钢筋混凝土钢架拱桥施工技术

钢筋混凝土刚架拱桥施工技术摘要： 钢筋混凝土刚架拱桥施工工艺主要特点是采用条形、分段预制构件使主拱先合拢成拱，然后安装微弯板、浇桥面组成整体。介绍327国道利沟大桥加宽施工中，构件预制、起吊、安装等施工技术。钢筋混凝土刚架拱桥是在双曲拱桥、桁架拱桥和斜腿刚架拱桥的基础上发展起来的，由主拱腿、实腹段、腹孔弦杆、斜撑和横系梁等构件拼组而成裸肋，然后在其上安装带有加劲肋的微弯板和悬臂板，并通过现浇混凝土桥面与裸肋结成整体组合结构。该桥型具有自重轻、材料省、整体性能好、外形美观、装配化程度高等优点。 327国道k164+k177处利沟大桥原为4m30m双曲拱桥，桥宽仅7.94 m。1999年加宽7.06 m，列入山东省公路局养护改建工程。加宽部分下部为扩大式基础，重力式石砌墩台，上部为4m30m钢筋混凝土刚架拱，该桥全长152.12m。利沟大桥加宽每孔采用三片拱肋，为卧式三片叠放浇筑，每拱片为实腹段一段、拱腿、斜撑、弦杆各二段共分七段预制，两台汽车吊(25t)同时起吊、翻身，炮车、挂车运输，有支架安装。实腹段与拱腿、弦杆与拱腿接头以及裸肋与横系梁接头采用钢板焊接接头(称干接头)，以保证快速成拱；其余构件采用现浇混凝土接头(简称湿接头)，以较大调节接头误差范围，节省钢材。同时，干接头钢板周侧缝采用环氧水泥砂浆，有效防止钢板锈蚀。 拱腿；实腹段；斜撑；弦杆； 现浇混凝土接头；钢板焊接头；横系梁 主拱片构造示意刚架拱桥受地形、跨径等限制，常规规划、建设采用较少。且现行桥涵施工技术规范及有关桥梁资料对该桥型施工技术介绍较少，缺乏施工经验，特别是拱片预制、吊装施工难度较大，现就利沟大桥加宽施工，构件预制、起吊、运输、安装等工艺要求及方法作简要介绍。 1 构件预制 327国道利沟大桥刚架拱桥的预制构件有：拱片12片，每片共计84根构件，横系梁112块，微弯板104块，悬臂板52块，全桥总计预制构件352块。为保证拼缝尺寸的精确度，预制构件采用放全桥大样进行预制。拱片预制采用卧浇且在竖向三片叠浇的方法，以节省预制场地，减少模板放样的工作量，并保证连接横系梁的预埋铁件位置的正确和避免放样差错，模板采用木制包白铁皮模板，方便加工。 1.1 构件预制场地 构件的预制在固定的混凝土预制场内进行。场地的铺筑，按如下程序进行：清除障碍物粗整平压实测量并找平铺片石(拳石)浇混凝土面层。采用C15混凝土，厚6cm石砌地膜浇低标号混凝土，可充分利用当地砂石资源，又保证底模的强度和平整度。 1.2 拱片放样 采用坐标法放样，先放跨径尺寸,再分段放出纵横坐标，将坐标点连接到拱片下缘线。据设计尺寸定出拱片、斜撑、弦杆轴线，画出构件轮廓线及交角圆弧线，定出各吊点位置、横系梁联结点位置及大小结点位置。放样后由总工校核，临理工程师验收合格。 1.3 拱片模板 拱片为条弧形预制件，为制作方便、降低造价，可采用红松板材制作，用0.3mm厚的优质的铁皮覆包表面，这样既能达到钢模板的效果，又能现场加工，可缩短制作时间。为便于拆装，每块模板长3m5m，接头采用企口式，模板厚5cm，为抵抗侧向弯曲，模板背面每隔50cm钉竖向肋木加固。 1.4 钢筋骨架制作与就位 钢筋骨架采用分部成型、整体入模的方法，采取先放置钢筋骨架，然后现场焊接接头和安装固定横向联结系预埋件，调整点焊好现浇混凝土接头处钢筋，校核无误后立模。