（安全技术及工程专业论文）钢管混凝土拱桥施工安全技术的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t a st h ee c o n o m yo f o u rc o u n t r yd e v e l o p s ，t h en e e dt ob u i l dp l e n t yo f 昭f e ， e c o n o m i c ，a n db e a u t i f u lb i gs p a nb r i d g e sa l s oi n c r e a s e s t h r o u 曲m a n yl o n g y e a r so fp r a c t i c e s ，o u i c o u n t r yh a sa c c u m u l a t e dr i c he x p e r i e n c e so nt h e c o n s t r u c t i o no fa r c hb r i d g ew i t l lc o n c r e t ea n ds t e e lt u b ea n d , h e n c e e s t a b l i s h e das e to f r e l a t i v e l yc o m p l e t et e c h n i q u e si nb u i l d i n ga r c hb r i d g ew i t h c o n c r e t ea n ds t e e lt u b e b u ta sak i n do f b r e a k t h r o u g ht ot h et t a d i t i o n a lb r i d g e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , t h ec o n c r e t ea r c hb r i d g eo fs t e e lt u b ew a r r a n t ss o m e s y s t e m i cr e s e a r c hi nr i s ka v o i d a n c ea n ds a f er e a l i z a t i o ni ns o m es p e c i f i cf i e l d s a n di nt h ec o u r s eo f i t sc o n s t r u c t i o n t h i sp a p e rw i l lu s ear e a le n g i n e e r i n ge x a m p l e ( t h eb r i d g eo v e ry e l l o w r i v e ra tg o n g - b og o r g e ) t os t u d ya n dp o p u l a r i z et h em v 锄c e dt e c h n i q u e su s e d i nt h ec o n s t r u c t i o n , t op r o v i d es o l u t i o n st or e l e v a n tp r o b l e m se n c o u n t c r e di n t h ec o n s t r u c t i o nr e g a r d i n gt h ei m p a c t0 1 1s a f eu s a g e , a n dt op r o p o s et h e o r e t i c a l r e s e a r c hi nt h es a f ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u eo ft h eb i gs p a nc o n c r e t ea r c h b r i d g eo fs t e e lt u b eo fl a r g ed i a m e t e r b yt h er e s e a r c hi nt h ec o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yo ft h ec o n c r e t ea r c hb r i d g eo fs t e e lt u b e , t h ec o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yo ft h i sk i n do fb r i d g ew a sm a d em o r ea d v a n c e d , m u c hs a f e ra n d m o l er e l i a b l e a n de a s i e rt os a t i s f yd e s i g nc a p a b i l i t y t h i sp a p e r , t h r o u g ht h ea n a l y s i so f t h ec u r r e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo f t h ec o n c r e t ea r c hb r i d g eo fs t e e lt u b e h a sam e a n i n g f u lb r e a k t h r o u g hi n s u g g e s t i n gs o m ec h o i c e