宁波鄞州二桥钢管混凝土拱桥施工技术.pdf

o舒梁与结构o 宁波鄞州二桥钢管混凝土拱桥施工技术 高 智 神 ( 中铁大桥局五公 司，九江 3 3 2 0 0 0 ) 摘要 ： 介绍了钢管混凝土拱桥的工艺流程 。结合鄞州二 桥的施工情况 ， 详细 阐述 了采用缆索 吊机安装钢管拱肋 和 顶升施工钢管混凝 土的方法 。对超静定结构 的吊杆横梁的吊装施工提 出了新的解决办法 。 关键词 ： 钢管混凝 土 拱桥缆索吊装施工技术 1 工程概 况 宁波市鄞州二桥主桥结构为中承式钢管混凝土 系杆拱桥 ， 跨径布置为 3 0 m+1 0 0 m+3 0 m。中拱 拱肋轴线采用直线+ 二 次抛 物线+ 直线形式 的钢管 拱 ，边跨 ( 飞燕 )为预应力混凝土拱。矢高主跨为 1 5 5 5 8 m、 边跨为 4 4 4 5 m。 主桥横桥 向布置 3条拱肋 ，拱肋轴线间距为 1 4 5 m。 拱肋结构 由两部分组成 ， 从主墩 中心线向跨 中水平距离 1 2 m范围内为混凝土结构 ；其余部分 为 + 8 0 e m钢管混凝土结构。 钢管拱肋采用分节预制 、 缆索 吊机安装 的方法， 每条拱肋分为 5段 。拱肋内填 c 5 5微膨混凝 土。 吊杆横梁为预应力 钢筋 混凝 土结构 ，长度为 3 5 1 m， 两端设钢悬臂。 主车道设在拱肋之间 ，辅车道及人行道设在横 梁向外悬出部分 ， 桥面全宽为 4 3 0 m。吊杆由 7 3根 7 mm低松 弛镀锌高强钢丝组成 ，吊杆纵 向间距 4 m， 下导管设一 防震装置。 系杆采用标准强度为 1 8 6 0 mp a的 1 5 2 mm 环氧全涂装无黏结钢绞线 ， 全桥共设 3 6索 ， 每索系 杆 由 1 9根钢绞线组成 ， 分别布置在 3条拱肋之间。 锚 固点与锚 固点之间的间距为 1 4 6 m，锚固在 边拱飞燕上。 2 缆索吊机结构 由于在施工期间应满足航运要求 ，宁波鄞州二 桥钢管拱的架设及吊杆横梁安装采用双主索缆索吊 机的施工方案。同时受机场净空的影响 ，缆索吊机 塔架由原设计总高 6 2 m改为 5 4 m。缆索吊机结构 见图 1 。 缆索 吊机塔架 由上下两段组成， 下段为扣索 塔架( 架高 3 4 0 m) ， 上段为吊机塔架 ( 架高 2 0 0 m) ， 中国市政工程 2 0 0 5年第5明( 总第1 1 7期) 图 1 缆索 吊机结构 吊机宽 3 5 m， 截面形式为 2 m2 i i 1 。塔架分别布置 在 8 、 9号墩墩顶 ，扣索塔架与基础以及扣索塔架与 吊机塔架之间的联结均采用铰结。 缆索吊机主跨 1 0 0 m， 额定起重量 24 0 t 。吊 机 主索选用 5 2 mm钢芯钢丝绳 ， 8根主索 分成 2 组 ， 每组 4根 ， 主索两端分别锚 固于 4号墩和 1 3号 墩两侧的重力式地锚上。2组主索中心距 2 9 m。每 组主索均设 2台天车 ，间距 1 0 m， 2组天车可单独 纵移亦可同步纵移。进行起吊作业时 4个天车下的 吊点可单独亦可 同步起升降落 ； 同时 ， 设置 2根扁担 梁 ，以满足中间钢管拱肋节段及吊杆横梁安装对位 的需 要 。 3 主拱混凝土段及混凝土飞燕施工 主拱混凝土段及飞燕利用现浇支架施工，考虑 到所处地质层淤泥深度达 1 8 - 1 9 i l l ，支架基础采用 钢管桩 ， 支架采用贝雷梁拼装。 支架经压重 自然沉降 基本完成后再进行钢筋及模板的安装和混凝土浇筑 作业。 4 钢管拱肋制造、 安装 4 1 钢管拱肋及风撑的工厂制造 考虑到钢管拱跨度不大及现场吊装能力和运输 2 5 维普资讯 方便 ， 钢管拱肋采用直线逼近法进行加丁。 5 - 7 1 1 1 拱 肋段划分为一拱肋单元 。