钢管混凝土拱桥施工关键技术.pdf

钢管混凝土拱桥施工关键技术术 张宗玮 上海建工一建集团有限公司 上海 2 0 0 1 2 0 【 摘要 】昆山中环金鸡河辅道桥主桥为跨径9 0 m的下承式钢管混凝土拱桥，其施工场地狭小，且邻近高压线，施工难 度较大。针对此问题 ，采用了先梁后拱、拱肋分段加工的措施 ，同时介绍了该桥钢拱肋的加工制作 、安装、泵送混凝 土施工以及施工控制，效果良好，可为同类工程提供参考。 【 关键词 】昆山市中环快速化改造工程 钢管混凝土拱桥 钢拱肋 泵送混凝土施工 【 中图分类号 】 T U 9 9 7 【 文献标识码 】 B 【 D O I 】 1 O 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 5 0 2 0 1 7 Ke y Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y f o r CFS T Ar c h BHd g e Zh an g Zon g wei S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n N o 1 ( Gr o u p ) C o ， L t d S h a n g h a i 2 0 0 1 2 0 1 工程概况 金鸡河辅道桥 主桥是昆 山中环线 工程跨越金鸡河 上 9 0 m 跨径 的下承式钢管混凝土拱桥。金鸡河辅道桥主桥分 为南侧辅道桥 和： l l： rJ 辅道桥 ，全桥宽 l 8 5 m 。拱肋拱轴线 为二次抛物线，矢跨 t L 1 5 ，矢高1 8 m，两端通过支点作用 在边墩上 ，如图l 所示。 由 1 2 剖 面 l 立筒 图1 主桥上部结构一般构造示意 上部结构拱肋采用哑铃形钢管混凝土结构 ( 图2)，每 个钢管外径9 0 o m，拱肋高为2 2 0 c m，钢管壁厚 1 2 c m，缀 板壁厚 1 4 c m，Q 3 4 5 d 钢板焊接而成 ，钢管内及腹腔内填 充C 4 0 微膨胀混凝土 ；系杆为混凝土箱形截面，高2 2 0 c m， 宽1 5 0 c m，壁厚3 5 c m；吊杆采用扭绞形平行钢丝束 ，顺桥 向吊杆 间距5 4 m，每根吊杆 由8 5根 西7 m m的镀锌高强钢 丝组成 ，吊杆上端为张拉端 ，下端为锚 固端 ，全桥共布置 3 0根吊杆 ，拱桥 向拱肋 由2道I 字形 和4道K 形风撑焊接而 成 ，系杆 由中横梁连接而成 ，系杆和中横梁均为预应力混 凝土结构。 拱 桥下部 结构横 向共设 2个墩柱 ，墩柱均为矩 形截 面，下设4 根钻孔灌注桩 ，桩高1 5 m，承台高3 1T I 。 注：本项目为上海建工集团股份有限公司重点科研项目课题， 课题 编号 为1 2 J CS F 一 0 1 。 图2 哑铃形钢管构造 金鸡河辅道桥主桥采用先梁后拱施工 ，必须先完成系 杆和 中横梁 的混凝土现浇施工 ；钢管拱肋分为5段 吊装 ， 空中焊接成拱 ，为此需要搭设拱肋 临时支架 。金鸡河桥位 处场地紧凑 ，北侧辅道桥旁与高压线较贴近 ，使得拱肋 吊 装难度较大。 2 钢管拱肋加工制作 钢管拱肋采用 以直代曲 、短管划分的原则 ，每节短管 长度约为2 m，确保短管矢高不超过5 m m，短管接头不在吊 杆位置 ，纵缝埋弧焊形成钢管 ，环缝焊接形成钢管拱肋。 钢管拱肋制作 分短管加工 、钢管接长 、拱肋节段制 作 、拼装 、整体拱肋预拼等几部分 ，其中钢管接长 、拱肋 节段制作 、拼装 、整体拱肋预拼均在厂 内专用胎 架上完 成。 钢管拱肋制作工艺流程 ：放样一下料一零件加工一卷 圆一钢管纵缝拼接一校圆一钢管接长一校验一拼焊吊杆锚 箱及零部件一节段预拼报验一整体预拼报验一装焊临时连 接件一涂装报验一存放。 