钢管混凝土拱桥施工技术的探讨
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摘要：介绍芷江县舞水大桥钢管混凝土系杆拱桥施工中构件预制、起吊、安装等施工技术。可为同类工程提供参考。
关键词：拱桥；构件施工;起吊安装；
引言
近年来，钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、省建材、外形美观等优点，被广泛应用于公路工程。但该桥型技术复杂，施工难度大，已经暴露和潜在的问题还很多，亟待广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善，本文将结合工程实践就施工关键技术进行阐述。
1、工程概况
芷江县舞水大桥是芷江县城跨越舞水河的第四座桥梁，位于芷江三桥上游大约二百米，是芷江老城到新开发区之间的便捷通道，桥梁起于芷江县政府旁沿河路，全长278.0m，该桥的建成将有利于芷江县城城市的发展，为再造芷江新城提供基础保障。桥梁上部结构是20（空心板）+69.5（下承式钢管拱）+88（下承式钢管拱）+69.5（下承式钢管拱）+20m（空心板）,全长278.0m。空心板采用预应力结构。中跨计算跨径88m,边跨计算跨径68m，中跨拱肋宽1.1m；边跨拱肋宽0.95m。拱矢跨比1/4，拱轴系数是1.167，为等截面钢管砼悬链线无铰拱，下承式拱上部由刚性拱、刚性纵梁、柔性吊杆组成。
2、工程结构设计
（1）下部结构0#、5#台为扩大基础配U型桥台，1#～4#墩采用桩基础加墩柱，不设系梁；在柱顶以下1.20m处设箱形系梁。桩基采用嵌岩钻孔桩。
(2)引桥部分上部结构
两侧引桥均是1―20m预应力空心板，共设板17片，桥面铺装层由8cm水泥混凝土+7cm沥青混凝土组成。
(3)拱肋结构
拱肋采用等截面钢管混凝土结构，中跨拱肋截面高2.5m，宽1.1m；边跨拱肋截面高2.2m，宽0.95m；中、边跨两条拱肋中心间距均是18.0m。中跨每条拱肋断面由2根φ1100mm钢管组成上、下弦杆，上、下弦杆之间用缀板相连，缀板外距30cm；边跨每条拱肋断面由2根φ950mm钢管组成上、下弦杆，上、下弦杆之间用缀板相连，缀板外距30cm。钢管、缀板均采用16Mn钢，厚б=12mm，在钢管及缀板内都灌注C50微膨胀混凝土。
主拱钢结构防锈采用热喷涂方法，底层喷锌50微米，面层喷铝150微米，外层用有机硅涂料对金属涂层进行封闭，最外层涂彩色涂料做装饰来共同保护拱肋，防止拱肋腐蚀。
(4)横向联系
桥面板以下设中横梁和端横梁联系；桥面以上中跨设四道拱上横撑，边跨设三道拱上横撑。横撑采用16Mn钢（厚б=12mm）卷制成的φ1100mm和φ950mm钢管。
(5)吊杆
吊杆间距5.0m，吊杆采用PES7-73丝镀锌高强平行钢丝，标准强度fpk=1670Mpa。吊杆是热挤聚乙烯保护，锚具采用冷铸镦头锚。吊杆上端为可调锚头，下端为固定锚头，在拱肋处吊杆锚固于拱肋上弦以下40cm位置，下端锚固于纵梁，吊杆外套镀锌钢管保护。
(6)、拱上行车道系
拱上行车道系由现浇钢筋混凝土桥面板、现浇预应力中横梁和端横梁、两侧预应力纵梁、7c沥青混凝土桥面铺装层组成。
伸缩缝装置设在引桥和下承式拱连接处，共两道
(7)人行道系