so fs a f ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e si nb u i l d i n gc o n c r e t e a r c hb r i d g eo fs t e e lt u b ei no b rc o u n t r y , a n di np r o v i d i n ga c o m p l e t ea n a l y s i s ， p r o o f , a n dv a l i d a t i o no ft h es a f ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e so ft h ec o n c r e t ea r c h b r i d g eo f s t e e lt u b ei nt h e a c t u a lf i e l d t h i sr e s e a r c hw i l lb ee l a b o r a t e di nt h ef o l l o w i n gt h r e ep a r t s ：t h ef i r s t p a r tw i l ld e s c r i b et h ep r o b l e m t h eh i s t o r yo ft h es a f ec o n s t r u c t i o np r o b l e m s i nb u i l d i n gt h ec o n c r e t ea r c hb r i d g eo f s t e e lt u b e t h es e c o n dp a r tw i l la n a l y z e t h ep r o b l e m t h r o u g ht h em u l t i s i d e da n a l y s i sb a s e do nt h ed e s i g nf e a t u r e ， s t r u c t u r e ，s p a c e ，a n dc o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h eb r i d g eo v e ry e l l o wr i v e ra t g o n g - b eg o r g e ，t oc o m p l e t e l ya n a l y z et h ep r o b l e mo fs a f ec o n s t r u c t i o no ft h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 c o n c r e t ea r c hb r i d g eo fs t e e lt u b ef r o mar e a le x a m p l e t h et h i r dp a r tw i l l d e s c r i b es p e c i f i cc h o i c e so fs o l u t i o n st op r o b l e m s t op r o v i d et e c h n i c a l r e s e a r c hi ns o l v i n gt h ep r o b l e mo ft h es a f ec o n s t r u c t i o no ft h ec o n c r e t ea r c h b r i d g eo fs t e e lt u b e ，a tt h es a m et i m e , t od e s c r i b et h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o no f t h e s et e c h n i q u e s ，a n dr a t i o n a l i z et h et h e o r e mo ft h es a f ec o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s g e o r d s ：t h ec o n c r e t e a r c h b r i d g e o f s t e e l t u b e ；c o n s t r u c t i o n m a n a g e m e n t ； c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ；s a f et e c h n i q u e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 随着经济的迅速发展，需要建造能够跨越江河、海湾和山谷的，安全 经济且轻盈美观的大跨度桥梁。目前，钢管混凝土在我国已经被广泛地应 用于拱桥结构中。 在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度 很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。 但是钢管混凝土拱桥的施工安全是尤为重要的，施工中各个环节均不能出 现问题。 “钢管混凝土拱桥施工安全技术”问题，众多学者在传统桥梁施工 技术的理论研究中有所涉及，但作为对传统桥梁施工技术的一种突破。