2 1 短管制作 2 0 1 5 2 B u il d i n g C o n s tr u c ti 。 n 衄 塞 堡 塑 篁 鳖 圭 警 技 术 钢管拱肋拱肋线为二次抛物线 ，以多节直线短管拼装 而成 。短管制造质量直接影响拱肋的成桥线形 、几何形状 和尺寸精度 。因此短管卷 圆的失圆度 、纵缝焊接预留反变 形 、控制焊接收缩量 、校圆是短管制作的难点。 短管拱肋制作T艺流程 ：放样一下料一加l丁坡 口一滚 圆一纵缝拼焊一校圆。 经 汁算机1： 1 放样后的短管零件采用数控切割 ，以保 证尺寸精度。所有用于卷制短管的钢板纵缝 、环缝位置的 开坡 口再用打磨机打磨平整。钢板卷制时坡 口朝外 ，卷管 方向与钢板的压延方 向一致。 短管纵缝的装配 、焊接是在专用的胎架上完成的，为 控制纵缝的间隙，焊接前设置跨缝码 ，焊后冷却至常温。 纵缝按节段相互错开，经专用的检查样板校圆后 ，标 明节 段号、零件号以备待用。 2 2 拱肋节段制作 考虑到拱肋加工制作 、运输 、现场安装及吊杆的具体 位置等因素 ，单片拱肋分为7段 ，其中2段为拱肋预埋段 ， 和端横梁一起施工 ，其余5段均在工厂 内焊接拼装。每段 长度约1 7 13 1 ，质量约1 3 t ，如图3 所示。钢管拱肋节段制作 组装顺序为 ：单根弦管单管接长组焊一上下弦管用缀板组 焊成节段。 图3 拱肋节段划分 2 2 1 弦管单管的制作 弦管单管制作 即短管接 长 ，采用组装修整结合 的组 装原则 ，由节段中心管节 向节段两端依次组装 ，组装时各 短管严格按地样线排序 ，同时各环缝 留有相应的焊接收缩 量。组装完成后 ，按由中心而两端的焊接顺序依次焊接。 2 2 2 节段 制作 节段制作即将制作的上下弦管通过缀板组成一个整体 节段 ，先将 同一节段的上下弦管置于水平节段组装胎架定 位 ，相应调整节段 的水平度 ，纵 向放样定位缀板和相应的 吊杆 。缀板 和吊杆 的平整度合格后 ，在水平胎架上将拱肋 翻身组成另一面的缀板 ，同样要保证缀板的平整度，待所 有平联杆件组装完及水平度调整完成后统一焊接。 2 3 钢管拱肋节段预拼 拱肋节段预拼对于控制成桥拱轴线 、端 口几何形状和 拱肋尺寸精度 、接 口间隙 、相邻接 口的精确匹配具有重要 的意义。 在地样线上合适的位置摆放钢墩 ，钢墩的布置应 以方 便测量为宜。每个拱段节段布置4个钢墩支撑 ，钢墩应具 有足够的承重能力 ，按照工地现场拱肋节段吊装顺序 ，依 囫建 筑 狍 工 第 3 7 卷 第 2 期 次从拱脚段 吊至钢墩上 ，利用千斤顶微调精确定位。微调 时首选以吊杆位置作为定位基准 ，辅 以其他各测点 ，依据 地样线测量相邻节段环缝两侧的 吊杆间距 ，确定节段接头 余量的修割量 ，余量修割时每条环缝加放3 m m 的焊接收缩 量 ，安装节段接 口处的法兰及临时连接等，预拼完成后打 上定位测量标记 ，以便工地现场吊装合格时复位检查。 2 - 4 除锈、涂装 喷漆工艺流程 ：喷砂除锈S a 2 5 级一吸砂吸尘一无机硅 酸锌底漆一喷涂环氧封闭漆一喷涂环氧云铁 中间漆一检查 油漆干膜厚度 、附着力一涂层损坏修补一 聚氨酯面漆一检 验合格、存放。 拱肋节段外露部份油漆干膜总厚度为2 4 0 2 6 0 I x m， 主要分为底漆 、中间漆 、面漆3道 。涂装采用高压无气喷 涂 ，当天使用 的涂漆必须 当天配置 ，并不得 随意添加稀释 剂 ，若按规定层次达不到最小膜厚度时，还须增加层数使 其达到规定厚度 ，同时还将等上一层漆干透后 ，再可涂下 一 层漆 ，涂装时环境温度控制在1 5 3 0之 间，相对湿度 不大于8 5 。 