钢管混凝土刚性系杆拱桥上部结构施工技术.pdf

5 4 8 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e Te c h n o l o g y 第 4 1 卷第 6期 2 0 1 0年 6月 Vo 1 41 No 6 J u n 2 01 0 钢管混凝土刚性系杆拱桥上部结构施工技术 王治均 ，张益多 ，李年维 ，李三珍2 ( 1 江苏科技大 学土木工程与建筑学院， 2 1 2 0 0 3 ， 江苏镇江 ；2 上海林 同炎李国豪土木工程咨询有限公司 ， 2 0 0 0 9 2 ， 上海 ) 摘 要： 尼尔森体系钢管混凝土刚性 系杆拱桥能提供较大的纵向刚度和 良好的动力性能 。 以满 足铁路重载 和高速运行的要求。江苏某桥采用先拱后梁和 系梁悬臂现 浇方法施工 ， 在拱肋拼装 、 拱肋大节段 吊装施工、 系梁 支架现 浇及挂篮悬臂浇筑等工序 中采取技术措施 。 使施工质量满足设计和规范要求。 关键词 ： 刚性系杆拱桥 ； 钢管混凝土 ； 尼尔森体系 中图分类号 ： T U 3 7 5 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 5 4 8 0 4 CoNS TRUCTI oN TECHNOLoG FoR CoNCRE I EF L功S TEEL I BE l uGI I ) TI ED BAR ARCH BR) GE WA N G Z h i - j u n ， Z H A N G Y i- d u o ， L I N i a n - w e i ，L I S a n - z h e n ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， J i ang s u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e and T e c h n o l o g y ， 2 1 2 0 0 3 Z h e n j i ang ， J i a n g s u ，C h i n a ；2 L I N T o n g - y e n L I G u o - h a o C o n s u l t ant L t d 2 0 0 0 9 2 ， S h a n g h a i ，C h i n a ) A b s t r a c t ：N i e l s e n s y s t e m c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e ri gi d t i e d b a r a r c h b ri d g e c o u l d m e e t t h e m e e t s o f h e a v y h a u l r a i l wa y a n d h i g h s p e e d wi t h l arg e l o n g i t u d i n a l s t i f f n e s s s u p e rio r d y n a mi c p e r f o r ma n c e T h e b rid g e a d o p t e d t h e c o n s t r u c t i o n me t h o d o f arc h fi r s t and b e a m a n d c a n t i l e v e r c o n s t ruc t i o n t e c h n i q u e of t i e d gir d e r The a s s e m b l e o f a r e - ri b，arc h s e g me n t l i f t i n g ，c a s t i n - p l a c e a n d c a n t i l e v e r c o n s t ruc t i o n of t i e d