每 片拱肋按单元制造 、 孔组拼后分割成段。 制造流程 ：原材料检验一放样一下料一 j j i j ， l 一 装配与焊接一节段组焊接过程检测一整孑 l 焊拼一临 时匹配对位法兰安装一分割成段。 因拱肋吊装施工系高空和水上作业 ，对接安装 又受到水域封航时间的限制 ， 拱轴精度标准高 ， 施工 难度大 ， 技术要求高 。每片拱肋分成 5段 ， 共 l 5段 ， 另有“ k ” 撑 8件 、 “ 一 ” 撑 2件。 4 2 钢管拱肋的安装 1 ) 拱段下水 ： 钢管拱肋在工厂制造完成后 ， 用汽 车运至专用下水码头 ，再用 自航驳运至鄞州二桥缆 索吊机底下 ， 由缆索 吊机起吊。 2 ) 拱段对位 ： 起 吊后 ， 观察拱肋 的翘起角度 ， 调 整前后吊钩的高度 ，应使拱段大致与实际安装角度 基本相符。4台天车同步走行到设计位置 ， 4钩同时 松钩到一定位置。将钢混结合处的单 向铰轴销事先 用铁丝固定于铰座上 ，后吊点上下移动将法兰对准 钢混结合处的单向铰， 并用手动葫芦配合拱肋定位。 3 ) 扣索 、 锚索安装 ： 钢管拱分段拼装过程 中 ， 扣 索采 用 3 i 1 5 2 4 mm、 o r =1 8 6 0 mp a钢绞线 束 ， 前 端在拱肋起 吊前挂于拱肋上，后端在拱肋基本定位 后 扣 于 扣 索 塔 架 上 ；锚 索 采 用 4 1 5 2 4 mm 和 8 + j 1 5 2 4 mm、 =1 8 6 0 mp a钢绞线束， 锚索前端锚 固于扣索塔架上 ， 后端锚固于边拱飞燕拱端上 ， 见 图 2 。扣索和锚索张拉端设置在扣索塔架顶 ， 采用 y c 一 图 2 钢 管拱 吊装示意 图 1 5 0和 yc 一 2 5 0顶分级 同步张拉 ，并控制塔顶位移 在允许范围内。同时缆索 吊机上 、下游天车分级 同 步卸载， 利用缆风绳调整拱段 中心线到设计桥轴线 ， 2 6 张托 索 、 铺索 ， 调整拱肋前段标高到监控标高。 4 ) 拱肋 合拢 ： 桥梁两岸对称安装各拱段 和“ k” 撑 ， n ： 至合拢口。合拢段长度为 6 o 0 m。 由于拱肋已 进行 r骼孔预拼，合拢段 的长度基本上无需大的调 整。 两侧拱肋的高程线型调整好后 ， 用钢尺测量合 拢 口长度 ， 并对现有合拢段作适 当的修整 ， 等待合拢 温度。 当气温达到设计合拢温度 ， 立即拧紧临时法兰 上的高强度螺栓 ， 实现瞬时合拢 ， 锁定拱轴线型 。合 拢后 ，应选择一个一天 中温度变化不大的区间立即 对称焊接合拢段 ， 以免温差过大引起轴线变化。 5 ) 体系转换 ： 当钢管拱合拢后 ， 立即安装好“ 一” 撑 ， 然后进行钢管拱接头的焊接 ， 最后将钢管拱肋拱 脚锁定， 由铰结变为固结。 拆除拱肋上的扣索和扣塔 上的锚索 ，钢管拱肋的 自身重量 由钢管拱肋的拱形 结构承受 ， 实现钢管拱肋的体系转换 。 4 3 混 凝土 施工 钢管中的混凝土为 自密式混凝土，灌注时不振 捣 ， 工作性能要求很高 ： 混凝土应有 良好 的可泵性 ， 在泵送顶升的时间内， 混凝土能保持优 良性能 ； 泌水 率较小 ， 且流动度高 ， 便 于混凝土 自动扩张填充 ； 混 凝土为补偿收缩性 ， 其微膨胀率 收缩率。 本桥钢管混凝土设计强度为 c 5 5 。施工应考虑 混凝土在单管泵送完毕的时间内和易性 良好 ，混凝 土出料时坍落度须大于 2 2 c m， 泵送时应大于 2 0 c m， 4 h后坍落度不能小于 1 6 c m。 混凝土的初凝时间不 小 于 1 2 h ，混凝土 3 d强度不能低 于设计强度 的 8 0 。 本桥混凝土配合 比见表 1 。 本配合 比测得混凝 土限制膨胀率为 0 0 2 8 。 