中承式钢管拱施工技术.doc

中承式钢管拱施工技术作者一、工程简介：益阳资江三桥主桥全长318米，为跨径组成9610896米（净跨）桥宽27.1米的不等跨钢管混凝土中承式拱桥。主孔设置两组哑铃形断面分离式平行钢管混凝土拱肋，桥跨结构由钢筋混凝土桥面板和预应力混凝土T型结构横梁组成，承力横梁依靠冷铸锚和高强钢丝组成的柔性吊杆悬挂于拱肋。拱肋位于桥面以下部分，设置支撑于拱肋的墩（立柱）梁（横梁）结构，其上铺设桥面板构成桥跨。拱结构不平衡力通过墩身传递给主桥副孔（净55米钢筋混凝土箱拱）的承重墩承担。钢管拱裸拱由工厂成节段加工制造，缆吊三段式拼装成拱。节段现场安装，采用拉固在墩位的横向拉索充当临时缆风。扣索通过24米万能杆件单悬臂临时塔架（扣塔），锚固到缆吊主锚位置的预留索位上（即：通扣）。预留索与塔扣之间通过滑轮组连接，卷扬机提供收缆动力。 缆吊体系跨径660米。采用万能杆件门式塔架，最大塔高86米，双肢塔中距22米。主索矢跨比f0=L0/（1618）=41.25（m）。设计吊重600千牛，最大吊重700千牛。为双主索、双吊结构。施工过程，在大桥建设指挥部、设计和监理单位的大力支持下，我们大胆采用新工艺、新技术、新材料。如钢管拱制作采用德国进口的钢带螺旋成型设备进行旋管卷制，煨弯成管；节段连接采用美国进口的自动焊接机进行焊接，配套检验设备进行检验，为省内工程首次应用；混凝土施工采用泵送顶升工艺；国内先进的GCM防护体系进行钢结构内外防腐等。二、施工简介：与钢筋混凝土拱肋安装相区别，钢管混凝土拱肋（包括96米跨、108米跨）安装分两步进行，即钢管裸肋的架设、和管肋内混凝土灌注两部分。其主体结构安装步骤是： 下部构造施工，同时进行钢管拱节段及其附属撑、梁结构的加工 拱肋节段的整拼（构成安装段）、拱跨预拼和验收； 钢管拱肋船运施工现场； 现场检验和钢管拱裸拱安装 横撑、钢横梁的安装，及管内顶升混凝土施工准备； 裸拱的验收和混凝土顶升施工； 继续下道工序。 1、 钢管拱裸肋制作： 钢管拱肋采用钢带螺旋成管，热煨弯成型结构。 其加工制作程序是：下 料 煨弯成型冷却成型大样工装检验管肋弯曲曲线符合性检查，符合则为成品，否则须重新修改煨弯曲线进行修正 装配、试拼 焊接成型 验收、储存或装运施工现场 本过程须经质量认可。在加工经验和试验焊件的基础上，选定管肋节段焊缝的分层焊接，严格控制规定的焊接电流、电弧电压、及焊缝高度施工。施焊前，气刨清根，并先行自检。2、裸肋安装：2.01、钢管肋的验收： 合格的成品管肋节段（包括横撑、钢横梁结构），必须具备以下基础资料。即： 2.01.01、节段几何资料： 已经过试拼，有加工构件几何尺寸检验报告； 适当的标注，如拱肋轴线位置、吊点位置等； 2.01.02、材质验收资料： 管肋节段所用材料，包括：材料及焊材、涂装材料等验收资料。 要求：所用钢材的型材和板材均必须有质量证明书及抽样检验报告、焊接材料质量证明书和有关焊接记录、涂装材料质量证明书，及相关部门的抽检报告。2.01.03、工艺检验资料： 焊接工艺评定报告、焊缝质量外观检测报告及内部探伤报告、按工序检验发现的缺陷及处理方法记录、按技术要求提供的构件表层防腐施工跟踪记录、阶段验收记录等，节段预拼记录等。2.01.04、质量保证资料： 出厂合格证及加工过程技术文件（如施工组织设计书、工艺设计图、技术问题处理协议、变更文件等）。2.02、裸肋制作节段整拼成三个安装段，船运工地安装。分别称边肋和合拢段（中段）。 2.03、边肋安装： 其安装顺序是：安装拱座，使拱座形位尺寸及安装位置尺寸符合设计要求起吊边肋，由缆吊转运到安装位置。