下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)

　   1 工程概況

　　蘊藻浜大橋是A5嘉金高速公路一期一標一座主線大橋，A5高速公路是上海高速公路網(wǎng)中南北向連接嘉定、青浦、松江、金山4個經(jīng)濟較發(fā)達區(qū)域的主要快速通道，A5高速公路一期工程將加快建設(shè)速度，以與F1國際賽車場同步建成。本工程由同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院設(shè)計、上海建工集團總公司承建。 蘊藻浜大橋主橋是一座下承式鋼管混凝土系桿拱橋。系桿拱橋分上下行兩副橋梁。單副橋?qū)?7.6m、跨徑87.88m、計算跨徑L=85m、矢高f=17m、矢跨比為1/5，拱軸線采用二次拋物線。橋面標高為15.444m、拱頂標高32.515m、河面最高通航標高3.5m；系桿拱橋橋面（中橫梁及系梁）吊裝凈標高為12m，鋼管拱吊裝凈標高為20.515m。

　　2 工程結(jié)構(gòu)特點及難點

　　蕰藻浜大橋鋼管拱結(jié)構(gòu)工程主要包括鋼管拱肋4片、風(fēng)撐7×2道、拱腳8處、吊桿錨固64套、橫向抗震限位8件，鋼結(jié)構(gòu)總噸位454t。該下承式系桿鋼拱橋采用先拱后梁、先系梁后橫梁的無支架施工方法，工序多、工藝復(fù)雜、現(xiàn)場施工場地復(fù)雜，吊裝條件較差。 鋼管拱肋采用啞鈴型斷面，上下鋼管直徑為φ900mm，腹部寬度為512mm、高度360mm，壁厚為16mm，拱肋高2000mm，寬900mm。鋼管拱肋曲線長約84.2m，重量為65.8t，內(nèi)部吊桿處加勁板重量約8.4t，每片拱肋的起吊重量為74.2t。風(fēng)撐采用箱型斷面，單根起吊重量8.0t左右?？紤]到單片拱肋較重，拱肋的安裝采用1臺110T浮吊進行安裝。 蕰藻浜大橋上部砼結(jié)構(gòu)主要包括預(yù)制系梁、預(yù)制中橫梁及系梁與中橫梁間砼濕接頭現(xiàn)澆段施工，全橋有4根箱型系梁（每根系梁分為7根9m長系梁預(yù)制段共28根），13.6m長預(yù)制T型中橫梁共32根。系梁采用箱型斷面，高為1600mm，寬1400mm，吊桿處為實心斷面，預(yù)制段標準長度為9000mm，起吊重量約30t。預(yù)制中橫梁為T型斷面，高1450mm、寬3000mm，預(yù)制段長13.6m、起吊重量60.5t。

　　3 主要施工技術(shù)方案

　　3.1 施工流程

　　1）①主橋橋墩鉆孔樁、承臺、立柱施工；②橋墩處支架搭設(shè)，現(xiàn)澆拱腳及端橫梁；③砼達到設(shè)計強度后張拉端橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束。

　　2）①施工現(xiàn)場鋼管拱成型，采用吊裝法單片吊裝就位；② 鋼管拱拱腳處的連接處理；③單片鋼管拱之間的七道風(fēng)撐的連接；

　　3）①安置系梁內(nèi)的上緣4根鋼絞線，外套塑料加勁波紋管作為施工的臨時水平拉索；②由拱腳向鋼管拱內(nèi)泵送微膨脹砼；③同時調(diào)整水平拉索，控制拱腳的水平位移在控制范圍之內(nèi)；④鋼管拱內(nèi)砼達到設(shè)計強度后安裝吊桿。

　　4）①預(yù)制系梁節(jié)段采用駁船運輸至橋下；②利用鋼管拱吊裝系梁預(yù)制段并使吊桿安裝就位；③吊裝預(yù)制系梁節(jié)段時同步調(diào)整水平鋼索的拉力，控制其水平位移。

　　5）①現(xiàn)澆系梁預(yù)制節(jié)段間的濕接頭；②砼達到設(shè)計強度后張拉系梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束。

　　6）①安裝中橫梁預(yù)制節(jié)段，現(xiàn)澆中橫梁與系梁間的濕接頭；②現(xiàn)澆橫梁間的橋面板；③調(diào)整吊桿內(nèi)力，控制結(jié)構(gòu)線形達到豎曲線要求。