其 在具体领域及施工过程中如何规避风险从而安全实现却缺乏系统研究，本 课题将结合工程实例从施工中安全管理和工艺技术进行研究推广，对施工 中遇到的影响使用安全的有关问题提出解决办法，对以后的大跨度大管径 钢管混凝土拱桥的施工安全技术提出理论研究；并就钢管混凝土拱桥施工 安全技术问题在现实领域给予全面分析论证，有一定的突破意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外关于钢管混凝土拱桥施工技术的研究 i 美国人尼尔森( n i l s o n ，a h ) 在其混凝土结构设计一书中讲 钢管混凝土拱桥定义为”用钢管、或者钢管桁架，架设成拱在钢管内填充 混凝土而形成的拱桥”。“3 他同时指出，钢管混凝土作为钢一混凝土组合 材料的一种，一方面借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性，提高钢 管的抗腐蚀性和耐久性，另一方面借助管壁对混凝土的套箍作用。提高了 混凝土的抗压强度和延性，将钢材和混凝土有机组合起来，具有材料上的 优越性。 2 美国著名学者普瑞斯特雷( p r i e s t l e y ，m j n ) 在桥梁抗震设 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 计与加固一书中表示：一些大跨径拱桥施工阶段采用钢一混凝土组合杆 件，或钢管混凝土，合拢后再浇注拱圈，可大大减轻吊装重量。带有钢管 的半刚性骨架很可能成为特大跨径拱桥最有前途的施工方法。施工阶段 拱圈轻型化后，施工阶段合理组织安全施工尤为重要，特别是施工的安全 组织和施工机械的安全使用 3 德国学者安妮特博格勒指出在拱桥的发展方向，他认为在未来系 杆拱、中承拱有较多采用的趋势。他在自己的著作轻远德国约格施 莱希和鲁道夫贝格曼的轻型结构一书中提到：系杆拱由于是无推力结 构，对墩台要求较低，整个桥型结构简便、轻巧，桥面视野开阔，广泛用 于公路桥梁。而在城市桥梁和平原地区通航河流上，中承拱往往颇受青睐 因为它可降低桥高，矢跨比大，可减少推力；桥面建筑高度小，可缩短桥 长；造型美观，为城镇增添景色；造价也较低。“ 4 日本的伊藤学教授在其桥梁造型一书中表示目前钢管混凝土拱 桥技术在施工方面，钢管混凝土可利用空心钢管作为劲性骨架甚至模板， 施工吊装重量轻，进度快，施工用钢量省。“1 由于在施工方法上的优越性， 将这种结构用于以受力为主的拱桥是十分合理的。 1 ，2 2 我国国内对钢管混凝土拱桥施工技术的认识 1 张树仁在其钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理一书 中表示：大跨度钢管混凝土拱桥结构，将钢材和混凝土有机地结合起来， 使其在材料、施工和经济上表现出极大的优势。”目前，大跨度钢管混凝 土拱桥的建设主要是缆索吊装一斜拉扣定施工法。随着拱桥结构设计跨径 的增大，大跨度拱桥主拱吊装高度一般较大( 如中承式和下承式拱桥) 。 尤其是运用塔架扣架一体化结构的新型吊装施工技术时，保证钢管拱肋 合拢前期塔架和主肋的稳定性，并使其拱轴线满足设计要求，是主拱安全 的关键技术所在。 2 王钧利在桥梁施工技术及质量控制一书中表示：混凝土悬空， 既影响下部结构受力，又危害上部结构荷载均匀传递和受力平衡，也就是 说，出现这种现象是很危险的，其主要原因是混凝土在浇筑流动过程中， 预埋钢板下的气体无法排除，形成了空洞，为避免该现象的发生。可在 钢板中心用电钻打一个直径5 m m 的“排气孔”，浇筑预埋钢板处混凝土 时，浓水泥浆由“排气孔”冒出即可。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 3 向中富在其桥梁施工控制技术一书。他认为钢管混凝土拱桥施 工中拱脚之钢筋构造纵横交错、交叉重叠，混凝土浇筑困难，振捣棒无法 正常工作，混凝土密实就成了问题。川一般应采用刚度较大的钢模，浇筑 混凝土时，应先用一巨型扁铲( 其宽度振捣棒直径) 在振捣棒插入处， 临时将钢筋间距拨宽，至振捣棒顺利插入、正常振捣为止，可确混凝土振 捣密实；待振捣棒拔出后，开启固定于模板两侧的附着式振动器，一方面 有助于被拨动的钢筋恢复原来位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助于 混凝土密实、均匀。 4 高海波认为配制高性能微膨胀混凝土须使用干净的河砂并严格控 制云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎值，一般选用细度模数2 6 3 1 的中砂为宜。嘲不宜用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对混凝土的膨 胀率影响极大。因此材料选用的安全质量控制尤为重要 5 在混凝土结构设计规范理解与应用这本书中徐有邻指出：为满 足成桥后拱轴线的设计线形，事先要计算出裸拱线形( 预拱轴线) ，再根据 钢管拱吊装施工程序确定出裸拱线形基础之上的拱肋施工预抬高值。” 无论是一次扣索张拉法，还是扣索动态调整技术，都有必要确定扣索伸长 量与拱肋几何位移之间的相互关系。 6 桥梁预应力混凝土技术及设计原理中，作者李国平指出：混凝 土施工可按一般高性能混凝土设计方法进行配制强度计算，不必计算后将 强度提高一个等级作为配制强度，关键在于施工配合比的施工现场验证。 “”设计时应严格控制水灰比，将其确定为定值。混凝土是采用钢管中顶 升灌注，粗骨料在顶升过程中不能因自身重力而下落，否则会造成顶升压 力过大而失败。钢管混凝土压注施工的安全技术越来越备受关注。 