gir d e r w e r e s t u d i e s tha t t h e c o n s t ru c t i o n f o l l o we d t h e d e s i g n rul e t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n c o d e Ke y wo r d s ：Ri gid t i e d b ar arc h b rid g e ；C o n c r e t e - fi l l e d s t e e l t u b e ；N i e l s e n s y s t e m 1 工程概况 江苏某高速铁路桥梁跨通航运河 ，采用钢管混凝 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 1 0 3 基金项 目： 江苏 省自然科学基金资助项 目( 编号 ： B K2 0 0 9 7 2 3 ) ； 江苏科技 大学船舶与海洋工程 学院青年基金资助项 目( 编号 ： 2 0 0 5 C H 0 3 1 J ) 作者简介 ：王治均( 1 9 7 6 一 ) ，男，安徽定 远人 ，讲师 ，硕士 ， e m a i l ： z h i s h i 6 5 9 8 1 6 3 c o i n 土系杆拱桥 ， 外部静定 ， 简支于桥墩上。主桥计算跨径 9 6 m， 桥长1 0 0 m， 桥梁全宽 1 7 1 i n ， 系杆拱轴线线形为 悬链线， 拱肋平面 内矢高1 9 2 1 13 ， 矢跨比1 5 。主桥总体 布置图见图1 。 拱肋截面为哑铃形钢管混凝土截面 ，拱肋高3 0 m， 沿程等 高布置 ， 拱肋 由2 根外径1 0 0 a m、 壁厚 1 6 mm 钢管卷制而成 ， 中间以1 6 mm厚缀板连接 ， 每隔一段距 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 图8 l 2 3 4 5 6 时 间, h 起扳过程立柱和水平的角度 图 3 5 3 O 2 5 2 0 1 5 1 O 5 时间 h 图9 起扳时钢绞线行程图 时 间 l a 图l 0 钢绞线 拉力历程 缸及钢铰线数量等 ， 得 到优选方案 ， 使工程设计更加 快速和直观 ， 提高了施工方案 的安全性 ， 方便施 工交 参考 文 献 高 兴泽 ， 范大 意， 杨仁康 景德镇 白鹭大桥钢 塔竖向转体施工 技术 J 铁道工程 学报 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 5 5 6 2 马恒龙城大桥钢索塔竖转施工关键 技术 J 现 代交通技 术， 2 0 0 8 ， 5 ( 3 ) ： 5 0 5 3 施普尔 ， 克 劳舍 虚拟产品开发技术 M 宁汝新 北京 ： 机械工 业出版社 ， 2 0 0 0 李瑞涛 ， 方 湄， 张文明 虚拟 样机技 术及其在矿 山机械领域 的 应用展望 J 矿山机械 ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 1 1 - 1 2 郝云堂 ， 金烨 ， 季辉 虚拟样机技术及其A D AMS 上的实践 J 机械设计与制造 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 1 6 1 8 张旭 ， 毛恩荣 机械系统虚拟样机技术 的研究 与开发 J 中国 农业大学学报 。 1 9 9 9， 4 ( 2 ) ： 9 4 9 8 郑建荣 AD A MS 一 虚拟样 机技术入 门与提 高 M 北京 ： 机械 工业出版社 2 0 0 2 王国强 ， 张进平 ， 马若丁 ， 等 虚拟样机技术及其在A D AMS 上 的实践 M 西安 ： 西北工业大学出版社 ， 2 0 0 2 底 2 0 1 0年 6月 王治均 ， 等 ： 钢管混凝土刚性系杆拱桥上部结构施工技术 5 4 9 图 1主 桥 总 体 布 置 图 离在两腹板间焊接拉筋 。