施工时拱腿、斜撑、弦杆三部分提前加工成型，实腹段现场扎制，接头钢板提前加工，这样有利于分段接头钢板焊接时的位置准确，又便于各工序有效衔接，节省工时、方便施工、保证骨架成型的质量。 1.5 立模 把模板沿放样线拼装成整体，调整好板垂直度、直顺度、底部、上部用螺栓加固。接头缝用1cm厚的海绵条填塞，底模铺一层塑料薄膜。模板表面涂刷脱模剂。待第一片强度达到30%以上时，叠浇第二片、第三片，立模时，先做一层水泥掺粘土砂浆2cm 厚隔离层，然后加固模板，确保立模不变形，尺寸准确。浇混凝土前，应对模板尺寸、钢筋尺寸、位置、焊接长度、预埋件数量、位置等做全面检查，无误后进入下道工序。 1.6 浇筑混凝土 严格按设计配合比配料、拌制。拌制时严格控制配合比及拌制时间，随时检查混凝土塌落度、和易性。浇筑时，每一预制段必须一次浇完，不留施工缝。混凝土的振捣，采用插入式振动器，要控制振动时间，使混凝土表面达到不冒气泡、下沉、表面返浆平整。振捣器切勿碰撞侧模，也不能插入过深，以免模板变形。预制每个构件时，随机取样做三组混凝土试块，分别做3 d、7 d、28 d抗压强度试验。混凝土达到设计强度25%后即可拆模。脱模后应及时养生，采取覆盖草袋并及时洒水，确保构件经常保持湿润。1.7 微弯板悬臂板预制 为了节省木材，采用土模，表层必须做6cm石灰土，并夯实。加强土模覆盖，以免经雨变形。横系梁的预制在浇筑地膜上，立木制包白铁皮的侧模板浇筑。可在大件预制的同时进行。 1.8 设置槽孔 为保证裸肋与桥面整体承受活载，在实腹段及腹孔弦杆截面的凸出部分，除应凿毛外，还需设置侧向齿槽或槽孔。槽孔的制作是在卧浇预制混凝土的构件时，在肋顶凸出部分紧靠上缘钢筋处，插入一块底面积为1020（cm）的木块，于混凝土初凝前拔除成孔。同时在槽孔顶部留溢浆孔。每个槽孔中插入两根8mm10mm的钢筋，长70cm，以便与桥面钢筋连接作为锚固筋。 2 构件的起吊 为使构件接头位置准确，起模前要将构件编号并复核尺寸，待构件混凝土强度达到设计强度的70%时，方可起吊。所有构件除实腹段应空中翻身外，其余构件均可直接翻身就位，其起吊翻身应须仔细小心，以免误伤构件。因此，利沟大桥所有预制构件起吊的重点是实腹段。因为实腹段内弧是二次抛物线，且为卧叠浇制，起吊不慎，容易因弯矩不等造成断裂或裂缝。其实腹段起吊过程如下。 (1)先将叠放的构件用撬棍多点微微撬动，同时准备2根3根撬棍待起吊时再辅以撬动。 (2)用二台汽车吊(25t)，分别拴住构件两端上、下缘吊环，拴下缘吊环必须用倒链，两吊车同时轻、慢提升，撬棍与之配合轻撬动，构件一端撬起的高度要控制在2cm之内，边撬边垫同一直径8mm的短钢筋，当4点一同上升上缘稍有移动时，再用20mm的短钢筋逐步深入，待与底部完全脱离，上部缓慢上升，下部倒链回放，使拴下缘吊链逐渐放长，构件逐渐立起，直至构件完全成垂直状，将倒链取下，构件翻身完成。 实腹段起吊示意(3)注意点：起吊过程必须严格控制，决不能使实腹段下缘两端点着地，造成跨中弯矩过大，而使构件发生裂缝甚至断裂。同时要注意两台吊车同时均匀、缓慢提升，保证两端升空高度一致，下缘回放迅速。 3 构件的运输 所有构件运输，根据构件重量采用10t20t挂车，部队退役炮车最为理想。 (1)构件翻身完成起吊到一定高度，将准备好的拖车开入，使构件轻轻下放，构件两端吊环处放枕木，使构件两端不接触车厢为宜，然后用倒链将构件捆牢，以免在运输中倾斜或歪倒。