　　7）橋面系的施工并拆除拱腳處的支架。

　　3.2 鋼管拱安裝技術(shù)方案

　　鋼管拱安裝關(guān)鍵在于機械的選擇和工藝的確定。根據(jù)以往經(jīng)驗，初步確定為單機浮吊起吊，但由于起吊高度較大且起吊重量達74t左右，單機起吊要求浮吊噸位太大，而蘊藻浜河道寬度和深度均不能滿足其作業(yè)要求，因此最后確定了鋼管拱的安裝技術(shù)方案用駁船將鋼管拱運至安裝位置然后采用兩臺浮吊雙機抬吊安裝就位。

　　3.3 鋼管拱砼頂升技術(shù)方案

　　鋼管拱砼的頂升對砼級配要求高，要連續(xù)放料不得間斷，頂升過程中鋼管拱受力復(fù)雜，既要保證砼的順利頂升同時要保證鋼管拱在砼頂升過程中不被損壞。為了保證拱腳位移不能大于設(shè)計數(shù)值及全橋受力均勻，這就要求鋼管拱兩端四趾必須同時均勻地進行砼頂升，頂升過程中要求根據(jù)拱腳的位移對水平索進行張拉?？偟膩碚f，鋼管拱內(nèi)砼的頂升是一個相當(dāng)復(fù)雜的工藝流程，必須面面俱到、萬無一失，才能保證全橋的施工質(zhì)量，因此鋼管拱砼頂升技術(shù)方案確定為：鋼管砼管內(nèi)采用微膨脹緩凝商品砼，利用固定泵四趾同時頂升砼。

　　3.4 系梁安裝技術(shù)方案 系梁安裝由于受安裝鋼管拱和臨時索的限制，安裝存在較大的難度，無法一次提升到設(shè)計標高，然而設(shè)計提議要求利用已經(jīng)安裝的吊桿安裝系梁無法滿足現(xiàn)場實際情況。最后采用兩次吊裝的施工技術(shù)方案，即先利用浮吊將其提升至一定高度，然后接長的吊桿臨時固定系梁，最后利用浮吊第二次提升至設(shè)計標高。

　　3.5 中橫梁安裝技術(shù)方案 中橫梁安裝時由于鋼管拱及系梁都已安裝完畢，施工限制較多。開始打算利用卷揚機吊裝中橫梁，但卷揚機吊裝中橫梁工期較長。最后根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定了中橫梁安裝技術(shù)方案：利用浮吊在跨內(nèi)捆綁吊裝近岸中橫梁，利用浮吊跨外捆綁安裝中間4根中橫梁，利用貝雷架臨時固定中橫梁。[Page]

　　4. 主要施工工藝及方法

　　4.1 鋼管拱安裝 鋼管拱在工廠內(nèi)預(yù)制后分三段運至現(xiàn)場，由于場地的限制拼裝場地選在離施工現(xiàn)場近800m的蘊藻浜岸邊空地上。拼裝時將鋼管拱兩頭封閉，然后將其吊入河中，利用其自身浮力并用拖船將其拖至起吊現(xiàn)場。由于橋位西邊4m處有一座舊橋，浮吊只能?？吭跇蛭粬|邊工作，考慮到施工方便，拱肋安裝按照橫橋向從西到東順序依次進行。鋼管拱肋采用1臺110t浮吊、1臺80t浮吊安裝。 浮吊?？吭跇蛭粬|北側(cè)河岸邊，浮吊通過前后4根錨固于河岸地壟的鋼絲繩臨時固定，啟動浮吊上的卷揚機牽引鋼絲繩可以控制浮吊的移動方位。浮吊吊鉤鉤住拱肋吊點鋼絲繩緩慢起吊，拱肋吊在空中時浮吊依靠鋼絲繩牽引緩慢轉(zhuǎn)身，使其正面朝向橋位西側(cè)，然后再啟動移位裝置，浮吊朝著橋位西邊緩慢移動。在拱肋靠近拱腳正上方約50cm，待浮吊穩(wěn)定后將拱肋緩慢下放，此時利用拱肋上的繩索通過1t手拉葫蘆緩慢牽引拱肋靠近拱腳，直到拱肋緩慢插入拱腳并頂住拱腳，拱肋一端插入后另一端再采用同一方法插入。浮吊扒桿放松，拱肋兩端均頂住拱腳。拱肋兩端插入后，拱肋三分點處4根與拱軸線大約成45o的纜風(fēng)繩分兩側(cè)拉緊，纜風(fēng)繩采用φ21.5mm鋼絲繩，用3t手拉葫蘆進行收緊。 拱肋初步定位后對拱肋進行垂直度、拱肋軸線的貫通測量，確保吊裝過程中拱軸線不會出現(xiàn)偏差。如有偏差應(yīng)通過纜風(fēng)繩調(diào)整，拱肋經(jīng)調(diào)整達到設(shè)計要求后進行拱腳處連接鋼板的焊接。