2 5 钢拱肋制作的质量控制要点 进行焊接工艺评定试验 ，确定合理的焊接工艺 ，保证 焊缝的熔透性 ，控制焊接变形。 按 1： 1 放实样 ，确定拱肋节段位置 ，以保证拱轴线平 顺 、尺寸精确 ，提高安装精度。 每片拱肋做 1 块试板进行抗拉 、屈服强度 、低温冲击 韧性 、冷弯试验 ，检验试板焊缝的机械力学性能 ，以保证 制作中焊缝接头的机械性能质量。 拱肋纵 、环缝对接焊缝按I 级焊缝要求进行超声波探 伤 ，x 射线拍片 ，拱肋缀板熔 透角焊缝按 级焊接要求进 行超声波探伤，以确保焊接熔透及内在质量。 3 拱肋吊装 金鸡河南北辅道桥主桥拱肋总体安装方案为：在南 、 北桥位现场搭设拱肋临时支架 ，采用1 5 0 0 k N 汽车吊依次由 两拱脚端向拱顶对称吊装 ，搁置于拱肋临时支架上 ，通过 精确定位 ，各段拱肋接 口环缝对接成拱。 3 1 吊装施工工艺流程 拱肋 吊装流程为：技术交底一定位放线一拱肋临时支 架搭设一将拱肋吊至支架上一千斤顶微调定位一复测后节 段环缝对接 。 3 _ 2 拱肋临时支架 拱肋 临时支架采用 西3 0 0 m m 钢管及各类型钢拼接 而 成的钢管格构支架 ，支架顶部搭设平 台，作为拱肋节段定 位 、固定等施工操作平台，支架基础为C 2 5 混凝土现浇扩大 基础 ，考虑到拱肋 的分段长度及现场吊装的实际情况 ，中 间2 个支架顺桥向长度为8 1 T I ，边上2个支架顺桥向长度为 ； ； 塞 堕 ：塑 堕 鳖 主 堕 堡 垫 ： 4 m；横桥向支架的拼装宽度均为4 m。拱肋临时支架水平 和垂直方向用槽钢连结成剪刀撑以增加支架 的刚度和稳定 性。支架的钢管与基础顶面预埋的钢板焊接成整体。 3 3 拱肋起 吊 根据计算 ，拱肋节段的长度约为1 7 m，每段质量约为 1 3 t ，拱肋 吊装采用两点 吊。拱肋节段起吊前，在确定 的吊 点处捆绑好钢丝绳，钢丝绳外径为5 6 m m。在吊点位置拱肋 钢管外上下半圆包宽1 m 橡胶块 ，橡胶块外包钢板 ，钢板宽 1 m。钢丝绳系好后 ，汽车吊起 吊，缓慢平稳 吊至理论就位 处 ，垂直落架 、就位 ，用千斤顶微调精确定位。 3 4 拱肋吊装的测量控制 拱肋 吊装过程中的测量控制主要是指拱轴线的偏位和 高程控制 ，在拱肋节段制作时 ，拱顶背面用冲钉定出拱顶 中心线作为控制点 ，拱轴线的复测方法为 ：在拱轴线延长 线两端离拱脚2 m 处布置2点 ，架全站仪能通视 ，在拱肋上 实测控制点坐标 ，根据测点坐标计算安装拱轴线与设计拱 轴线吻合差值。若有差值 ，则利用支架平 台上 的千斤顶调 整偏位 、高程 ，在满足要求后 ，临时固定拱肋连接端 ，待 复测后 ，统一焊接。 4 拱肋混凝土浇筑 南北辅道主桥共为4片拱肋 ，共计2 8 0 m 混凝土 ，钢 管拱 内混凝土采用泵送顶升压注施工，根据对称平衡加载 的原则 ，从两拱脚至拱顶 ，对称均匀一次连续泵送完成上 下钢管及腹腔内混凝土” 。为此配置5台高压输送泵 ，其 中1台作 为备用。在拱脚端设置泵送混凝土压注管 ，管径 1 2 5 m m，管上设置截止阀；在拱顶设置混凝土增压管 ，增 压管高2 m，管径2 0 0 m m，在上下钢管 、缀板分别设置排气 孔 ，排气孔 西5 m m，孔距不等 ，错位布置 ，泵送混凝土顺 序依次为下钢管、缀板、上钢管。 4 1 拱肋泵送混凝土配合比确定 钢管混凝土采用C 4 0 微膨胀混凝土 ，针对拱肋混凝土 泵送顶升施工特点 ：混凝土必须具备 良好 的流动性 、初凝 后膨胀和收缩互补 、可泵性好 、早强等工作性能 ，结合拌 和站拌和能力 、运输能力及现场泵送装备配置等条件 ，确 定混凝土坍落度为2 0 0 m m 2 0 m m，为此和有关单位研制 了配 合 比，具体为 ：水 ： 水泥 ： 矿粉 ： 粉 煤灰 ： 砂 ： 碎 石 ： 外加剂= 1 6 0： 3 0 0： 8 0： 8 0： 8 4 0： 8 7 0： 6 9 0 。 