1 3 钢管混凝土拱桥施工安全研究的对象 1 3 1 钢管混凝土的结构特点和施工技术 1 、钢管混凝土的特点 2 、钢管混凝土拱桥的施工技术 1 3 2 施工组织安全技术 建立健全施工安全保证体系； 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 、安全施工制度保证措施 2 、安全施工责任保证措施 3 、安全施工思想建设保证措施 4 、危险源的识别及控制措施 1 3 3 钢管混凝土拱桥施工机械安全使用技术 桥梁施工使用的机械、设备较多。主要包括以下几种安全技术： 1 、钢管混凝土拱桥施工机械电气安全技术 2 、钢管混凝土拱桥施工特种设备安全技术 3 、钢管混凝土拱桥施工安全人机工程 1 3 4 钢管混凝土拱桥施工工艺安全技术 1 、钢管拱肋的制作与架设安全技术 2 、钢管混凝土施工安全技术 3 、钢管拱肋变形控制安全技术 1 4 本课题研究的内容和思路 1 4 1 本课题的拟研究内容 1 、钢管混凝土拱桥施工管理安全技术的研究 2 、钢管混凝土施工工艺安全技术的研究 1 4 2 本文研究的思路和方法 本文具体研究思路和方法为：l 、拱桥施工组织管理安全技术措施2 、 钢管内混凝土的流动状态及阻力试验3 、钢纤维混凝土性能试验4 、泵送 阻力试验5 、s a p 2 0 0 0 计算机辅助工程分析。通过理论与实践的研究方法， 可以解决施工中的所预见的有关问题，达到施工技术安全可靠。 其中，针对不同问题和侧重点，主要采用文献法、实验法、调查法、 比较法等。通过对公伯峡黄河大桥( 中承式钢管混凝土拱桥) 施工的总结， 提出此类桥梁在施工中遇到的有关问题的解决方法。对今后大跨度大管径 钢管混凝土拱桥施工安全技术提出理论研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章钢管混凝土拱桥结构特点及施工技术 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。其利用钢管和混 凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作 用，使混凝土处于三向受压状态，使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性 性能得到改善，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。总之，通 过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自的缺 点，而且能够充分发挥二者的优点【1 1 j 2 1 钢管混凝土结构的特点 2 1 1 承载力高 钢管混凝土构件受压时，由于产生紧箍效应，核心混凝土三向受压， 强度大大提高；钢管延缓和避免了过早发生局部屈曲。两种材料互相弥补 了彼此的缺点，充分发挥了彼此的长处，从而使钢管混凝土具有较高的承 载能力，一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之 和。试验证明：对于圆形钢管混凝土，整个构件的抗压承载力约为钢管和 混凝土单独承载力之和的1 7 倍2 0 倍：对于方形钢管混凝土，则为1 1 倍1 5 倍。 2 1 2 塑性和韧性好 凝土的脆性较大，但核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改 善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。试验结果表明， 钢管混凝土轴心受压破坏时，往往可以被压缩到原长的2 3 ，但仍没有呈 现脆性破坏的特征。这种结构在承受冲击荷载时，也具有很大的韧性。由 于钢管混凝土具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能好。 2 1 3 施工方便 与钢筋混凝土构件相比，采用钢管混凝土构件时没有绑扎钢筋、支模 和拆模等工序，施工简便。与预制钢筋混凝土构件相比，钢管混凝土不需 要构件预制现场。与钢结构构件相比，钢管混凝土构造简单，焊缝少，易 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 于制作。和普通钢构件相比，钢管混凝土的拱脚零件少，焊缝短，可以直 接压入空钢管内中，使拱脚的构造更为简单。 2 1 4 耐火性能好 由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截 面温度场的分布很不均匀，增加了钢管的耐火时间，减慢钢管的升温时间， 并且一旦钢管屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。 经试验统计数据表明：达到一级耐火3 小时要求和钢管相比可节约防火涂 料1 3 2 3 甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。 2 1 5 经济效益好 大量工程实际表明：与钢结构柱相比，可节约钢材5 0 ，并能减少 焊接费用，施工速度大体相同，从而降低了结构总体造价。与钢筋混凝土 柱相比，无需模板，节约混凝土5 0 以上，减轻结构自重5 0 以上，可 减小钢筋混凝土柱尺寸6 0 7 0 ，增加了使用面积3 5 。 2 1 6 钢管混凝土的理论进展 目前，世界上许多国家都有了自己的设计规程。如欧洲标准e c 4 ( 1 9 9 6 ) 、德国标准d i n l 8 8 0 0 ( 1 9 9 7 ) 、美国标准a c l 3 1 9 _ - 8 9 、s s l c ( 1 9 7 9 ) 和l r f d ( 1 9 9 7 ) 、日本标准a i j ( 1 9 8 0 ，1 9 9 7 ) 。