人行道系由现浇悬臂部分（包括设置自来水管部分）、现浇人行道纵梁、预制人行道板、不锈钢栏杆、路灯、大理石铺装、主桥防撞栏杆及引桥路缘石组成。同时预留空间便于供水管（管径不能超50cm）、电力线、电讯线、广电线等各种线路布设。
图1平面图
3、主要施工技术方案
3.1施工流程
（1）桥墩钻孔桩、承台、立柱施工。
（2）引桥上部结构施工。在跨内设置临时底座浇筑20m空心板，张拉压浆后横移就位，浇筑顺序由外至内。
（3）纵梁、横梁采用现浇法施工工艺。采用钢桁架式支架施工。
（4）钢管拱制作。委托武汉船舶厂进行制作，利用大型水压机一次冲压成型。
（5）钢管拱安装。搭设吊装钢便桥，在纵梁上设置临时支撑支架，采用50吨汽车吊分节吊装就位焊接成型。
（6）吊杆安装，第一次张拉提升；桥面板施工，吊杆第二次张拉。
（7）附属工程的施工并拆除支架，清理桥下残余结构物，恢复河道通航。
3.2钢管拱安装技术方案
确定了钢管拱的安装技术方案：搭设临时钢支撑，钢管拱分节吊装拼接。用拖车将分节钢管拱运至施工现场安装位置然后采用50吨汽车吊安装就位。
3.3钢管拱砼顶升技术方案
为了保证拱脚位移不能大于设计数值及全桥受力均匀，这就要求钢管拱两端必须同时均匀地进行砼顶升。钢管拱砼顶升技术方案确定为：钢管砼管内采用微膨胀缓凝砼，利用固定泵两端同时顶升砼。
4、主要施工工艺及方法
4.1钢管拱安装
在工厂内基本管节加工完毕后，按安装单元节进行预拼装，首先设置预拼台座，预拼台座（卧式预拼）平面布置根据设计图纸进行座标换算的控制参数进行施工放样。试拼装合格后分段运至施工现场，
(1)钢管吊装分段顺序
先吊装两端，接着吊装中间拱肋、中间曲线拱肋按2～3小节为一段，最后吊装拱顶段。
(2)拱脚段安装
拱脚段钢管在拱座砼灌注之前安装，在纵横梁平台上安装框架支座，放好十字线，焊好挡板，并调整好标高，然后将拱脚段吊装就位，中线、水平调整后在拱脚四周焊型钢支撑固定，防止拱脚段向下位移和左右偏位，在拱脚段上端临时固定在支架止。
(3)节段安装
分节段安装前，在接口处的临时支承上搭好平台，距拱肋1m左右，在分节段吊装时，两端各挂两个倒链，以减少空中工作量，使分节段吊至安装位置后端与已安装段对口，平稳下落，在即将到位时，用倒链调整至准确位置。临时支座焊接牢固，整个安装过程，测量跟踪作业，保证安装位置准确，调整完成后以倒链固定，开始焊口整形，接头焊接。
(4)拱肋合龙
合龙前对环境温度进行连续48小时的测量，根据测量的温度数据，确定合龙最佳时间，一般合龙温度为10～20℃，因此确定在夜间合龙温度时进行，同时测量合龙口的距离，确定合龙段长度，一次切出坡口，打磨合格。派人观测温度变化，一旦气温降至合龙温度，马上开始作业，进行合龙口固定、点焊。每个合龙口派2个电焊工同时对称连续进行焊接作业，直至全部焊缝焊完。之后测量中线、标高与设计拱轴线进行核对。
钢管拱安装支架图
4.2钢管拱砼顶升
灌注拱肋钢管砼采用顶升法施工，C50微膨胀砼从拱肋两端拱脚部位对称输入拱肋钢管内，让砼沿着钢管或者腹腔内壁向上顶升，砼到达最高点即完成顶升。
4.2.1工艺流程：
钢管拱的安装完成钢管拱脚手架的搭设设置排气孔和灌浆孔焊接进料支管安装回流截止阀布设输送泵压注清水湿润输送泵管安装压注头和阀门泵送高标号砂浆泵送C50微膨胀砼砼从拱顶排浆孔排出关闭压注口阀门砼强度达到50%后拆除闸阀完成灌注。