　　4.2 鋼管拱砼頂升

　　4.2.1 工藝流程 鋼管拱的預(yù)制及吊裝→鋼管拱腳手架的搭設(shè)→設(shè)置排氣孔和灌漿孔及分倉板→砼輸送泵及泵管安裝就位→清除管內(nèi)污物→濕潤內(nèi)壁→安裝壓注頭和閥門→壓注管內(nèi)砼→從拱頂排氣孔中排除相同的混凝土→關(guān)閉壓注口閥門→砼強度達到50%后拆除閘閥完成灌注。

　　4.2.2 施工要點

　　1）C50微膨脹緩凝混凝土要求進行配合比試驗，各項指標滿足設(shè)計要求后方可施工。

　　2）混凝土輸送管應(yīng)避免轉(zhuǎn)彎角度過小及彎頭過多，輸送管支撐架要求穩(wěn)定，在泵管對接前仔細檢查管內(nèi)壁是否清潔、結(jié)構(gòu)和密封圈是否完好，以確保不會在泵送過程中發(fā)生堵塞、爆裂和泄露現(xiàn)象。對接好后要逐節(jié)檢查輸送管以確保管節(jié)接口嚴密，杜絕混凝土頂升過程中發(fā)生脫管現(xiàn)象。為防止意外發(fā)生在現(xiàn)場配備同樣長度數(shù)量的泵管、彎頭和密封圈一套作為備用，對備用管道的更換要先行試驗、熟練掌握。

　　3）混凝土頂升時應(yīng)做到連續(xù)放料，不得間斷。

　　4）排氣孔冒出混凝土?xí)r要求輸送泵穩(wěn)住壓力，然后關(guān)緊閥門，在確定閥門不漏漿的前提下拆除泵管。

　　5）施工期間要求配備兩臺高壓水槍，以便混凝土從排氣孔冒出后及時清洗鋼管拱。

　　6）混凝土的頂升應(yīng)該高壓、低速，兩臺迸速度及壓力應(yīng)盡量保持一致。

　　4.3 系梁安裝技術(shù)方案

　　系梁預(yù)制段標準長度為9.0m，對應(yīng)的起吊重量約30t。構(gòu)件預(yù)制時應(yīng)考慮到吊鉤安裝方便，預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋光圓吊環(huán)鋼筋應(yīng)露出混凝土面不小于20cm，吊環(huán)鋼筋間距也不小于20cm。每個預(yù)制構(gòu)件預(yù)埋4根吊環(huán)鋼筋，對稱分布于構(gòu)件上。因為考慮到體外預(yù)應(yīng)力布置于系梁上側(cè)，為了便于起吊，系梁構(gòu)件預(yù)制好后按照安裝順序?qū)⒏鳂?gòu)件分布于橋位的北岸，縱橋向按兩端對稱的原則進行，橫橋向按從西邊橋位到東邊橋位的原則進行。 系梁構(gòu)件同樣采用1臺110t浮吊吊裝，浮吊先將預(yù)制構(gòu)件吊放入150t的駁船上，駁船將構(gòu)件運輸?shù)皆O(shè)計位置的正下方，浮吊依靠鋼絲繩牽引移位到駁船邊，浮吊扒桿吊鉤從體外預(yù)應(yīng)力束之間穿下去，吊住系梁構(gòu)件緩慢提升，提升至離設(shè)計標高1.5m處，然后利用加工好的工具將吊桿延長，利用延長的吊桿臨時固定系梁。然后進行兩次起吊至設(shè)計標高，工人從旁邊將吊桿從上向下穿出，同時測量預(yù)制構(gòu)件頂面標高，在誤差允許范圍內(nèi)即可將吊桿螺母擰緊，當(dāng)預(yù)制構(gòu)件的兩根吊桿螺母均調(diào)整到位后放松浮吊吊鉤，讓吊桿承受預(yù)制構(gòu)件荷載重量。