拱肋钢管材料采用Q 3 4 5 一 D， 钢管内灌c 5 5 无收缩混凝土 ，拱肋上横向设置3 道K 字 型风撑 ， 风撑材料为Q2 3 5 。 系梁按整体箱形梁布置 。采用单箱三室预应力混 凝土箱形截面 。吊点处设横梁 ， 横梁厚0 4 0 6 m。系梁 内设1 6 根1 9 7 中5 环氧钢绞线系杆 ， 锚固在系梁梁端实 体段系杆箱内。同时， 系梁纵向设6 2 束1 2 7 q b 5 预应力 筋及4 束4 7 q b 5 预应力筋 ，横向在底板上设3 7 5 横向 预应力筋 ， 横隔板上设4 束9 7 预应力筋。 系杆拱桥采用先拱后梁施工。靠拱脚段拱肋在系 梁上搭设支架安装 ， 中间大节段拱肋采用门架吊装 ， 拱 肋钢管混凝土灌筑后 利用拱肋作为牵引索挂篮的前 支点分段现浇各节段系梁混凝土。 2 上部结构施工工艺流程 上部结构施工工艺流程见图2 。 施工准备 拱肋分段加工、 运输 拱脚及系粱1 号节段施工 拱段现场拼装 、焊接 拱肋 吊装 系杆安装 拱肋混凝土泵送 旦 墨 1 I 一 二期恒载安装 拱肋防腐涂装 图 2上部结构施工 工艺流程 3施工关键技术研 究 3 1 拱 肋分 段加 工 、 运 输及 拼装 为保证拱肋焊接质量 ，将拱肋在工厂分段加工后 运至现场 。 在拼装支架 上拼成大节段 ， 以减少 现场焊接 。根据运输条件及现场情况 ， 将拱肋 大节段划分为7 个节段 ，拱肋加工拼装分段图 见图3 。 拱肋制造时设置预拱度， 拱段用陆路通 过施工便道运至现场 。 拼装场地选在离桥位约3 0 m河岸一侧较 为宽敞 的大堤上 ， 场地长约1 0 0m， 宽约3 0m， 采用1 5 e m 厚C 2 0 混凝土硬化铺装。 图 3拱 肋 分段 图 为抵消拱肋拼装时由自重引起的水平推力，在拼 装拱肋拱脚处设置混凝土支墩 。拱 肋节段安装采用 5 0 t 汽车起重机吊至拼装支架上，吊装从拱脚段开始 ， 将拱脚段临时锚接于支墩上 ，其他节段直接吊装搁置 在临时支墩上 ， 上部采用槽钢斜撑 固定 ， 下部搁在上一 节已拼装的拱段上面 。 安装完毕调整标高及轴线 ， 再焊 接连接。 拱脚预埋段及1 号节段系梁混凝土浇筑并养护后 ， 待拱肋大节段焊接拼装完成 ， 即用2 台浮吊吊装并通过 转向就位并焊接。 3 2拱脚 及 系梁节 段1 施工 3 2 1拱脚预 埋段 施 工 拱脚预埋段与系梁1 号 节段混凝土采用支架整体 现 浇 。拱 脚混 凝 土分两 次 浇筑 ，第一 次与 系梁 同时浇 筑， 第二次在二期恒载施工完成后浇筑。 拱脚预埋段安 装位置要求非常精确 ， 以免对钢拱的合龙带来困难 ， 因 此需反复测量、 检查核对 ， 最终正式定位。拱脚预埋段 采用型钢支架定位。施工时先根据图纸要求安放型钢 支架并固定 ， 注意避开预应力管道 ； 然后根据拱肋定位 坐标 ， 将拱肋钢管预埋段定位并与支架连接固定 。 3 2 2 系杆及 预应 力 管道 定位 安装 系杆定位时采用 8 槽钢做定位支架 ， 直线段每1 m 一 道 ， 曲线段加密至5 0 c m 一道 ， 预应力管道安装时 ， 管 道和锚具须定位准确 。 波纹管通过定位钢筋固定 定位 钢筋采用U 形结构， 须焊接牢固。直线段按每5 0 c m 设1 道 ， 曲线段每隔3 0 c m设1 道 。 施工中管道走向根据施工 图的竖弯、 平弯坐标放样。安装时要求将起弯点、 拐点 等控制准确 ， 中间段圆顺过渡。 3 2 3临 时 固结措施 墩梁临时固结采用在墩顶预埋钢筋 ，浇筑混凝土 5 5 0 建筑技术 第 4 1 卷第 6期 的方式。临时索在承台浇筑混凝土时开始预埋 ， 每墩4 束 ， 系梁合龙后拆除。 3 2 4 系梁1 号节段 施 工 ( 1 )支架架设 ： 系梁1 号节段现浇段支架顺桥向采 用3 排钢管支柱 ， 每排支柱均采用9 根0 6 3 0 x 8 m m钢管 。 