拱肋砼灌注顺序，考虑到拱肋灌注前已安装系杆，拱肋钢管的内应力、拱脚位移均可通过系杆进行调整，因此本桥钢管砼灌注考虑单根拱肋钢管对称灌注。灌注顺序：上游下弦钢管下游下弦钢管上游上弦钢管下游上弦钢管上游腹腔下游腹腔。
4.2.2施工要点
（1）C50微膨胀缓凝混凝土要求进行配合比试验，各项指标满足设计要求后方可施工。
（2）混凝土输送管应避免转弯角度过小及弯头过多，输送管支撑架要求稳定，在泵管对接前仔细检查管内壁是否清洁、结构和密封圈是否完好。对接好后要逐节检查输送管以确保管节接口严密，杜绝混凝土顶升过程中发生脱管现象。为防止意外发生在现场配备同样长度数量的泵管、弯头和密封圈一套作为备用。
（3）混凝土顶升时应做到连续放料，不得间断。
（4）排气孔冒出混凝土时要求输送泵稳住压力，然后关紧阀门，在确定阀门不漏浆的前提下拆除泵管。
（5）施工期间配备一台备用输送泵，防止中途输送泵发生故障造成砼灌注停顿；另配备两台高压水枪，以便混凝土从排气孔冒出后及时清洗钢管拱。
（6）混凝土的顶升应该高压、低速，两台迸速度及压力应尽量保持一致。
4.3吊杆安装
本桥吊杆采用PES7-73丝镀锌高强平行钢丝，标准强度fpk=1670Mpa，吊杆是热挤聚乙烯保护。本桥吊杆委托专业生产厂家柳州欧维姆机械股份有限公司加工制作成形。
4.3.1吊杆安装前准备
（1）准备2～3副与吊杆拱肋端内螺纹相同直径、螺距的外螺纹柱头，并与吊杆拱肋端内螺纹试装，能用徒手扭转外螺纹柱头为准。外螺纹柱头顶端焊接一钢筋吊环，以备安装吊杆时与提升吊杆卷扬机钢绳头相接。
（2）使用放置在端横梁上拽拉牵引系杆的5吨卷扬机，钢绳通过转向滑车导入到主拱肋钢管上。
（3）准备2～3块厚3cm，宽×长为4m×4m的大木板，吊杆置放于木板上，垂直安装吊索。
（4）扭紧吊杆外螺母专用帮手2～3套，其它小型机具一批。
4.3.2吊杆安装
主拱肋钢管混凝土达到设计强度，就可对吊杆进行安装，首先把吊杆运输吊杆安装位置的正下方，放置在事先摆放在该位置的木板上，拆除吊杆锚头的包装，拧开吊杆主拱肋端头内螺纹保护盖，安装事先准备好的外螺纹柱头，使外螺纹柱头顶面钢筋吊环与提升卷扬机连结（卷扬机钢绳从主拱肋吊杆孔内穿过），起动卷扬机缓缓提升吊杆至拱肋吊杆孔内，用专用帮手拧紧吊杆锁紧螺母，吊杆安装完成等待中横梁吊装到位，以拧紧吊杆下锁紧螺母。
4.3.3吊杆张拉
吊杆张拉主要是为了调整中横梁、全桥桥面标高，吊杆张拉需要多次才整体完成桥梁桥面线形。吊杆张拉前事先准备与吊杆张拉端内螺纹相匹配的张拉螺杆，张拉的千斤顶、油泵等施工机具。本桥使用千斤顶为60吨千斤顶，张拉油泵50Mpa。吊杆张拉时，首先把张拉螺杆拧入吊杆张拉端的内螺纹中，安装穿心千斤顶，起动张拉油泵，对吊杆进行张拉。
用于吊杆张拉的千斤顶、油泵事先必需由具有资质检测单位对千斤顶、油泵进行校核、检验以确定千斤顶的摩阻系数，以能精确反映主拱肋、吊杆的受力状态。
5、结语
本工程经过精心组织，通过方案比选，合理组织施工，节约了时间，保证了工程质量，降低了工程施工成本，可供同类桥梁施工提供参考。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看