钢管主拱圈施工方案.doc

钢管主拱圈施工方案
一、施工准备
1.1 技术准备
施工前需完成设计图纸会审，明确主拱圈结构参数：采用Q345C钢材，单肋由4根Φ1500×30mm弦管组成，横向内倾角8°，拱轴线为悬链线（拱轴系数m=2.5），矢跨比1/6.67。编制专项施工方案，包括缆索吊装、钢管加工、混凝土灌注等子方案，经专家论证后实施。建立精密测量控制网，平面控制网按二等导线标准布设，高程控制采用三等水准测量，在拱座周边设置6个永久性观测点，监测频率为每施工段1次。
1.2 材料准备
钢材进场需提供出厂合格证及力学性能报告，进行外观检查（表面无裂纹、凹陷）和抽样检测（抗拉强度≥345MPa，伸长率≥21%）。焊接材料选用E5015焊条，存储在恒温恒湿仓库（温度10-25℃，湿度≤60%），使用前经350℃×1h烘干。混凝土采用C55自密实微膨胀混凝土，配合比为水泥420kg/m³+粉煤灰80kg/m³+矿粉60kg/m³，砂率42%，水胶比0.36，掺加10%AEA-S型膨胀剂，28d限制膨胀率控制在0.02-0.04%。
1.3 场地与设备准备
加工场地设置在桥台附近，面积不小于100m×80m，划分钢管预处理区、拼装区、焊接区。主要设备包括：
· 加工设备：数控相贯线切割机（XH-G4000）2台，切割精度±1mm；三辊卷板机（W11S-30×3000）1台，弯管椭圆度≤D/500
· 吊装设备：80t缆索吊机1套（主索跨度450m，起升高度80m），配备2×160t主卷扬机
· 焊接设备：CO₂气体保护焊机（NB-500）15台，焊接电流180-220A，电压28-32V
· 测量设备：Leica TS60全站仪（测角精度0.5″，测距精度1mm+1ppm）2台，水准仪（DSZ2）3台
二、钢管拱加工与制作
2.1 钢管加工工艺流程
1. 材料预处理：钢板经抛丸除锈达Sa2.5级，表面粗糙度50-80μm，喷涂环氧富锌底漆（干膜厚度80μm）。
2. 下料切割：采用数控切割，弦管长度误差±1mm，坡口角度30°±2°，钝边1-2mm。
3. 弯管成型：采用冷弯工艺，三辊卷板机分阶段弯曲，每次进给量≤50mm，弯曲半径误差≤L/5000，每节管节弯曲后进行线形检测，合格后编号存放。
4. 节段组装：在1:1胎架上进行，采用全站仪三维定位（X、Y、Z轴偏差≤2mm），先点焊固定（焊点长度50mm，间距300mm），再进行焊接。
2.2 焊接工艺
主焊缝采用"埋弧自动焊+CO₂气体保护焊"组合工艺：
· 纵缝焊接：埋弧自动焊，焊丝H08MnA，焊剂HJ431，焊接速度30-40cm/min，焊后24h内进行100%UT探伤（Ⅱ级合格）
· 环缝焊接：CO₂气体保护焊，多层多道焊，层间温度控制在150-250℃，道间清根采用角磨机打磨，焊接完成后进行MT检测（Ⅰ级合格）
· 节点焊接：采用对称施焊法，先焊腹杆与弦管连接焊缝，再焊横隔板焊缝，减少焊接变形
2.3 节段验收
每节段加工完成后进行几何尺寸检测：
· 弦管直径偏差±2mm，圆度≤3mm/m
· 节段长度误差+0/-10mm，扭曲≤3mm/m
· 拱轴线偏差：在预拼装平台上检测，与设计坐标偏差≤5mm
· 焊缝质量：UT探伤合格率100%，表面焊缝余高0-3mm，咬边深度≤0.5mm
三、拱肋吊装施工
3.1 吊装总体方案
采用"两岸对称悬拼+跨中合龙"工艺，全桥分为33个吊装单元（编号S1-S33），标准节段长12-18m，重量25-85t。吊装顺序：先安装两岸拱脚段（S1-S4），再向拱顶推进，最后安装合龙段（S17）。临时支架采用Φ630×10mm钢管桩，基础为C30混凝土承台（4m×4m×1.5m），支架预压加载120%设计荷载，预压时间不少于7d，沉降稳定标准为24h沉降≤1mm。
3.2 节段运输与吊装
1. 运输：采用轴线平板车运输，车速≤5km/h，转弯半径≥25m，运输过程中设置临时支撑（间距≤6m），防止变形。
2. 吊点设置：每个节段设4个吊耳（Q345D钢，厚度30mm），经1.5倍荷载验算，吊耳与弦管焊接采用全熔透焊缝。
