潘家河中承式钢管混凝土拱桥施工技术

潘家河中承式钢管混凝土拱桥施工技术摘要：潘家河大桥为l孔150m中承式钢管混凝土拱桥，对其钢管拱肋组装、拱肋架设、混凝土灌注、吊杆安装、吊杆横梁的安装等各施工阶段进行介绍，并根据该桥的特点，成功地采用缆索吊吊装无支架安装单肋合龙施工方案。1工程概况（图1）潘家河特大桥位于361国道石门库区改线工程，跨越陕西汉中褒河水库一级支流潘家河，为1孔150m中承式钢管混凝土拱桥。全桥由2片拱肋组成，拱肋间距8.8m。每片拱肋由4根（b600mmX10mm的卷制钢管组成，拱肋截面高2.7m，宽1.4m，拱肋的上下弦2根钢管分别用2块钢板连接，钢板间填筑C40混凝土。上下弦钢管用（b430mm无缝钢管联接，组成格构式钢管混凝土结构。2片拱肋间设置6道一字形空钢管桁架横撑。拱肋顺桥向设23组吊杆与桥面系相连。1号、23号端吊杆以下全拱脚段的拱肋为实体，此段两拱肋间设置一肋间横梁和一立柱横梁，确保桥的纵、横向稳定性，桥面系采用跨径5—9.532m不等的5种钢筋混凝土T形梁，下部结构采用重力式u形桥台。桥梁设计荷载：汽一20，挂一100；人群荷载3.5kPa，桥面总宽度为12.9m，桥面纵坡8.5%，地震基本烈度6度。2拱肋组装1平胎放样组装前，考虑温度和焊接变形的影响，按半跨拱肋进行1：1精确放样。严格放样平台的水平以及基准线的垂直等，用全站仪精确复测。注意节头的预留量，合龙节段的尺寸。对直、斜腹杆，缀板，隔板的准确尺寸，可在胎样上量取，也可通过计算，缀板、肢管与主拱连接处的间隙直接影响焊接变形。组装组装前要排列好钢管接缝与直腹杆、斜腹杆、吊杆孔、横撑等，并使卷管接纵缝按设计错开（N150mm）且纵缝最好布置于平联板内，以提高钢管拱成形后的美观度。（1） 单管组装组装前认真检查钢管椭圆度^1.8mm，检查并矫圆后再组对。测准水平度及弧度，焊缝的布置及接头的预留量，接口切割线一次测准，减少二次及多次切割形成反复受热的影响。（2） 双管组装双管组装在平台样胎上，符合弧线后，严格测准水平度及两端中心距后以工装卡牢两端，再连接中间直、斜腹杆。直腹杆严格与样胎线吻合以确保垂直度。直、斜腹杆与主拱的接合线间隙要按设计要求且均匀，以减少焊接变形和保证焊接质量。组装并检查无误时再焊接，焊接时要垫平。（3） 四管组装（图2）先将双管（一片）放于平台样线上，再点固几块缀板，将另一片平放缀板支垫上，严格测准6点水平及两端中心距，对角线尺寸以工装卡固定两端后，再焊缀板，平联板并严格控制吊孔，两缀板的垂直度。直斜腹板3工厂预拼装将组焊完的各段拱肋按顺序在胎样上预组装，预组装平台必须测准水平，检查每段拱肋的长度、端头截面的吻合，上、下弦链线与胎样的吻合，以及直、斜腹杆与胎样的吻合。以吊线检查拱肋上、下面平整度，发现和调整可能出现的问题，标注横撑、吊孔中心线、接头的预留量，测量及控制基准线等并做好编号（标注方向）和记录以便运往工地进行组对。4工地拼装拱肋运到工地后，按吊装顺序进行排放，水平组装并用枕木支垫。检查并矫准端头截面尺寸，组装平台要保证水平，在组装平台上由3节12m段组装成36m段。首先测3段对位后的水平（误差^3mm），再检查悬链线弧度。计算出各坐标点的理论弦长，测定拱肋的弦长，检查弧度、悬链线弧度，以交替测量实测弦长与理论弦长值比较的方法来检查。在每段接口处，要严格保证吊杆的坐标（误差^3mm）和吊杆孔的垂直度（误差^2mm），以计算法精确确定接缝间隙，测量并复查完拼装的平整度、弦链线弧度、接缝间隙、吊杆的坐标及垂直度，以及接缝的错台合格后，每接缝由2名焊工对称施焊。