　　4.4 中橫梁安裝技術(shù)方案

　　中橫梁預(yù)制節(jié)段長為13.6m，為了安裝方便，橫梁兩端向內(nèi)50cm腹板中心處各預(yù)留一個φ50mm的孔洞用于捆綁吊裝，設(shè)計吊鉤用于臨時固定。在每片橫梁上方安裝單排單層2×6片貝雷桁架，全橋共需384片貝雷桁架，貝雷桁架擱置于系梁上吊桿邊50cm高方木墩上。安裝橫梁之前必須安裝貝雷桁架，用1臺110t浮吊進行安裝。安裝西邊貝雷桁架時浮吊?？吭跂|邊橋位拱肋間；安裝東邊貝雷桁架時浮吊停靠在東邊橋位東側(cè)。 由于邊吊桿處拱肋下緣與系梁上緣之間的凈空僅為1.7m，安裝貝雷桁架需要的高度為2.0m，故此處系梁上無法安裝貝雷桁架。因此采用圖1中所示方法，在邊吊桿拱肋上堆放方木，方木采用22＃槽鋼固定，槽鋼與拱肋間采用麻布袋保護拱肋以免受損，槽鋼之間采用焊接方式連接，貝雷桁架放置于方木上，采用鋼管支架固定貝雷桁架以免桁架側(cè)傾。 中橫梁構(gòu)件預(yù)制好后按照安裝順序?qū)⒏鳂?gòu)件分布于橋位南北河岸，浮吊將橫梁構(gòu)件吊放入150t的駁船上，駁船將構(gòu)件運輸?shù)皆O(shè)計位置的正下方，將鋼索從貝雷架中穿過，捆綁中橫梁，慢慢提升至設(shè)計標高。利用φ32鋼筋固定中橫梁。

　　5 工程實施中技術(shù)問題

　　施工技術(shù)方案的確定解決了總體施工的主要問題，但在實施過程中仍然存在大量的技術(shù)問題必須解決，主要包括以下幾點。

　　5.1 整個鋼管拱的運輸問題由于鋼管拱長度較長，普通駁船無法滿足其運輸要求，而太大的駁船無法駛進蘊藻浜，如何將其運至距離拼裝場地800m的施工現(xiàn)場成了一個技術(shù)問題，最后決定利用鋼管拱自身浮力，用駁船拖至施工現(xiàn)場。

　　5.2 鋼拱肋吊點的確定每片拱肋采用兩點對稱捆綁吊裝，根據(jù)鋼管拱肋的幾何特性建立模型，考慮拱肋自重及吊桿處加勁板重量，取吊點水平間距為25m對拱肋進行計算分析，計算得出： Μmax＝337.64t.m；σs=95.73 ＜210 ，σx＝95.30 ＜210 ； δx＝21.2cm（向內(nèi)）， δy＝11.1cm（向下）， 計算結(jié)果詳見圖2、圖3，計算表明吊點水平間距可取25m，但最終應(yīng)以設(shè)計單位或施工控制單位提供的數(shù)據(jù)為準。

　　5.3 混凝土輸送泵的選擇

　　砼頂升時要求混凝土輸送泵的額定速度v>1.2Q/t，其中Q為要灌注的混凝土量，t為混凝土終凝時間。由于混凝土頂升不得中斷要求，在頂升時配備備用砼輸送泵，輸送泵壓力： pa=1.2[p工程+γ（h+hm+hf）] 式中p工程為工程大氣壓，γ為要頂升的混凝土容重，h為砼輸送泵和最高頂升面的高差，hm為局部水頭損失，hf為沿程水頭損失。 hm=ζv2/2g ，ζ為局部阻力系數(shù)；hf=λ（l/d）v2/2g ，λ為沿程阻力系數(shù)。