并将拱脚位置拱肋中心轴对准拱座上标出中心线，下落边肋轴座，栓固风缆调节边肋中线位置，扣索调整拱肋自由端标高为设计标高加预留超高值。拱肋到位后，卡紧扣、缆索，完成本肋的初定位徐徐松掉起重索，直至拆除。同样程序完成另侧边肋安装。 2.04、中段合拢： 吊装中段管肋到安装位置附近，通过扣索调整，均匀下降边段，调整吊点，下降中段，使拱肋及接头形位尺寸（包括拱轴线设计位置和拱肋接头设计标高等）符合设计要求，并设置码板临时连接。 经校正接头两端位置和错边量后，焊接两管端及缀板接头，拆除临时连接结构，并焊接外包板。 完成管端及缀板连接后，方可松缆索吊扣系统。 拱脚槽口用型钢对管肋临时定位后，方可浇注拱脚混凝土。由于本桥的吊装特点，同一跨上下游两组拱肋就位后，才进行肋间联系即横撑、钢横梁施工。2.05、合拢过程几何位置控制： 钢管拱的制作，对几何尺寸控制要求较严，加上变形因素，制作精度控制难度较大。为此，设计采用了临时螺栓连接接头、凑合接头两种接头形式。 为确保拱顶位置的准确，安装过程，我们采用了拱顶坐标强制对中手段。即：将中段管肋吊装到安装位置，并使管肋中点强制与拱跨理论中点重合。逐步调整两边肋位置，使边肋安装位置与设计位置基本重合。观测两接头情况，如接头在临时螺栓连接范围内，则直接采用螺栓连接；如超出螺栓范围，则必须采用凑合接头连接。凑合接头的最小间距为100mm，两伸出端间距不足100mm时，必须采取措施满足上述条件，如切除多余管端长度等，人为地满足凑合接头最小间距要求。管肋安装过程，为确保中段管肋位置的垂直，我们采用自制吊具强制性符合手段，大大提高安装精度。从吊杆孔中临时置入的专用吊具，不影响后续工作的开展。 管肋平面位置通过墩位缆风调整，标高值通过扣索调节。大的修正值，需要对拱座定位位置，结合拱肋局部尺寸作出修改满足。 2.06、裸肋稳定措施： 临时缆风或横向联系、交叉拉索； 浪风-边段接头端平面位置调整和拱轴线位置相对固定； 拱肋合龙，浇注拱脚混凝土后松索，确保施工安全； 在拱脚混凝土浇注前，必须做好临时型钢稳定措施，防止混凝土浇注过程拱肋位置变化。2.07、测量控制：1、 测控过程：在下部构造提供控制网的基础上，结合地形布设上部构造独立的加密三角网。引测按国家三级测量标准控制，用于管肋纵、横向轴线、标高测量。2、测量实施方案： 采用全站仪等（水准仪、经纬仪）等测量工具，根据测量原理，用八分点法控制管肋轴线的安装曲率和标高，强制对中法确保拱顶位置，从而控制吊杆安装位置。3、主要测量手段： 采用平面控制和高程控制两种手段，确保安装拱肋及安装件位置的测控偏差在设计及规范允许范围内。拱肋控制的放样与验收测量时间一般尽可能安排在早上79点和下午16 18点时间段内进行，其他施工验收和施工观测随进度进行。 4、后视点，水准点应加以保护，并经常复测位置准确性，以保证结构物测量精度。 2.08、合拢温度的控制：钢管拱裸拱施工，无特定的合拢温度概念。合拢时段内结构温度相对稳定即可。 3.00、 混凝土顶升灌注： 管内填充混凝土设计强度C50，试配强度57.5Mpa。单管设计混凝土量150180余立方米，全桥合计顶升灌注混凝土总量1871米3。3.01：顶升工艺：本桥拱脚位预留输送泵管导入孔（压注孔），混凝土通过输送泵从拱脚位导入孔导入，顶托并填充至管顶，完成混凝土压注过程。施工时，混凝土从两拱脚相向、均衡、对称、顶升灌注。两座船载混凝土水上拌和站承担拌和物拌和、泵送到压注的全部工作。压注孔和混凝土输送管道之间通过机械阀门（或液压阀门）连接。拱顶内隔板两侧预留泄浆孔。泄浆孔采用直径15厘米钢管，垂直高差不小于2米。