表 1 混凝土配合比 k g m。 灌注混凝土前 ， 清洗并润湿泵管内壁 ， 并先泵送 部分砂浆以润滑管壁， 减小泵送时的摩阻力。 在钢管 拱的混凝土入 口处将砂浆排出 ，待砂管 口出现性能 好的混凝土后方将泵管与钢管拱脚处混凝土人 口相 连。开始泵送混凝土时 ， 泵机处于低速压送状态， 并 应注意观察泵的压力和各部件工作情况 ，待泵送顺 利后 ， 提高到正常压送速度。 泵送混凝土的压送顶升 连续进行 ， 尽量避免停泵 。当混凝土供应不足时 ， 降 低压送速度 ， 以免 中断； 同时也须防止空泵 。 混凝土泵送顶升时 ，严格遵循丽岸对称的要求 进行 ， 通过混凝土用量及敲击声音等来判断。 两岸混 中国市政工程 2 0 0 5年第5期 总第1 1 7期) 维普资讯 凝土相差量不允许大于半个 吊杆间距( 2 0 m) ， 设专 人检查指导该项工作 。混凝 土顶升快到拱顶时 ， 用 一 低压行灯从 出气 口处放人 ， 施工人员观察孔 中混 凝土的上升情况 ， 以明确两岸混凝 土泵 的工作 。混 凝土顶升快到拱顶时 ， 应控制东西两岸 的速度， 要保 证东西两岸的混凝土 同时到达加压管 ， 并要保证初 进入拱脚的劣质混凝土都能从溢流管排 出钢管拱 ， 待溢流管中排出均质的混凝土方可停泵。 鄞州二桥钢管混凝土灌注得相当成功 ，全部拱 肋灌注完成仅用 了 1 0 h 。经检测和钻孔检查后 ， 除 局部位置的混凝土有脱粘外 ， 未发 现有空洞和脱空 现象 ， 其强度和密实度等性能均满足规范要求。 5 吊杆横梁安装 吊杆横梁共 1 9片， 每片吊杆横梁由 3根 吊杆分 别 吊挂于 3条拱肋之上 ，为超静定结构。每片吊杆 横梁重 8 0 t ， 整体长度为 3 5 1 m。 如利用缆索吊机将横梁整体 吊装 ，存在如下问 题 ： 一方面， 吊装时横梁中点的受力情况与运营时横 梁中点的受力情况完全相反 ，即吊装 时横梁 中点处 为正弯矩 ， 而运营时横梁中点处为负弯矩 ， 如此势必 需要增加 吊装用的临时预应力 ，设计和施工都很繁 琐 ， 质量不易于保证 ； 另一方面 ， 因混凝土横梁刚度 大 ， 安装 时吊杆力调整困难 ， 无论 吊杆怎样调整 ， 都 会对横梁造成事实上的两点受力 ，影响桥梁 的结构 受力和安全 ， 为了保证 吊杆横梁 3根 吊杆均匀受力 ， 经过多方面的分析和研究 ，特在横梁施工过程中设 置一施工铰点 ， 待全部横梁安装好 ， 并且高程全部调 整完成后 ， 再将横梁中部固结形成连续梁。 横梁预制时分为一长一短 ， 长段 为 a段 ， 短段 为 b段 ， 见图 3 。安装 时先进行 a段梁 的吊装 ， 并在 a段的湿接头端安装临时铰结平台 ，将高程作适 当 调整后 ， 再吊装好 b段梁。 b段梁就位时应严格控制 中吊杆与 b段梁边 吊杆之间的距离。铰结平台有纵 梁。 它由 4片 3 0 0 mm的槽钢制作而成。 平台安装时 用精轧钢筋进行预拉 ， 以减小横梁 b段支于平 台时 平台的变形。 图 3 吊杆横梁安装示意 图 全部横梁安装完成后 ，作好梁段的高程及 中线 的精确调整 ， 即可进行横梁湿接缝和纵梁施工 ， 使桥 面形成框架体系， 悬挂于钢管拱肋之上。 6 系杆 系杆布置在横梁顶 面和行 车道板之间的空隙 内。通过横梁顶面的转向器实现系杆轴线和桥面 的 竖曲线一致。 系杆随拱上荷载的增加进行分批张拉 ， 确保系杆水平力同钢管拱产生的水平力平衡 。 7 结语 本施工针对桥梁的实际情况采取 了以下几条措 施来保证施工的质量和精度，值得同类桥梁的设计 中国市政工程 2 0 0 5年第5期( 总第1 1 7期) 和施工进行借鉴。 1 ) 钢管拱肋采用整体成形 ， 再根据吊重和运输 要求