(2)吊装前修好预制场到桥位的便道，运输过程有专人指挥行驶，确保行车及构件的安全。 (3)其它构件可按安装次序直接起吊、装车、运输，但也要确保构件的完好、安全。 4 构件的安装 所有预制构件的安装应严格按设计说明及规范要求进行，安装前必须先搭好临时支架，准备好一切吊装设备、材料等。 4.1 临时支架的搭拆 本桥设计为有支架施工，因此在吊装前必须先搭设临时支架及安装操作脚手架。 4.1.1 支架的搭设 支架为临时支撑构件自重及分段接头施工方便，其位置均放在构件吊环处，同时考虑安装操作人员脚手架。构造：实腹段采用100100（cm），其余采用100200（cm）。每支架采用4根48mm壁厚为3.5mm 空心钢管为立柱，每2m高设横撑及斜撑，同时，要进行强度及稳定性验算。 4.1.2 支架拆除 待接头混凝土达到设计强度的70%后，可松动楔木，实施落架，随后可拆除支架。拆除时应对称、均匀进行。 4.2 构件的安装 利沟大桥安装施工顺序及要求如下。 4.2.1 安装拱腿 拱腿起吊后，两端分别支撑于支座和支架上，支座内必须做浆，拱腿周围用硬木楔塞紧，尺寸就位检测准确。待微弯板安装完毕，拆除木楔后，再进行灌注侧壁砂浆，达到由铰结到固结目的。 4.2.2安装实腹段 用2台汽车吊同时起吊实腹段，在支架上与拱腿对接好后，电焊钢板接头，形成裸肋。 4.2.3安装裸肋部分横系梁 裸肋安装好后，安装拱腿与实腹段的横系梁，拱片内预埋的槽钢与横系梁预埋的槽钢由角钢相连焊接。焊前，由立柱底部木楔调整、控制好高程。焊好后立模浇接头混凝土。混凝土标号比构件高一级。 4.2.4安装斜撑 斜撑起吊后，分别支承于斜撑支座和支架上，斜撑底必须做水泥砂浆，支架可在安装裸肋完毕后搭设。 4.2.5安装弦杆 弦杆起吊后，分别支撑于弦杆支座和大节点上，调整弦杆与斜撑，弦杆与实腹段的接头位置，直至满足设计要求。先将弦杆与拱腿结合处的钢板、弦杆与实腹段接头钢筋焊接再浇混凝土接头。 4.2.6 安装弦杆部分的横系梁 弦杆安装完毕后，安装弦杆部分的横系梁，方法同423。安装前在实腹段及弦杆标出微弯板分块位置，安装时应从跨径两端向跨中进行，或拱顶向两端对称安放，砌缝均为1cm，板底要做浆。悬臂板安装要先搭支架，并与微弯板拉牢。板之间及与肋间的缝要用细石混凝土灌实，板底要用水泥砂浆勾缝。 5 构件拼接接头施工 构件安装的相应环节，要及时处理好构件的接头。利沟大桥施工，为能较大调节接头误差范围，减小接头拼接难度，采用干接头、湿接头及环氧水泥砂浆工艺，取得良好效果。 5.1 干接头施工程序 为保证安装时快速成拱，实腹段与拱腿、弦杆与拱腿接头以及裸肋与横系梁接头采用钢板焊接接头(简称干接头)，全桥共272个干接头。其处理程序如下。 5.1.1 块件定位测量 构件起吊就位及时检测定位线、中线、高程，测量拱顶、拱脚、1/4处高程，各项指标及时调整直至满足设计。同时满足预留拱度(本桥为2.5cm)。 5.1.2 接头钢板检验 先清除污渍、锈蚀。检测两对接钢板有无缝隙、错位，是否牢固，以便采取相应措施。 5.1.3 钢板接头焊接 要有熟练的专业技师，持证操作，所用焊条满足现行规范要求。焊接方法采用跳焊法，分段、对称交错焊接。既防止混凝土被烧坏，也可避免钢板局部过热变形。焊后，有专业技术员检验。 5.1.4 环氧水泥砂浆抹缝 接头焊好后，为防止干接缝中水气浸入，导致钢板锈蚀，接头钢板周圈用环氧水泥砂浆抹缝、颜色一致、外表美观。