3.02、钢管混凝土工艺要求： 管内不得出现断缝、孔洞，不得出现混凝土与管壁分离现象： 单管混凝土灌注必须连续浇注，且灌注完成时间不得超过首盘混凝土初凝时间； 因此，设计要求采用C50高强、半流动、缓凝、微膨混凝土。3.03、 校准好钢管拱轴线后，顺序安装钢管拱拱脚X撑、拱顶1号横撑、2号撑、和钢横梁后，方可进行混凝土浇注。3.04、压注混凝土施工程序：分三阶段实施本工艺。即： 【第一阶段】现场准备阶段：包括钢管拱裸拱验收、设备的定位和管道的连接和试运行、材料到场和现场检、试验、计量设施的常规检查、设计配合比的现场调整和施工配合比确定并报现场监理工程师认可等。【第二阶段】压注施工阶段： 湿润管道，压注首盘水泥净浆。续压混凝土，随时综合混凝土顶升情况、裸肋变形状况、入料情况分析，控制两拱脚混凝土泵送速度。 泵送时，要求拱肋两拱脚混凝土泵送速度协调一致，尽量对称顶升。 【第三阶段】压注完成阶段：混凝土压注到拱顶，待流出原浆一定时间后，方可停止泵送，利用混凝土截止阀对导入孔封闭，完成压注过程。此阶段，应避免单侧混凝土上升过快，引起弦管的纵向振动。 混凝土现场养护试件强度达到2.5Mpa后，方可拆除拱顶泄浆孔管和拱脚混凝土截止阀。由于混凝土凝结过程因素的不确定性，截止阀松出过程宜谨慎进行。3.05、 控制目标： 混凝土施工过程，拱肋偏位和变形控制； 混凝土施工过程，墩顶桥纵向位移和墩身沉降观测。3.06、混凝土顶升过程控制方法： 3.06.01、原始值取得： 【选点】管肋和横撑完成安装后，在拱肋顶管上缘按八分点明确标示出相应点位，作为管肋偏位和变形观测控制点。选择墩顶相对稳定位置，用特定的标示物（如钉头）标志，用于桥墩顶纵向位移控制。 【测设】通过测量手段，结合坐标轴平面定位原理，对上述选点进行三维数值定位测设。有关参数作为比较值存档。 【原始值取得】将相应点位参数的设计值与比较值比较，根据顶升混凝土过程拱肋变形的特殊性，预测调整后的拱肋理论拱轴线。推出上述点位在理论拱轴线上的参数，作为混凝土施工前拱肋的原始值。 3.06.02、过程观测 混凝土施工过程，随时对拱肋和墩位观测点的相应参数进行观测，与原始值比较，获得相应位置相应参数的偏移差值。3.06.03、过程控制：管内混凝土逐步的加载过程，会使裸肋形成的无铰拱结构，产生一定的变形。过程控制的目的就是控制加载过程变形值，从而调整拱肋轴线，使之符合设计和规范允许范围。方法是：将所测值的偏差值与规范允许偏差值比较，视变形后拱肋曲线与原始拱肋曲线的偏移情况，通过调整混凝土两侧的顶升速度，达到调整肋拱轴线的目的。3.07、混凝土跨间浇注顺序： 遵循拱桥施工过程的加载原则，考虑现场特点，本桥吊装采用上下游两单肋纵向合拢后，增加横撑的工艺。跨间浇注顺序则在边跨（55米跨钢筋混凝土上承式拱）拱肋安装满足设计要求后，先灌注两小跨（96米跨），再进行中跨（108米跨）拱肋混凝土浇筑。3.08、断面混凝土浇注顺序： 先浇注下弦，次上弦，再浇注缀板位混凝土。三层混凝土按跨间顺序循行。 3.09、钢管拱混凝土顶升施工现场平面布置。钢管拱混凝土顶升施工根据单管、单层、对称、相向压注的方式进行。本桥采用同肋拱脚位设灌注孔，利用两艘大产量混凝土搅拌站供料，两混凝土泵相向压注。两端各设工作伴船一艘，提供混凝土管道施工工作平台。3.10、 钢管内混凝土加载强度限制：钢管内混凝土，已灌注混凝土历时 3d 7d，加载强度分别为最大可承载应力（设计混凝土强度Mpa）30 85 。管内混凝土标准强度达到或超过上述允许值方可加载。 3.11、混凝土施工：3.11.01、设计配合比： 组成材料：湘乡普硅525水泥、桃江碎石料、湘阴525mm 中砂、江西膨胀剂（HEA系列）、水（拌和水采用资江水。） 