间距2 2 5m， 沿主梁底面横桥向布置 ， 钢管间通过纵 横向 1 2 6 平联及剪刀撑连成整体 ；钢管支柱顶面设 I 4 5 b 作为承重梁 ， 承重梁上横 向布置2 3 排贝雷片， 每组 贝雷梁间通过9 0 o m 花窗连接成整体 ， 以保证其横向稳 定性 。贝雷梁顶面设I l O 工字钢分配梁 ，纵 向间距7 5 e m。分配梁顶直接铺设1 0 e mx l Oo m方木作为系梁1 号 节段底模。现 浇系梁节段分段见图4 。 -次浇筑混凝土 磐 肋 大 节 段 分 ( 在墩柱上，静止浮吊，再起高拱肋至支座顶适当高度 处 ， 卷扬机牵引2 台浮吊钢丝绳往前推进。 推进过程中 ， 应保证2 台浮吊始终同步前进 。防止因其中1 台浮吊过 快或过慢而使钢拱架产生扭曲变形。 推进到桥位处时 ， 稳住浮吊落梁就位 。两浮吊部分卸载 ，设8 根直径为 1 5 5 m m的横向缆风绳 ，用经纬仪测量拱片竖直度 ， 利 用5 t 手拉葫芦调整拱肋轴线及拱片竖直度 ，紧固缆风 绳浮吊全部卸载脱钩。用同样方法吊装第二片拱片。 合龙焊接前 ， 对已架拱段线型进行调整。 根据当地 气象部门提供 的3 5 d 气象预报 ，选择其中1 2 d 进行 2 4 h 气温观测 ， 确定一天中气温较低且平稳的时间段 。 据此为参考 ， 确定合龙段施工的临时锁定时间 ， 并根据 二 次 浇 筑 混 凝土 与 拱 爵 节 段 分 界 号节2 号节3 号节4 号节5 号节 6 号节 4 号节3 号节 2 号节 1 号 段 段 段 段 段 段 段 段 段 段 图 4 系梁现浇施工分段 图 支架与底模板安装完成后 ， 1 号节段施工前 ，为确 保支架施工使用安全 ， 保证桥梁线形 ， 需对支架进行压 载试验 ，其 目的一是检验支架及基础是否满足受力要 求 ； 二是消除支架非弹性变形及地基变形； 三是实测支 架各处挠度变形量 ， 为设置施工预拱度提供依据。 施工时对每施 工段 支架进行预 压 ，按箱梁 自重 1 0 0 进行分级加载预压以取得基本数据 ， 根据压载数 据及结构设计预拱度设置立模标高。支架预压采用砂 袋加载预压。 ( 2 )系梁混凝土浇筑 ： 系梁 1 号节段总长 1 5 5 m， 施工流程为安装钢垫梁 、底模板_ + 安装拱脚预埋段及 型钢骨架一安装侧模一安装底板 、腹板钢筋一安装预 应力孔 安装 内模_ + 安装顶板钢筋及预应力孔一浇筑 混凝土一养护 。 3 3 拱肋 吊装 拱肋吊装前应及时和当地气象部门联系，选择无 雨、无风或微风天气进行 ，并和 当地航道管理部门联 系。 在吊装时间段内封航。 单片拱肋拼装焊接后 ， 采用2 台标定1 5 0 t 主桅杆长 5 0 m的浮吊同时起吊。 吊点设置在约三分点处。 起吊时 应控制各台浮 吊的起吊重量 ， 做到两台浮 吊同时加力 ， 受力均匀且相 同。 两浮吊同时起吊 ， 当拱片离开拱脚支 墩和中间支点约5 e m 后停止起吊 ，全面检查 ，观察变 形 。 一切无误后两浮吊开始牵引 ， 牵引一侧浮吊， 使两 浮吊慢慢平面旋转转至桥墩位置 ， 将2 台浮吊钢丝绳捆 测试 的最大温差和温度变化时拱段前 端里程变化情况 ，确定温差对合龙段 长度影响的修正系数。 拱肋合龙焊接完毕后焊接横撑 。 焊接完毕去掉缆风绳。 3 4系杆 安装及 张拉 拱肋 吊装焊接 完成 后即 安装 系 杆 。系杆采用体外索， 对称施加于拱脚处 ， 系杆与系梁 无粘结 ， 锚固于箱梁边腹板。 为避免施工节段系杆在 自 重作用下下垂 ， 在拱肋上跨中及四分点处垂下3 道钢丝 绳 拉住 系杆 。 在拱肋混凝土泵送节段及系梁混凝土浇筑节段 ， 分阶段对称张拉1 6 根系杆至设计值。 3 5拱肋 混凝 土泵送 ( 1 )拱肋采用C 5 5 无收缩 自密实混凝土 ， 泵送压 注 。 按先下管后上管最后腹腔的总体顺序依次压注 ， 两 侧上下弦管混凝土分别同时对称压注 ， 一次压完， 且须 在初凝前全部压注完毕。 ( 2 )泵送混凝土选择在气温较低时进行。为增强 混 凝土 的密 实性 保 证压 注质量 。 