4 2 泵送 混凝 土浇筑 拱肋混 凝土浇筑前利 用高压 固定泵泵入适 量 的水泥 浆 ，以湿润管壁 ，每端泵入的水泥浆按0 5 m 控制 ，然后再 浇筑混凝土 ，混凝土由拱脚浇筑孔 自下而上推 向拱顶 ，浇 筑过程中，混凝土泵送速度基本相同 ，始终保持拱肋两端 的压力平衡 ，将混凝土注入拱肋中的高差控制在2 m 左右， 接近拱顶时 ，混凝土顶升面高差控制在1 m以内，待拱顶 冒 浆孔射出水泥浆后 ，停止浇筑，稳压5 ra i n ，然后适 当加大 泵送压力再次泵入混凝土 ，让混凝土再次从 冒浆孔流出， 经3次反复 ，直到冒浆孔流出的混凝土浓度和泵送的混凝 土浓度相 同，浇筑完毕。 4 3 混凝土质量 本桥泵送混凝土共计2 8 0 m ，4片拱肋分为2 次浇筑 ， 每片拱肋混凝土浇筑用时将近4 h ，均为一次性连续浇筑而 成 ，根据施工技术规范要求 ，拱肋混凝土取抗压强度试件 4组，2 8 d 平均值为4 2 3 M P a ，混凝土浇筑完l 4 d 后 ，用超 声波对浇筑质量进行了探测 ，混凝土均为密实。 4 4 泵送混凝 土施工控制 4 4 1 结构水平位 移控 制 由于本桥采用先梁后拱的成桥施工方案 ，尽管在成拱 桥 系杆中已施加预应力 ，但边墩永久支座的固定约束已解 除，由于拱肋在混凝土泵送顶升施工 中，将对边墩产生水 平推力 ，有可能对拱梁组合结构 中墩的位移带来一定的影 响，为此在混凝土泵送前 ，对两边墩采取临时固定措施 。 混凝土浇筑过程 中，通过墩两侧事先布设 的测点 ，用全站 仪随时观测 ，由于准备工作较充分，事先考虑比较周全 ， 整个施工中，拱梁组合结构及墩位未发生位移现象。 4 4 2 高程控制 为正确反映泵送混凝土时，拱肋结构 的高程变化，拱 肋顶面顺桥向1 8 跨 、1 4 跨 、 拱顶及各临时支架处分别布置 了高程测点 ，在1 4 跨截面布置 了应力测点 ，由上述各结构 监测点 的测试数据表 明，拱上结构测点变位及 内力与设计 基本吻合。 5 结语 钢管混凝土拱桥 因结构情况及施工环境不 同而有 多 种安装方法p ，本桥采用拱肋临时支架分段安装拱肋 的方 法 ，经工程实践证 明，实施效果 良好 ，可供 以后有类似情 况的工程参考借鉴。 参 考 文 献 1 范 文理 钢 管混 凝土拱 桥合 拢技 术解析 D 成都 ： 西 南交 通大 学 ， 2 00 3 2 申哲会 三拱肋钢管混凝土系杆拱桥一江海大桥动力特性分析 J l北 方交通， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 2 2 2 5 【 3 马祥春 钢管混凝土系杆拱桥拱圈落架仿真分析 J l 铁道建筑技术， 2 0 1 4 ( 1 1 ) ： 1 2 -1 5 4 】 李刚 冈 管混凝土拱桥填充混凝土浅析 J l价值工程 ，2 0 1 4 ( 1 ) ：6 9 7 0 5 李强 大跨径钢管混凝土拱桥稳定性研究 J 国防交通工程与技术， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 1 2 - 1 4 6 卢小锋， 田波 大跨下承式单肋钢管混凝土人行拱桥设计 J 城市道 桥与防洪 ，2 0 1 4 ( 9 ) ： 1 3 9 1 4 2 ， 1 9 2 0 2 0 1 5 - - -2 B u il d in g C o n s t r u c t i。 n 皿