3. 吊装程序：
o 试吊：起吊至离地30cm，静停10min，检查吊机稳定性及吊点受力情况
o 提升：以0.5m/min速度匀速提升，同步调整缆风绳，保持节段水平
o 定位：采用全站仪实时监测，三维坐标偏差≤5mm时，通过临时连接件固定
o 焊接：先焊临时连接耳板（4处），再焊接环缝，焊接完成后解除吊机荷载
3.3 合龙施工
1. 合龙条件：
o 温度：选择凌晨时段（10-15℃）施工，温度变化幅度≤3℃/h
o 线形：两侧拱肋顶高差≤30mm，轴线偏差≤50mm
o 应力：拱脚处压应力≤15MPa，拉应力≤1MPa
2. 合龙工艺：
o 调整：采用4台500t液压千斤顶同步顶推，顶推力按设计值的1.1倍控制
o 临时锁定：安装合龙段临时连接件（8组高强螺栓，M30×10.9级）
o 焊接：采用"隔缝对称施焊"法，先焊腹板后焊弦管，每层焊接厚度≤5mm，焊接完成后24h内进行UT探伤
o 体系转换：解除临时支架约束，分级卸落（每级卸落量5mm），监测结构应力变化
四、钢管混凝土灌注
4.1 灌注准备
1. 管内清理：采用0.4MPa压缩空气吹扫，清除铁锈、焊渣等杂物，检查排气孔（Φ50mm）和进料孔（Φ150mm）通畅。
2. 设备调试：混凝土输送泵（HBT90.22）进行压力测试，出口压力≥2.0MPa，管道采用Φ150mm高压软管，布置成"S"形以减小阻力。
3. 监测布置：在拱脚、1/4跨、拱顶设置应力传感器（量程0-200MPa）和位移计（精度0.1mm），实时监测灌注过程中的结构响应。
4.2 泵送顶升施工
采用"双拱脚对称同步灌注"工艺，单肋4根弦管分2组（上下游各2根）同步施工：
1. 灌注顺序：从拱脚向拱顶连续顶升，单根弦管灌注时间≤4h，两肋灌注高差≤1m
2. 压力控制：初始压力0.5MPa，随着混凝土面上升逐渐增大，终点压力≥1.5MPa，持压3min
3. 排气处理：当排气管流出混凝土时，关闭排气阀，继续加压至规定压力
4. 转换操作：当混凝土灌注至距拱顶1m时，停止泵送，切换至另一组弦管，确保对称加载
4.3 质量控制
1. 过程监测：
o 混凝土面上升速度：≥0.5m/min，采用超声波液位计监测
o 压力曲线：绘制实时压力-时间曲线，出现异常波动立即停泵检查
o 试块制作：每50m³制作3组试块，分别检测1d、7d、28d抗压强度
2. 缺陷处理：
o 脱空检测：灌注完成7d后采用超声波检测，脱空面积＞0.1m²时钻孔压浆处理
o 裂缝处理：发现表面裂缝（宽度＞0.1mm）时，采用环氧树脂压力注浆修复
五、质量控制措施
5.1 原材料控制
· 钢材：每批进场钢材（≤60t）抽检1组力学性能试验，不合格产品严禁使用
· 混凝土：每班测试坍落度（140-180mm）、扩展度（≥750mm），每200m³检测1次氯离子含量（≤0.06%）
· 焊接材料：每批焊条（≤10t）抽检1组熔敷金属力学性能试验
5.2 工序控制
1. 加工阶段：
o 弯管成型：每10节抽查1节进行线形检测，采用全站仪按5m间距测量坐标
o 焊接质量：每天首道焊缝进行工艺评定，合格后方可批量焊接
2. 吊装阶段：
o 轴线控制：每安装2个节段进行1次全桥线形复测，调整偏差≤5mm
o 合龙精度：合龙段安装完成后，测量拱顶标高与设计值偏差≤10mm
3. 灌注阶段：
o 密实度：采用超声波检测，混凝土密实度≥98%
o 强度：28d抗压强度≥55MPa，弹性模量≥3.5×10⁴MPa
5.3 验收标准
主拱圈施工完成后按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650-2020）验收：
· 拱轴线偏差：L/6000（L为主跨长度），且≤30mm
· 拱顶高程偏差：±20mm
· 混凝土强度：达到设计强度100%
· 表面平整度：5mm/m
六、安全与环保措施
6.1 高空作业安全
1. 防护设施：