在我国钢管混凝土的研 究主要集中在圆钢管中填充素混凝土的内填型圆钢管混凝土结构，最早开 展研究工作的是原中国科学院哈尔滨土建研究所。1 9 6 8 年以后，中国建 筑科学院、冶金部建筑科学研究院等单位也先后对钢管混凝土基本构件的 工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等方面展开了系统的研究。进 入8 0 年代后，研究工作进一步深入，通过大量的试验研究和理论分析， 对构件的承载力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究，得到了实用 的计算公式。目前，已经先后有国家建材局、中国工程建设标准化委员会、 国家经济贸易委员会和解放军总后勤部颁布发行了有关钢管混凝土结构 的设计规程。为钢管混凝土结构在我国的推广奠定了坚实的基础，使钢管 混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 2 1 7 钢管混凝土结构在桥梁工程中的应用 在我国，钢管混凝土已经被广泛的应用于拱桥结构中。自1 9 9 0 年在 四川省苍旺县建成跨度为1 1 5 米的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，在十 年来的时间里，我国已经建成了1 0 0 多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在 1 0 0 米以上的就有3 0 多座，尤其是重庆市万县长江公路大桥，跨度达到 4 2 0 米，一跨过江。经过多年的实践，我国在钢管混凝土拱桥建设上已经 积累了丰富的经验，形成了一套较为完整的拱桥建造技术。 近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得 了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥 和四川万县万州大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了 结构横载，提高了结构承载力利用系数。钢管混凝土空间桁架组合梁式结 构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬 索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。 随着钢管混凝土拱桥的发展，不仅跨度逐渐增大，对承载力也有了很 大的提高。特别是青海公伯峡水电站黄河大桥承载力已达到特8 0 t ，挂 2 0 0 t ，是目前国内承载力最大的钢管混凝土拱桥。 2 2 钢管混凝土拱桥施工技术 2 2 1 钢管拱肋的加工制作技术 为了保证加工质量，钢管拱肋通常在工厂制作。首先由定尺的钢板卷 制成长1 5 0 1 8 0 曲1 ( 分段长度视运输条件而定) 的单节直管，再根据设计拱 轴线形、预留拱度等进行放样，组焊成拱肋。出厂前在刚性平台上进行 1 ：1 大样总拼装，验收合格后进行初级防腐，然后分段出厂。 钢管焊接采用坡口焊，钢管对接的纵缝及上下钢管的环缝均需错开。 焊接时及时对焊缝收缩及日照温差引起的误差进行修正，以防止误差积累。 对每条焊缝要进行严格的探伤检查，发现问题及时处理，确保拱肋加工质 量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 2 钢管拱肋的架设技术 钢管混凝土拱桥通常是先架设空钢管形成裸拱，再在其内灌注混凝土 形成钢管混凝土拱，或再将其作为劲性骨架，在其外部包上钢筋混凝土形 成复合形拱肋。钢管拱肋的架设可以根据不同的施工条件采用不同的施工 方法，主要有有支架施工法、缆索吊装法、平转法、竖转法以及几种方 法综合应用的施工方法。本文重点阐述缆索吊装法施工的安全技术。 2 2 2 1 有支架施工法 有支架施工法就是在桥位处先按钢管拱肋的设计线形和预留拱度值， 拼装好膺架，于膺架上就位拼装、焊接成拱的施工方法 见图1 ( a ) 。庸架 可以采用满堂式或分离式，或者两种方式相结合。如三峡莲沱大桥的两边 跨、天津彩虹大桥等，均采用有支架施工法。 采用有支架施工时，膺架的基础沉降、弹性和非弹性变形等应事先算 出，并预留拱度，膺架顶部设置微调装置，如千斤顶、丝杠等，以便对拱 肋的标高和平面位置进行调整。在拱肋吊装过程中，应不断观测各支撑点 的沉降，发现问题及时调整。 有支架施工法通常在拱肋离地面不高、桥下无水或水位不深、施工条 件较好的情况下采用。这种方法的优点是：拱肋分段长度不大，无需大型 吊装设备：横斜撑容易安装；拱轴线形容易控制。不足之处是：拱肋接头 较多，焊接工作量大，工期较长；对桥下地形、地基等条件要求较高。 2 2 2 2 缆索吊装施工法 缆索吊装施工法就是根据缆索吊机的吊装能力，将拱肋分段预制，由 缆索吊机先将两拱脚段吊装就位，并用扣索将其固定，再依次吊装其余各 段并与先吊段对接，直至吊装完毕 ( 见图1 ( b ) 。 吊装时应跟踪监控，要求对位准确、焊接可靠、拱轴线形满足设计要求。 对于净跨1 1 3 m 左右的拱肋，一般分成3 5 段吊装，跨度较大时，根据缆索 的吊重能力适当增加分段数。如广东高明大桥，主桥为两孔l o o m 中承式拱 桥，每孔分3 段吊装，每段长3 9m 、重约3 9t ；广东三山西大桥，主跨为2 0 0 m 的中承式钢管混凝土拱桥，分7 段吊装，每段重约5 0 t ；四川万县长江大桥 为主跨4 2 0 m 的箱拱，钢管拱肋分1 1 段吊装，每段长4 0 m 、重约5 0 t 。 