3拱肋架设1吊装设备根据地形，采用无支架吊装单肋合龙的施工方法，主要包括缆索系统、扣索塔架、风缆及风缆地锚。缆索吊设计跨度250m，设计吊重570kN，结构净吊重370kN，主塔架高66.83m，扣索塔高40.13m，主索设计为8+46（6X19）钢丝绳1组，主要挠度fm=15m，主索塔架及扣索塔架采用八三军用墩杆件拼装，均为门式框架结构，缆索吊系统如图3所示。拱肋吊点确定单肋纵向分5段吊装合龙，其中拱脚段轴线长35.358m，边段轴线长34.519m，拱顶段轴线长32.9699m，最大净吊重370kN。安装时采用无支架吊装单肋合龙，拱段起吊采用单点捆绑式，吊点位置沿拱轴线量取=0.23L，如图4所示。拱段扣点确定拱段扣索采用4）28（6X37）的钢丝绳、收紧滑车组、收紧装置等3个主要部分，经计算拱脚段扣索采用4（b28的钢丝绳，收紧动力采用5t倒链2个，间段扣索采用6（b28的钢丝绳，收紧动力采用5t倒链2个。扣点经计算b=0.1L（沿轴线量取），如图5所示。4吊装合龙施工⑴吊装顺序先吊装潘家河上游拱肋，待单肋合龙后，再移主索到下游拱肋轴线位置，按设计要求调整好主索，吊装下游拱肋到合龙，再次将主索分成上、下游两组，两吊钩抬吊横撑，从桥两端向中间对称安装，如图6所示。上游拱肋下游拱肋图6钢管拱段及横撑的安装顺序（2）拱脚段安装按设计吊点捆绑拱脚段，用缆索吊运钢管拱段到安装位置正上方，停止牵引，使之下降到拱座预埋钢筋笼部位暂停，下端头4根钢管口先对准钢筋笼上端，缓慢下落到钢筋混凝土拱座上，用经纬仪控制中线，拱肋下端中线与拱座中线重合后，落实到拱座上。用水准仪控制拱上端头高程，挂好拱段上部两边扣索（图5）和两侧八字风缆，先用两边扣索同时调整拱段上端头高程，调整全比设计值高出15〜20cm，收紧扣索并卡紧，然后徐徐松完起重绳，不卸吊钩，用两侧八字风缆调整上端头中线，符合设计后，固定风缆并扣紧，检查扣索系统、八字风缆的受力情况，确认无误后，取走吊钩，即完成了宝台潘河上游拱脚段的安装，同理吊运安装汉台潘河上游拱脚段拱肋。边段安装按计算扣、吊点位置捆绑钢丝绳，吊运至被安装位置，下部管口对准拱脚段的吊装接头定位钢板上，管段上部管口初步提高到比设计值高出30〜40cm。穿好拱脚段上端与边段下端的法兰螺栓，螺母不拧紧，留5mm的间隙，接好扣索和八字风缆。调整扣索和八字风缆，观测拱肋中线和高程，符合设计要求，即完成边段拱肋的安装。顶段安装与合龙吊运顶段全合龙位置，徐徐下降顶段钢管拱段，落到边段端El定位板上，使定位板完成受力，用仪器观测4个接口处的高程和中线。按照先松拱脚段扣索、后松边段扣索、再微放拱顶段吊钩的顺序，两岸对称均匀的放扣索，反复循环进行，每次调整升降幅度控制5〜10cm，逐步调整接口处高程和拱肋中线，直至拱顶接口合龙，穿好接口处法兰螺栓并固定。此时不松吊钩，先松一次各段扣索、调整拱肋中线及各接口处高程，同时用钢楔楔紧各接口的开口，拧紧螺栓，同时复核拱肋高程及中线，符合设计后，固定风缆并收紧风缆。合龙焊接一条拱肋安装合龙，用直流电焊机从拱顶向拱脚对称施焊各接口，接口处4根管采用对接焊及对称包瓦施焊，8块钢瓦提前按设计尺寸下料，打好坡口，瓦与瓦之问留5mm的间隙缝，以便能够焊透，焊条采用T506低氢型焊条。焊接时采用左右、上下对称施焊。一条拱肋对称焊接完成，再次复核钢管拱肋控制点高程及中线，若有误差，可用扣索，八字风缆微调，符合设计后，封闭拱脚混凝土，完成两拱脚的体系转换，即双绞拱转换成无绞拱，上游拱肋吊装合龙。