性支撑，按照横向对称、两拱脚对称的原则进行支撑的拆除，保证拱圈混凝土与拱架受力平衡，防止横向、纵向受力不均。3.支撑拆除后，检查主拱圈混凝土有无开裂现象、监测主拱圈监控点的变化，确定主拱圈无异常情况后，方可继续进行拱架的卸落施工。4.适当放松钢拱架横向缆风绳。5.千斤顶泄压。千斤顶的泄压，同样遵循横向、两拱脚对称的原则进行缓慢泄压，保证两拱脚所有千斤顶同步、同高度的泄压，过程中用水准仪监测2I36a分配梁两端标高，保证同步泄压准确，防止拱架倾覆。千斤顶泄压开始时，安排专人检查拱顶处主拱圈混凝土与拱架底模的分离与否情况，并做好主拱圈监控点的监控记录。6.待主拱圈混凝土与拱架底模完全脱离后，加大主拱圈监控点的监测频率，确保主拱圈无异常变化后，方可继续进行拱架的卸落。7.钢拱架平移。平移时上下游缆风绳同步收紧或释放。然后拆除主拱圈范围外底模及方木，钢拱架按2榀一组，分组拆除吊离，然后依次循环进行拱架的横移、拆除作业，直至该跨钢拱架卸落完成。图5.2-11钢拱架卸落步骤示意图6、材料与设备6.1主要材料表6.1-1单跨（30m）钢拱架材料一览表序号名称规格单位数量备注1贝雷片321型（1.5m*3m）片288标准节段2支撑架（花架）0.9m片3103贝雷销个8964支撑架螺栓个5异形连接件1#、2#、3#、4#个256标准节段上弦杆连接件6异形连接件5#、6#片64拱脚节段7方木10cm*10cm*5.4m根660底模8木胶板1.22m*2.44m*1.8cm块3509钢管桩（螺旋管）Ф630*10mmm96拱座盖梁(承重梁)3I40a*8mm盖梁(承重梁)2I36a*12mm剪刀撑m精轧螺纹钢m450水平拉杆6.2主要设备表6.2-1主要机械设备使用计划表序号设备名称规格型号单位数量备注1履带吊50t台1钢拱架吊装2汽车吊25t台2钢拱架吊装及转运3CO2气体保护焊机NBC-350台5拱座安装4交流电焊机BX-400台5拱座安装5发电机250KW台16千斤顶QL32D个用于精调拱座标高7千斤顶20t个1用于张拉水平拉杆8油泵ZL-50台19全站仪TC802台1放线及监测水准仪C32II台2标高测量及监测应变仪MAS-BM台17、质量控制7.0.1成立质量领导机构，项目经理担任组长，设置专职质检员负责监督、检查施工质量，实行岗位质量责任制，严肃质检程序，奖罚分明。7.0.2严格执行《公路桥涵施工技术规范》、《公路工程质量检验评定标准》、《钢结构工程施工质量验收标准》。7.0.3严格按设计图纸要求施工，按技术交底施工。7.0.4对拱架、拱圈的挠度、应力进行全过程监测。7.0.5拱架拼装时，利用缆风绳调整拱架中线偏差不超过10mm且为同方向。7.0.6拱架横移过程中，两拱脚横移距离相差不应超过30mm。7.0.7钢拱架卸落过程中，必须保证两拱脚所有千斤顶同步对称进行。8、安全措施8.0.1对下落、提升、运输必须有明确的哨音等指挥设备，设有专职信号员，负责指挥起吊设备的施工，指挥员要严格按照预定程序及技术措施下达指挥令。操作人员必须听从指挥、服从命令，真正做到统一指挥、统一信号，统一行动。除指挥员外，任何人员不得随意下达指挥令。8.0.2分组安装拱架时，随时拉好横向缆风绳，以确保拱架稳定，拼装安全。8.0.3缆风绳必须设置在贝雷片的正常节段，不得设置在贝雷销连接处，防止夹伤或磨损钢丝绳。8.0.4拼装过程中，必须保证贝雷销、贝雷保险销安装到位，并全面检查。8.0.5吊装用的钢丝绳必须与吊钩连接牢固，保证在升降时不脱钩，钢丝绳安全系数必须大于6，且安排专人经常检查，发现有断丝或伤口必须更换。8.0.6拱上拼装人员必须佩带救生衣、安全带，并且将安全带挂在牢固处。8.0.7拱圈卸架在主拱圈混凝土强度达到设计强度的100％进行。8.0.8拱圈卸架按照纵向对称、横向同时的原则进行。8.0.9对拱圈卸架前、卸架过程中和卸架完成后都应进行监控，包括拱架挠度、拱架应力和拱圈应力等监控。8.0.10拱圈卸架时，卸架人员须戴安全帽、穿防滑鞋等。8.0.11拱架两端必须同步横移，两端横移距离差不得超过3cm。否则，应立即停止横移，待两端调整一致后，方可继续横移。8.0.12拱架滑移过程中，要随时检查拱架中心线是否一致，否则应用缆风绳调整好，以防止拱架变形。8.0.13编制详细的应急预案，并根据预案组织预备人员和材料，预防应急事故。9、环保措施9.1水土及生态环境的保护措施9.1.1保护植被，对施工界限内、外的植被、树木等尽量维持原状，不得乱砍乱伐。9.1.2临时用地范围内的裸露地表，植草或种树进行绿化。9.1.3营造良好环境。施工现场和生活区设置足够的临时卫生设施，经常进行卫生清理。9.1.4保护野生动物，严禁施工人员猎杀野生动物。9.1.5对有害物质按规定处理后，运至监理工程师指定的地点进行掩埋。9.1.6在居民区附近，加强易产生较强噪音的施工机械和施工作业的限制，预制场设置在远离居民的地方。9.2水环境保护措施9.2.1靠近生活水源（灌溉水渠）的施工，用沟壕或堤坝同生活水源隔开，避免污染生活源。9.2.2清洗机械、维修机械、施工设备的废水严禁直接排入河道。9.2.3施工产生的废浆采用专用汽车拉运至监理工程师指定的地点倾倒，并设渗坑进行处理，以免造成河道和水源污染。9.3大气环境保护及粉尘的防治9.3.1运输水泥、砂、石、土等如有漏失，及时清扫干净，保持道路整洁。9.3.2配备专用洒水车，对施工现场和运输道路经常进行洒水湿润，减少扬尘。9.3.3汽油等易挥发品的存放要密闭，并尽量缩短开启时间。9.3.4水泥混凝土、