缆索吊装法特别适合于跨越峡谷的大跨度拱桥的施工，拱肋及材料运输较 为方便，索塔塔身也不需太高，较为经济。这种方法的不足之处是拱肋空 中对接精度较难控制，拱轴线形控制有一定难度，分段越多，质量和工期 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 控制难度越大。因此应尽量提高缆索吊机的吊重能力，减少分段数，加快 施工进度，尽快合龙。 2 2 2 3 平转施工法 平转施工法就是将拱圈分为两个半拱，分别在两岸偏离桥位的位置， 利用山体、岸坡或引桥的桥墩设置膺架，拼装拱肋和拱上立柱，形成半拱， 然后水平转体就位，再拼装合龙段成拱 见图1 ( c ) 。 近几年平转施工法在钢管混凝土拱桥施工中应用较多，如三峡的黄 柏河大桥、下牢溪大桥、安阳文峰路立交桥、江西德兴太自桥，以及贵州 北盘江大桥等。转体重量最大者为北盘江大桥，重达8 1 0 0t ，为钢管混凝 土拱桥转体重量世界之最。由于通常利用两岸山体设置拱肋膺架，因此转 体角度大都在1 0 0 s e 右。如北盘江大桥两侧分别为1 2 1 。和1 1 0 。；黄柏河大 桥的南侧和下牢溪大桥的北侧分别为1 8 0 。和1 0 4 。当两岸坡度较平缓 时，可以利用引桥桥墩作为膺架。如黄柏河、下牢溪大桥的另两侧、安阳 文峰路立交桥等，均转体1 8 0 。水平转体法施工的技术关键为球铰系统、 转动牵引系统、平衡防倾系统等。球铰一般采用高标号混凝土，铰面视转 体重量可以采用混凝土表面( 如太白桥) 或经旋压处理的钢板铰面( 如黄柏 河大桥) 。上下转盘要经过严格地配对研磨，铰面之间涂以黄油和四氟粉， 以减少摩擦阻力。转动牵引系统主要包括上转盘和张拉千斤顶等。以采用 z l d 自动连续牵引系统为好。平衡防倾系统主要包括保险支腿和平衡重等 在转体过程中，整个转体重量落在球铰之上。转体到位后，及时吊装合龙 段，封固上下转盘，使体系转变为无铰拱。平转法施工主要适合于单跨拱 桥。 该法的主要优点在于它可以充分利用两岸的山体和岸坡的地形条件， 拱肋膺架不高，吊装、拼焊容易，焊接质量有保证，施工中不影响桥下通 航，施工安全，速度快。不足之处为球铰加工质量要求高，对多跨拱桥不 适用。 2 2 2 4 竖转施工法 竖转施工法就是先在拱顶附近将主拱圈一分为二，并以拱趾为旋转中 心，将设计拱轴线垂直向下旋转一定角度，将拱顶合龙端置于地面或浮船 上，这样即可在较低的膺架上拼装两个半拱。待两半拱拼装完成后，由两 副墩顶扒杆分别将其拉起，在空中对接合龙 见图l ( d ) 。如新安江望江大 桥、三峡莲沱大桥等均采用了竖转吊装施工技术。 竖转吊装的技术关键为旋转系统、起吊平衡系统和扒杆地锚系统等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 望江大桥和莲沱大桥的旋转系统均采用了所谓的旋转角和靠山角，二者均 用钢板在工厂配对旋压而成。旋转角和靠山角相当于水平转体中的球铰， 是转体的关键，加工和安装精度均要求较高。起吊平衡系统主要包括吊攀、 平衡梁、慢速卷扬机等。吊攀的安装位置和角度均需根据拱肋的受力、变 形和转动角度而定。平衡粱主要是保证竖转过程中，两拱肋同步上升，不 发生扭转。扒杆应有足够的强度和刚度，后缆风应受力均匀，防止扒杆扭 转。为了确保合龙顺利，可在一个半拱的合龙端设置一锥形导管，以实现 自动对位在拱肋合龙后，应及时焊接接头，封固拱脚，使其变为无铰拱。 竖转吊装的主要优点是：拱肋的拼装膺架较低，节省材料，吊装容易； 只有一个合龙接头，合龙容易，精度高；扒杆钢管可以用作拱上立柱，节 省工程造价。不足之处是：要求桥下具有一定的拼装场地；若必须使用浮 船时，水流不能太急，否则将增加施工难度。 2 2 3 钢管混凝土施工技术 钢管混凝土的灌注通常采用泵送法，对于跨度不大的拱桥，有时也采 用吊斗法灌注，但以泵送法混凝土的密实度为好，其质量容易保证。 混凝土从4 个拱脚开始分管对称灌注。对于小跨度拱桥，可以不设隔仓 板，从拱脚一次灌注到拱顶。为了防止冒顶，在灌注过程中，可在拱顶加 上配重( 如莲沱大桥) ，配重的大小随灌注的高度而定，事先由计算机算出， 并跟踪控制。对于跨度较大的拱桥，可以利用隔仓板分段灌注，以控制拱 肋的应力和变形。泵送混凝土要求和易性好，为了减少混凝土收缩，可以 加入适量的减水剂，并采用微膨胀混凝土，微膨剂的掺量以能补偿混凝土 的收缩为宜。 泵送一般采用顶升法，辅以附着式振动器振动，以保证混凝土密实。 在每个钢管的最高部位安装排气管，排气管的直径不能太小，以与泵管相 当为宜。当灌注到拱顶附近时，严格控制两端的泵送速度，使管内气体充 分排净，直到排气管内流出混凝土为止。当灌注的混凝土强度达到7 5 设 计强度后，检查钢管混凝土的密实度，对于不饱满的部位进行压浆处理。 2 2 4 钢管拱肋变形控制技术 对于大直径钢管拱桥，由于一次灌筑数量多，因此在混凝土灌筑过程 中往往在拱平面内产生不利的向上挠度；同时应力较大，特别是混凝土容 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 易出现拉应力。而钢管混凝土是依靠钢管与混凝土之间紧密的套箍作用而 达到承载力较高的目的( 比2 种材料承载能力之和还要高) ，因此施工过程 中应避免混凝土出现拉应力。针对该桥钢管拱肋刚度较大，利用无支架吊 装挂扣用的斜拉扣索对钢管拱肋施力，来解决钢管拱肋灌筑混凝土阶段拱 顶施加平衡重问题。 