o 操作平台：采用型钢支架（I14槽钢）+竹胶板（15mm厚）搭设，护栏高度≥1.2m，挂密目安全网（2000目/100cm²）
o 安全带：采用双钩五点式安全带，固定在专用安全绳上（承重≥15kN）
o 安全通道：在拱脚处搭设6m宽水平安全网，网绳直径≥9mm，网眼≤10cm
2. 作业规定：
o 风速≥10.8m/s（六级风）时停止吊装作业
o 高空焊接设置接火斗（防火棉布+石棉布），防止火花坠落
o 严禁上下抛掷工具，采用工具袋传递，工器具设防坠绳
6.2 吊装作业安全
1. 设备检查：
o 缆索吊机：每日检查主索张力（偏差≤5%）、制动系统（制动距离≤1m）
o 吊具：钢丝绳（Φ32mm，6×37+FC）每周检查1次，断丝数≤10丝/捻距
2. 指挥系统：
o 采用对讲机（频道单独设置）指挥，配备专职信号员2名
o 吊装区域设置警戒线（半径20m），非作业人员严禁入内
o 吊装前进行试吊（1.1倍额定荷载），检查各系统工作状态
6.3 临时用电安全
1. 配电系统：
o 采用TN-S三相五线制，设置三级配电箱，漏电保护器动作电流≤30mA（动作时间≤0.1s）
o 电缆采用YJV22-0.6/1kV型，埋地敷设（深度≥0.7m），穿越道路加钢套管保护
2. 用电管理：
o 电工持证上岗，每日检查配电箱、开关箱状态
o 焊接设备接地电阻≤4Ω，手持电动工具使用Ⅱ类设备
o 夜间施工照明：采用镝灯（1000W），照亮范围覆盖整个作业区
6.4 环保措施
1. 噪声控制：
o 加工区设置隔声屏障（高度3m），昼间噪声≤70dB，夜间≤55dB
o 高噪声设备（如卷板机）采取减振基础，作业时间限制在6:00-22:00
2. 废弃物处理：
o 焊接烟尘：采用移动式焊烟净化器（风量800m³/h）处理
o 建筑垃圾：分类存放，钢材边角料回收率≥95%，危险废物（废焊条、油漆桶）交专业单位处置
3. 水土保持：
o 场地周边设置排水沟（宽30cm，深40cm）和沉淀池（3级，总容积50m³）
o 施工废水经处理后回用（用于洒水降尘），不外排
七、施工监测
7.1 线形监测
采用全站仪按二等导线精度进行：
· 监测点：在每个节段端头设置3个控制点（上、下游及中线）
· 频率：安装阶段每节段1次，合龙后1d、3d、7d各1次，成桥后每月1次
· 内容：三维坐标测量，计算轴线偏差（横向≤L/6000，高程±10mm）
7.2 应力监测
采用振弦式应力传感器：
· 布置：拱脚（4个）、1/4跨（4个）、拱顶（2个），传感器埋入混凝土内30cm
· 频率：灌注阶段每小时1次，成桥后每周1次
· 控制值：压应力≤18MPa，拉应力≤1.5MPa
7.3 温度监测
在拱肋不同高度设置温度传感器（量程-20-80℃，精度±0.5℃）：
· 监测频率：每小时记录1次，重点监测日照温差（≤15℃）
· 数据应用：用于线形修正，温度变化＞5℃时暂停吊装作业
八、应急预案
8.1 吊装失稳应急
1. 征兆：吊机倾斜＞3°，主索异常抖动，荷载突然下降
2. 措施：
o 立即启动应急电源，锁定制动系统
o 组织人员撤离至安全区域（距离≥50m）
o 采用临时缆风绳固定吊物，必要时切割吊索（由专业人员操作）
8.2 火灾事故应急
1. 预防：焊接作业点配备2具8kg干粉灭火器，30m范围内无易燃物
2. 处置：
o 初起火灾：使用现场灭火器扑救，切断着火区域电源
o 严重火灾：拨打119，启动应急供水系统（消防水池容积100m³）
o 人员疏散：采用应急广播引导，清点人数（每作业班组设安全员1名）
8.3 结构失稳应急
1. 监测预警：当拱顶下沉速率＞5mm/d或应力突增20%时启动预案
2. 处置措施：
o 立即停止施工，设置警戒区
o 采用临时支撑（Φ630钢管）加固拱脚
o 调整合龙顺序，必要时卸载已施工节段（分级卸载，每级≤10t）
本方案实施过程中需严格执行"三检制"（自检、互检、交接检），关键工序（焊接、合龙、灌注）需经监理工程师验收合格后方可进行下一道工序。施工记录应完整保存，包括测量数据、检测报告、验收记录等，确保可追溯性。