在拱 肋顶面 附近 开设 0 2 0 mm的孔 ， 以利排气； 同时由01 2 5 mm 排气管排出含 有石子 的新鲜混凝土时 ， 插入0 5 0 m m振动棒振捣 。混 凝土灌注完毕后 ， 卸掉防回流装置处的M2 2 螺栓 ， 安装 6 # 2 0 回流栅钢筋 ， 随后拆除泵管并清洗。 ( 3 )混凝土顶升过程 中， 随时对钢管拱变形和拱 座进行测控 ， 发现异常应及时通知现场负责人。 ( 4 )拱肋混凝土达到设计强度等级标准值后 ， 用 超声波对拱内混凝土的密实情况进行检查 ，发现 问题 应及时钻小孔作压浆处理 。 3 6系梁 现浇 施工 系梁分1 1 个节段， 其中拱脚及1 号节段采用支架现 浇。 跨中合龙段采用一套挂篮施工 ， 其余节段用两套挂 2 0 1 0年 6月 王治均 ， 等 ： 钢管混凝土刚性系杆拱桥上部结构施工技术 5 5 1 - 篮从两岸向跨 中对称施工。每施工一段即张拉相应吊 杆 最后用一套挂篮施工跨中合龙段。 3 6 1挂篮 布置 牵索挂篮前点通过吊杆悬吊在拱肋上 ，后点锚固 在前段混凝土上 ， 承受8 m系梁分段混凝土荷载。牵索 挂篮总体结构布置见图5 。 挂篮行走顺序为 ： 行走纵梁到位 ， 前后端锚 固 一 拆除底篮后锚 ，底篮后端 由C 型梁悬挂于系梁 上准备 行走 底篮、 底模、 外侧模行走到位- + 底篮后端转换吊 点 ， 准备浇筑下一块段混凝土。 3 6 2系梁节段 施 工 系梁节段施工顺序为 ：挂篮拼装 挂篮锚 固就 位一挂篮锚固检查一挂篮预压一系梁节段 自两边 向跨 中浇筑至合龙 ( 图6 ) 挂篮后退、 分解。 挂篮安装和第一段现浇支架结合在一起 ，利用现 浇支架作为挂篮的底篮系统。 3 6 3系粱合 龙 系梁普通块段施工完毕后 ，先将其中一套挂篮后 退拆除 ， 利用另一套挂篮进行系梁合龙段 的施工。 挂篮 行走到位后 ， 前后锚点均锚 固在箱内， 进行合龙段混凝 土施 工 ( 图7 ) 。 为保证合龙段两端变形协调 ，减少养护阶段混凝 土受外界的影响 ， 合龙段需用型钢临时固结。 为避免混凝土开裂，系梁合龙宜在一天中的低温 下进 行 。 3 7吊杆 安装 及张 拉 吊杆布置采用尼尔森体 系，该体系拱桥能提供较 大的纵向刚度 。 具有良好的动力性 ， 能满足铁路重载和 高速运行 的要求。吊杆间距为8 m， 两交叉吊杆间的横 向中心距为3 4 0 mm。吊杆采用1 2 7 7 高强低松弛镀锌 平行钢丝束。 系梁每施工一阶段 ， 即安装相应位置处的吊杆 ， 并 进行初张拉 ，拆除墩梁固结后复查吊杆索力并调整至 设计值 二期恒载施工完成后复查吊杆索力并调整至 设计 值 。 4结语 本工程为高速铁路桥梁 ， 对施工误差控制严格 ， 因 图 5 牵索挂篮总体结构布置图 图 6 挂篮前移浇筑施工示意图 图 7 系梁合龙施工示意 图 此 施 工 中要 严格 控 制每道 工 序 ，使桥梁施工按设计要求进 行 ，确保施工质量满足设计和 规 范要 求 。 施工过程中采用拱脚与墩 顶的固结 ，会对桥墩及桩土产 生一定推力 ，由于主墩桩侧的 土体侧 向抗力很难 计算清楚 ， 故主墩侧向抵抗模量不易计算 准确， 是一个值得研究的课题。 参考文献 1 冯广胜 尼尔森体 系提篮拱 桥施工 技 术 J 铁道标 准设计 ， 2 0 0 5( 1 O ) 4 2 44 2 张瑞森 无支架先拱 后梁系杆拱 桥 施 工技 术 J 铁道 标准 设计 ， 2 0 0 5 ( 7 ) 4 9 - 5 2 3 陈志成 钢管 混凝土拱 桥施工技 术 J 铁道建筑 ， 2 0 0 7 ( 3 ) 3 6 3 8 4 王 为凯 嘉兴 市平湖塘钢 管混凝土 系杆 拱桥 施工技 术 J 建筑技 术 ， 2 0 0 7 ( 2 ) 1 0 8 - 1 1 1 5 李 清 富 ，张 占锋 ， 王雄 钢管 混凝 土拱 桥拱 肋泵 送混 凝土 施 工技术 研究 J 施工技术 ， 2 0 0 6 ( 8 ) 5 6 5 9 6 刘 云斌 鲁家峙 钢管混凝 土拱桥混 凝土 系杆梁施工 中的关键技术 J 桥梁建设 2 0 0 6( s 1 ) 4 2 4 4