灌筑阶段斜拉扣索的选择及拉力变化的确定按以下程序进行： 1 找出应力超出规范的截面，特别是混凝土出现拉应力的截面： 2 找出挠度变化较大的截面，避免在拱平面内产生向上挠度； 3 选择对拉应力超标截面增加压应力，对压应力超标截面减少压应力 以及对减少向上挠度效果最好的斜拉扣索： 4 确定斜拉扣索拉力值。 t 一) 有麦纂肇i i 工 i 。) 平转洼t 工 舢囊鼻后鹾工 图1 ：钢管拱肋的施工方法 璺雌- 工 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 第3 章钢管混凝土拱桥施工管理安全技术研究 3 1 施工组织安全技术措施 针对钢管混凝土拱桥施工的技术特点，通过对结构、工法、施工环境 的研究制定切实可行的安全保证体系。如图2 3 1 1 安全施工制度保证措施 1 认真贯彻国家及当地政府、业主关于安全生产的法律、法规和规定。 广泛进行安全生产教育，增强全员安全生产意识和自我防护意识，使每个 职工都明确各自的安全责任制，认真贯彻执行“安全生产、预防为主”的 方针，打好安全基础，形成全员参加、人人有责、全员管理的安全生产氛 围。 2 加强安全管理，保障施工人员和国家财产的安全。根据“管生产必 须管安全”和“谁旋工谁负责安全”的原则，建立各级安全生产责任制， 分级管理，层层签定安全生产责任书，落实安全生产责任制。 3 建立安全生产定期和不定期检查制度。项目部每月对安全生产情况 进行一次检查，每季度一次大检查，队每周、工班每天进行一次自检，同 时项目部将积极配合总部安全检查组的检查，评比打分，兑现奖罚。 4 抓好安全施工岗位培训。开工前，对所有上岗人员实行安全意识和 安全技术知识教育，把有关安全操作规程印发到工班，特殊工种人员一律 持证上岗。 5 开展安全达标竞赛，落实奖罚措施。开展安全标准工地建设活动， 组织工程队与班组的两个层次的安全达标竞赛活动，做到1 0 0 9 6 达标。 6 随时接受业主、监理单位及当地安监部对安全生产的监督、检查 批评，对提出的问题，及时整改，确保安全生产 7 项目经理具有与工程项目规模相适应的资质，安全员、质量员、试 验员、技术员等管理人员和特殊工种工程操作工人佩戴胸牌并持证上岗， 胸牌贴有本人照片并标明单位、岗位职务、姓名、编号，胸牌尺寸为 9 5 c m 6 5 c m ，字体一律为黑色，底色为蓝色。 西南交通大学硕士研究生学位论文第! ! 页 安全保证体系 项目经理部 技术员 材料员 工程技术组 质量安全组il 材料设备组1 成本财务组 制定安全施工 技术交底 设备管理员 办公室 制定岗位职责 购置劳动 保护用品 ：j = = = = = j 施工机具 i 设备配置 执行有关安全施 工规程 消防临时用水用电 设施季节性防暑防 冻防煤气中毒用品 发放 酬麓始舡 易燃易爆半成品堆 放检查设备职工体 榆宿舍 定期对施工机械 设检查维修保养 i 组织电工自查用 i 电设备职工体检 i 宿舍检查 组织班组自查操作 人品持证p 岗 一i 贯彻落实有关i i 安全员专检安全i i 检查情况汇 治安员h 安全施工规程n 值日巡回检查安广 报提出整改 _ j j 进行全员安全| f 全资料收集整改il 奖惩意见 成本员广1 安全资金保 图2 ：施工组织安全保证体系图 奖罚 例会意 见反馈 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 3 1 2 安全施工责任保证措施 项目部成立由项目经理为组长的安全领导小组，成员由各业务部门的负 责人及在安质部配备的安全组组成。施工队相应成立安全生产领导小组， 队长为组长，分工一名副队长负责具体工作。施工队设安全质量室，配专 职安全员。工班内设兼职安全员。 3 1 2 1 项目经理的安全生产责任 1 认真贯彻落实国家和上级有关安全方针、政策、法规和标准，严格 按章办事。 2 在施工计划、布置、检查、总结、评比时，把安全工作作为重要内 容，列入议事日程。 3 负责制定和审查安全管理标准、方针目标和安全规划：领导本项目 部开展全员、全方位、全过程的安全管理活动。 4 负责组织安全大检查和重大事故的调查和处理工作。 5 正确处理安全与进度、经济效益的关系，对不重视安全工作，违章 指挥或因决策失误造成的人身伤亡及其它重大事故承担领导责任。 3 1 2 2 党工委书记的安全生产责任 1 协助项目经理抓好上级有关安全方针、政策以及企业的各项安全管 理标准和规定的贯彻落实，积极支持行政领导和安全人员的工作。 2 负责对干部、工人的思想政治教育工作，及时疏导职工在施工生产 过程中的思想反映，排除职工的后顾之忧，不断强化职工的安全意识。 3 对由于思想教育工作跟不上，工作做的不细、不及时而导致的职工 伤亡及其他重大事故承担领导责任。 3 1 2 3 总工程师( 技术负责人) 的安全生产责任 1 协助项目经理贯彻落实上级的有关安全方针、政策、施工规范和技 术标准，制定本项目的安全技术标准和实施细则，确定本项目安全控制的 特殊过程，并指导编制安全作业指导书。 2 在组织编制施工组织设计、指定施工方案、施工工艺时，必须同时 制定有保证旌工安全的技术措施，并坚持先交底后施工的原则。 3 组织重大的施工技术方案审定和跟踪实施，督促检查标准、规范的 执行情况。对违反标准、规范、规则的单位或个人有权停止施工和暂停作 业。 4 参加职工死亡及其他重大事故的调查和处理，组织技术力量对事故 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 原因进行分析、鉴定，并提出改进的措施和意见。 5 对因技术方面原因造成的职工伤亡及其他重大事故承担技术指导 上的领导责任。 3 1 2 4 主管安全生产项目副经理的安全生产责任 1 协助项目经理贯彻落实上级的有关安全方针、政策、施工规范和技 术标准，落实本项目的安全技术标准和实施细则，对本项目安全控制的特 殊过程监督实施，并检查安全作业指导书的落实情况。 