下游拱肋吊装合龙上游拱肋焊接完成一部分拱肋轴线形成后，摘取吊钩，同时测量拱肋高程和中线。拨移主索到下游拱肋轴线位置，吊装前进行试吊检测，符合缆索吊设计参数后，吊装下游拱肋，同上游拱肋吊装合龙程序，主要控制合龙温度与上游合龙温度一致。5横撑安装两拱肋吊装合龙完成，将缆索吊主索分成上、下游两组，两组主索中心线分别布设在两肋内侧1m处。横撑吊装采用两组主索抬吊，如图7所示，从拱脚向拱中部对称吊装；吊装到位，穿好接头螺栓不拧紧，靠横撑侧下方焊接定位挡块，以防横撑侧翻，6道横撑均安装到位后，观测两拱肋中线并控制，拧紧法兰螺栓并楔紧u形垫圈。从拱顶部横撑向拱脚部横撑用直流电焊机对称施焊撑管对接口，并用8块钢瓦包焊接口，焊接完成后，要对每条焊缝进行严格的超声波探伤检查，确保焊接质量。4混凝土灌注大桥南北两岸陡峻，拱脚下不宜布设输送泵。根据地形，两输送泵分别布设在台后，拱肋混凝土灌注按照桥台顶面以下用输送泵灌注、附着式振动器振捣密实，桥台顶面以上部分采用对称泵送顶升法施工。1混凝土的配合比(表1)表1混凝土配合比材料名称425级粉煤灰中砂碎石水UEA/JP2泵送剂水泥I级(粒径10—30mm)膨胀剂WR—F质量/kg49024.56101160185544.9配合比10.051242.37'30.380.110.012混凝土灌注施工设备选型拱顶距桥台面约34m,混凝土输送泵距离约有80m。宝台选用HBT50A一16液压混凝土泵，最大排量33〜50m/h,最大输出压力10.8〜16MPa，电机功率110kW；汉台电压不够，选用HBT60A一1406D液压混凝土泵，理论混凝土输出压力6.8MPa，柴油机功率112kW。混凝土灌注顺序每次1条钢管，先下弦内侧管，再下弦外侧管；后上弦内侧管，再上弦外侧管。上下游拱肋跳开压注。混凝土的灌注施工混凝土灌注前先泵入2盘M40水泥砂浆，润滑管道，然后从两拱脚处开始对称压入C40微膨胀缓凝混凝土，在灌注过程中通过压入混凝土盘数来控制两边压注速度，高差控制在1.5m左右，以达到两边相同高度，最后到顶部排气孔，输送泵同时施压排出混凝土，密实后打入木塞，防止混凝土倒流，拧紧法兰螺栓，拆除泵送管，接下一个灌注管。灌注时对拱轴线进行观测，用仰索和扣索进行控制。5吊杆安装每条拱肋下设23根吊杆，全桥共46根，吊桥采用镀锌钢丝，标准强度：1670MPa，吊杆规格PES(H)5—109,吊杆外保护层为黑色单层热挤高密度聚乙烯护层(PE)，厚5mm，每根吊杆在桥面以上3m段用不锈钢管保护。吊杆上端为墩头锚，下端为带锚环的墩头锚，为桥面高程的调整端，最大调整高度为20mm。吊杆长度的确定在两拱肋钢管内填充混凝土后，准确测量拱肋上垫板的高程，根据吊杆横梁下垫板底部高程，确定每根吊杆的实测长度，并向厂家提供吊杆的实际长度，以便制做。吊杆的安装吊杆在安装前对拱肋预留孔、吊杆横梁的预留孔进行全面检查，消除孔内的焊渣、混凝土等粘附物质及管壁内的锈迹，然后用直径与吊杆锚头相同尺寸的器具穿孔检查。用缆索吊钩将吊杆吊起，按每根吊杆的位置由钢管拱肋上锚孔自上而下穿出，使46根吊杆全部安装到拱肋上。6吊杆横梁的安装吊杆横梁截面尺寸为十字形，高145elTl，上部宽36cm，下部宽50cm，腰部宽80cm，梁长1290cm，梁重24600kg。横梁吊装在台后场地用两组缆索吊主索吊钩抬吊，吊运到拱肋上方设计安装位置，按计算值前后错开约11In，上下错开约10In，使12.9In长的横梁能从两拱肋7.4In的间距中落下。横梁落入拱肋后，两吊钩落平，同时下落到吊杆锚头下方