首盘水泥净浆配合比：（单位 Kg）配合重量水泥：膨胀剂：水184：16：63.2 表2：混凝土设计配合比 材料档案 砂 碎石 HEA系列 混凝土设计配合比(重比，单位kg/m3)：水泥：碎石料：砂料：膨胀剂：水 495：703 ：1055：170：43 即(C+f):s:g:w=(0.92+0.08):1.306:1.961:0.316 混凝土试配资料 控制参数：控制初拌混凝土坍落度 mm 2123，初凝时间1012 时，终凝时间1618时，早期混凝土标养试件 3D强度 3045Mpa，28D标养试件强度 60Mpa。混凝土标养试件弹性模量3.7106Mpa。（设计要求：Eh3.5106Mpa）3.11.02、生产过程有关控制参数及工艺：进料顺序 70水砂碎石水泥微膨胀剂30水，单盘混凝土拌和时间 秒 120150，膨胀剂称量后分袋，袋装投料。3.11.03、施工配合比的调整： 试验人员根据到场材料的天然含水量，负责设计配合比的现场调整，获得施工配合比。并负责对施工配合比的现场实施。包括用材的材质的监控、验收，计量准确性监督，拌和物施工过程参数的控制，对不合格的拌和物的弃置和处理等工作。试验人员有权通过试验等过程监控手段，对施工配合比进行局部调整。 对配合比较大范围调整，必须报技术部门批准后，方可实施。3.11.05、顶升施工设备： 混凝土输送泵，（ HBT60.13.90s）， 1台 ，已检修，到位， 备用； 混凝土拌和船，自备（含混凝土泵）2 艘， 已检修，到位 ，包括足够管道； 混凝土截止阀，机械式，6 个，到位， 新购； 自制两个备用变径管接头，（各种规格），2 套，到位； 测量仪器 （全站仪等）一套 到位 伴船（工作船）6车渡， 2艘， 到位 ，水上平台； 吊车（16吨汽吊），2 台， 已检修，到位。 3.12、 监控及验收标准：3.12.01、焊件检验： 试验标准：对钢管拱肋焊缝应做到100%的超声波检验级，20%射线探伤级合格。局部角焊缝可采用工艺评定控制焊脚高度的方式检验。 表观检查：外观焊纹均匀，无裂纹，无夹渣、穿孔、焊瘤、咬边、弧坑、针状气孔缺陷，并且，焊接区无飞渣残留。3.12.02、验收标准：表：钢管拱验收标准： 序号 检查项目 单位 规定值或允许偏差 检验方法或频率 混凝土强度 Mpa 按JTJ07198在合格标准内； 混凝土填充率 98 拱顶、L4位钻孔检查； 轴线横向偏位（经纬仪检查，单位 mm） 96米跨， 22mm； 108米跨， 26mm； 拱圈高程允许偏差（水准仪测量）96米跨， 34 mm ；108米跨 ，38 5mm； 对称点高差允许偏差，96米跨， 34mm；108米跨，38mm。 说明：上述资料根据设计文件对钢管拱混凝土浇注采用规范要求和施规JTJ0412000及跨径换算后求得。3.12.04、混凝土质量检查：超声波检测为主，辅以手锤敲击判断。3.13、钢管拱结构防腐： 钢管拱防护采用GCM金属表面长效防腐保护系统。3.13.01、系统结构分层： 底基层（钢管拱） 第一层：密封层； 第二层：强度层； 第三层：耐候层。3.13.02、结构说明： 三层基材相同，均为连续热固性树脂高分子膜，由于引发剂加入，发生放热反应而固化。密封层厚0.3mm，它紧缠钢管外表面，并与钢管之间界面剪切强度大于4Mpa。强度层中加入高强纤维增强，使覆盖层拉伸强度达到250Mpa，冲击韧性160kg/m2，其膜覆厚度0.4-0.5mm。耐候层是在上述两层相同基材的成份中，加入系列强吸收紫外线助剂和抗氧一氧和臭氧助剂，有效地防止紫外线老化和阻止氧化链连锁反应进行。其特