2 检查施工工艺的安全技术措施落实情况。 3 参与重大的施工技术方案审定和跟踪实施，督促检查安全标准、规 范的执行情况。对违反安全标准、规范、规则的单位或个人有权停工和暂 停作业。 4 组织职工事故的调查和处理，对事故原因进行分析、鉴定，并确定 改进的措施和意见。 5 对因工作失职引起的事故负直接责任。 3 1 2 5 安全督察人员的安全生产责任 项目部设安全督察两人，分别负责空中和陆地的安全督察工作。 1 负责监督检查施工安全、人身安全及机械设备和汽车运输安全工 作，对贯彻执行国家和上级有关安全方针、政策、法规情况进行监督检查。 2 经常深入基层、深入施工作业场所进行安全检查，把主要精力放在 预防事故的工作上 3 组织安全检查、评比活动，在授权范围内，实施安全奖罚事宜。 4 参加工程项目的开工审查和竣工验收，对不具备安全生产条件的， 有权制止开工。 5 对存在危及职工生命安全与健康的作业场所、设备、机具，进行检 查。对存在问题限期改正。逾期不改的，依照有关经济处罚条款进行处理。 必要时停止作业。 6 参加事故调查和处理，负责事故统计、报表、报告和事故档案的管 理等。 7 对因工作责任心不强，不坚持原则，甚至工作失职造成的伤亡等事 故承担直接责任；对弄虚作假、隐瞒事故甚至任意改变事故性质的行为承 担法律责任。 3 1 2 6 安质部 1 在项目部领导的领导下制定本项目的安全技术标准和实施细则。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 督促各施工队建立安全规章制度和管理办法，并监督落实。 3 监督困难地段的施工安全技术交底的落实情况。 4 组织项目部的定期安全检查，并对检查情况作出总结，提出下一步 的安全管理要求。 3 1 2 7 工程部 1 编制施工组织设计、施工方案、安排施工进度时，要制定有安全 技术措施及特殊过程的安全作业指导书。 2 对复杂技术的应用、处理和关键的工序，如吊装、混凝土作业等制 定专门的安全措施，并进行详细的技术交底和检查落实。 3 参加安全检查，工程作业事故的调查和处理工作。 3 。1 2 8 物资设备部 1 负责按计划采购和供应符合安全技术规范所需的材料，不能随意降 低等级。 2 认真执行对易燃易爆物品采购、请领、运输、储存、发放等管理制 度，严格手续，确保安全。 3 负责贯彻执行上级有关机械设备、车辆运输安全管理规定，及时掌 握设备动态、数量、技术状况。 4 对购置的新设备( 包括自制设备) 或租用的设备，必须要在使用前 进行技术鉴定，并组织操作人员进行技术培训。 5 负责指导配件采购、供应，采取措施保证机械设备使用合格的配件。 6 定期组织对机械设备和车辆管理进行安全检查，确保安全运行。 7 参加机械、汽车事故的调查和处理工作。 项目经理部及所有施工作业人员需严格遵守业主制定的各项安全保 证措施及规定，始终贯彻“安全第一、预防为主”的政策方针，对施工 全过程实施有计划的系统的安全生产管理，树立全员安全意识，为施工期 间的人身安全和健康、设备安全及环境安全提供保障。 3 1 ，3 安全施工思想建设保证措施 1 全体施工人员严格执行党和国家有关安全生产方针、政策、法令和 安全生产技术规程，自觉遵守交通部的有关安全生产的管理规定。 2 增强全员安全意识。认真贯彻执行“安全生产、预防为主”的方针， 打好安全基础，使各级明确自己的安全目标，制定各自的安全规划，达到 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 全员参加，全员实施的且的，坚持“安全生产，人人有责”的原则。 3 抓好安全岗位培训。开工前，对所有上岗人员进行安全知识教育， 分批培训，每人参加安全培训不少于两次，每次不少于4 小时，把有关安 全操作规程印发给各基层单位，对照检查，对照实施，特种行业作业人员 一律持证上岗。 3 1 4 危险源的识别及控制措施 根据钢管混凝土拱桥施工的技术特点，依据国家关于安全生产的相关 法律法规。分析危险源并确定重大危险源，根据重大危险源情况确定控制 措施。表1 重要危险源清单 作 序业 重要危险因素 可导致的 控制措施 号活事故 动 危险品管理制 l爆破用品使用前未检验火药爆炸 度 爆破器材存储、使用、回收无 2专人管理或距人员密集区、建火药爆炸 危险品管理制 危筑物过近 度 险危险品管理制 3爆破器材混装混放火药爆炸 品度 管爆破器材库、作业区有明火、危险品管理制 4火药爆炸 理吸烟度 未按公安机关审批和超量储危险品管理制 5火药爆炸 存度 作业剩余危险品私自存放、截危险品管理制 6火药爆炸 留、盗用、倒卖度 用配电箱无接头不牢固、无空气施工用电安全 7触电 电开关、无绝缘板措施 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 管室内电线接头不牢固，未用绝施工用电安全 8触电、火灾 理缘胶带包扎措施 日 常生活水源未采取保护措施，水防食物中毒措 9食物中毒 生质污染，食品变质施 活 电施焊场地距易燃易爆品小于电焊安全操作 1 0触 电 焊5 0 米规程 气氧气、乙炔瓶距明火小于1 0电焊安全操作 1 1 爆炸 焊米规程 1 2 自自卸车翻斗内载人人身伤害安全操作规程 卸自卸车卸料起斗时，未与边缘 1 3人身伤害安全操作规程 垄 保持安全距离 作自卸车在危险地段卸料起斗 1 4人身伤害安全操作规程 业时，无专人指挥 1 5提信号线、控制器检查不及时起重伤害安全操作规程 升 1 6起钢丝绳、基斗销保换不及时人身伤害安全操作规程 重 压 1 7风未用标准管材储