环氧水泥砂浆的配比(质量比)为：环氧树脂E44(6101)乙二胺(EDA)二丁脂甲苯细砂水泥=1010120184515。配制方法为：先称量前四种化学试剂倒入大容器内搅拌均匀，然后加入事先拌匀的水泥和砂混合料，搅拌均匀后即可使用。注意：每次配料不宜过多，应随配随用，气温20 时，有效使用时间为3 h4 h。同时要注意，乙二胺毒性较大，操作人员须戴口罩和橡皮手套防毒。使用效果：利沟大桥经一年多运行，接头所涂抹环氧水泥砂浆没脱落、裂缝，有效防止水气浸入。5.1.5 接缝养生 待接缝砂浆稍干后，先洒少量水，然后用黑色塑料薄膜将其周侧包扎紧，并定期洒水，以保持湿润，确保不脱落和强度的形成。 5.2 湿接头施工程序 为能较大调节接头误差范围，减少拼装难度，弦杆与实腹段、弦杆与斜撑接头采用现浇混凝土接头(湿接头)，全桥共48个湿接头。其处理程序为：块件定位、测量接头钢筋焊接安装湿接头模板现浇湿接头混凝土湿接头混凝土脱模养生。 6 桥面系施工 6.1 现浇混凝土填平层及桥面 先将悬臂板与微弯板加劲肋外伸钢筋焊接，在每个预留肋顶槽孔内穿入两根10 mm12mm，长70cm 的钢筋，然后将凹下去的三角形部分用现浇混凝土填平至微弯板顶，再铺设钢筋网现浇混凝土桥面。桥面的浇筑严格按路面施工规范进行。桥面混凝土每孔一天完成，避免施工缝。 6.2 现浇混凝土防撞栏 桥面混凝土达到设计强度70%以上时，焊接防撞栏钢筋，立模，浇混凝土。 6.3伸缩缝处理 桥面浇筑时留出伸缩缝安装宽度，固定焊接伸缩缝，检测好高程，浇混凝土。混凝土标号为C40，混凝土掺入环氧树脂。浇好后，加强养生，确保混凝土强度。 7 施工注意事项 7.1 墩台帽、拱座台冒检测必须达到设计强度。桥位中线，跨径，墩台高程，弦杆支座位置、高程要满足设计要求，校核无误后方可吊装。 7.2 拱腿及斜撑伸入墩台帽30cm，在浇筑墩台帽时预留凹槽，并在凹槽内留深6cm，宽8cm的灌浆槽，确保各部位尺寸，位置准确。 7.3 吊安装前，两侧U型桥台背后最好填渗水性好的砂，碎石(卵石)等材料，保证填料的密实度，并填至台帽之上，以保证桥台受力时安全。 7.4 吊安装前干接头钢板、湿接头钢筋要检测，整型，使其位置、尺寸准确，同时要除锈蚀和污渍。构件凸出部分表面及构件湿接头表面必须凿毛。 7.5 拱片起吊要严格控制两端点的升空高度一致，必须在2cm之内。要恰当掌握预留拱度，及时检测。安装时严格操作程序。 7.6 环氧水泥砂浆的配制要严格配比称量，要随配随用，注意防毒。同时，不要将环氧残液或洗刷用具的残液倒入河中，以免污染河水，造成人、畜中毒。 7.7 制定质量、工期保证措施以及安全生产措施，防止人身及构件出现事故。要切实强化交通管制和高空作业、用电及施工机具的安全管理。 8 结语 327国道利沟大桥加宽，拱片采用三片卧叠预制，整体立模，分段浇筑，节省场地，拱片尺寸一致；采用干、湿接头，节点位置、尺寸控制准确。干接头能快速成拱，湿接头可较大调节接头误差范围，采用环氧水泥砂浆，能够有效防止水气浸入，砂浆不致随荷载振动而脱落，保证接头钢筋不锈蚀，为今后养护减少麻烦；预制地模采用石砌浇低标号混凝土，可充分利用当地资源优势，保证底模强度，侧模采用红松木制包优质的白铁皮，既方便加工，又降低造价；钢筋骨架分段成型，现场焊接就位，有效节省工时，