下承式無風(fēng)撐鋼管砼系桿拱橋鋼管拱肋吊裝架設(shè)施工技術(shù)

PAGExx市xx河下承式無風(fēng)撐鋼管砼系桿拱橋鋼管拱肋分三節(jié)吊裝架設(shè)施工TheHoistingandtheSpanConstructionoftheSteelArchedRibDividedintoThreeSectionsBottom-roadbridgecalmbracesteelpipeConcretetiebarBaojiGuangyuanroadWeiRiverAbstract:Introductiontotheprojectofthespanandthedesignofthearchedbridge,givingthedetailedmethodsforeachconstructiondepartment,aswellastheimprovementandtheeffectforsomemethods.Besides,italsoincludessomeconstructionexperienceforthewholebridge.Keywords:Tiebararchedbridge;steelpipearchrib;hoisting;construction1、工程概況xx市xx河大橋主跨為64m+64m+72m+64m+64m的下承式無風(fēng)撐雙承載面的鋼管砼系桿拱橋，橋面總寬28.9m。拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/5；72m跨設(shè)吊桿13對(duì)，64m跨11對(duì)。鋼管拱橫截面為寬1.8m的圓端形，圓端直徑72m跨0.9m，64m跨0.8m，由厚16mm的Q345d鋼板卷制而成，內(nèi)按0.5m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m不等間距設(shè)加勁肋以提高鋼管拱肋的剛度。2、施工方案2.1鋼管拱肋的制作鋼管拱肋采用在工廠分節(jié)段加工制作，由汽車運(yùn)輸，工地現(xiàn)場(chǎng)拼組焊接。依據(jù)施工圖給定的拱腳處0#段拱肋的長(zhǎng)度及參考的工地接頭位置，結(jié)合汽車的運(yùn)輸能力，每工地節(jié)頭間分2段加工，即每片拱肋共分6段（不含2節(jié)0#段）。同時(shí)考慮到氣溫的變化對(duì)鋼材的脹縮影響較大，拱肋的制作比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度增長(zhǎng)4cm以留有施工富余量。2.2鋼管拱肋架設(shè)方案的選定由于主跨處于主河槽的二級(jí)階地較為平坦的老河床上，雨季時(shí)一般無河水，且墩高在7～8m之間，地表層又為卵石夾砂地層，通邊碾壓處理后密實(shí)度較高，所以選擇汽車吊現(xiàn)場(chǎng)吊裝就顯得更加經(jīng)濟(jì)合理。故采用汽車吊現(xiàn)場(chǎng)吊裝方案，同時(shí)主河槽靠主跨側(cè)砂袋后背非滲透土圍護(hù)作防洪處理。0#段先分別單獨(dú)吊裝，其他拱段（主拱段）吊裝的擬用方案有三，即分5節(jié)吊裝、3節(jié)吊裝和整體吊裝。通過對(duì)三套方案優(yōu)缺點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和可操作性的比較，選用分三節(jié)吊裝的方案，即將拱每2節(jié)在地面拼組成1較長(zhǎng)節(jié)段，共3個(gè)較長(zhǎng)的節(jié)段，先分別吊裝兩邊較長(zhǎng)節(jié)段，準(zhǔn)確就位后，再吊裝中間合龍段較長(zhǎng)節(jié)段，空中焊接成型，其優(yōu)缺點(diǎn)見表1。[作者簡(jiǎn)介]王富強(qiáng)（1966～），男，陜西人，1990年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院橋梁工程本科，高級(jí)工程師電話：（0358）5521260考慮到鋼材的伸縮對(duì)氣溫的變化敏感，吊裝時(shí)間選擇在早晨、傍晚或陰天氣溫較低時(shí)進(jìn)行。吊裝方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表1編號(hào)名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)備注起較型備接需墩型制時(shí)影各面其廠短小重?zé)o型備較接需墩空線作較工較在成節(jié)型設(shè)地量接體2.3拱肋吊裝的理論計(jì)算拱肋合龍段的吊裝屬軸心左右水平對(duì)稱用鋼絲繩捆綁吊裝,計(jì)算比較容易,此處不再繁述。而兩邊拱肋段的吊裝，應(yīng)使拱肋起吊后在空中時(shí)拱肋的傾角與拱肋就位后設(shè)計(jì)的拱肋傾角基本一致（高端稍高），以利就位，此處只列計(jì)算思路和理論公式。（1）計(jì)算思路及已知條件。建立如圖三a示坐標(biāo)系。a、拱肋設(shè)計(jì)的坐標(biāo)方程已知，坐標(biāo)原點(diǎn)在拱腳處，縱梁向縱梁軸線為原X軸，豎直方向?yàn)樵璝軸。通過坐標(biāo)軸平移原理將原拱肋二次拋物線方程換算成圖三a示坐標(biāo)系下的方程，用y=f（x2）代替。b、只有當(dāng)?shù)觞c(diǎn)A與拱肋重心處于同一豎直線上時(shí)，起吊后兩邊鋼絲繩（A點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，兩邊繩長(zhǎng)固定）的內(nèi)力將不會(huì)再重新分配，以利計(jì)算和控制，遂建立此坐標(biāo)系。c、因兩邊鋼絲繩長(zhǎng)固定，吊點(diǎn)A至拱肋重心D的距離h長(zhǎng)為已知（應(yīng)結(jié)合拱肋高度、汽車吊的最大起吊高度和最傾角合理選擇h的數(shù)值，也可初選一個(gè)，待兩邊鋼絲繩的直徑通過后述的力學(xué)計(jì)算后，合理時(shí)再做調(diào)整），即A點(diǎn)坐標(biāo)為（0，h）已知。d、為了防止吊裝過程中拱肋低端處捆綁鋼畢繩的上滑，捆綁處選在拱肋低端最近處的吊桿鋼護(hù)筒（在工廠已與拱肋焊為一體）縱拱向下側(cè)，即B點(diǎn)坐標(biāo)（XB、yB）已知。e、邊拱肋的重量G已知f、鋼絲繩的安全系數(shù)K取2.4已知。g、需計(jì)算內(nèi)容：吊點(diǎn)C的坐標(biāo)（Xc、yc），兩邊鋼絲繩的內(nèi)力N1和N2，鋼絲繩的直徑Ф。（2）計(jì)算過程：根據(jù)力寫平衡原理A點(diǎn)處，N1cosα+N2cosρ=G②D點(diǎn)處力矩為0有N1×h×sinα=N2×h×sinρ③根據(jù)直角三角形原理有：④⑤由①、②、③、④、⑤組成方程組，即可解出N1、N2，C點(diǎn)坐標(biāo)（Xc、yc）AB段鋼絲繩斷面積S1=AC段鋼絲繩斷面積S2=式中K—鋼絲繩的安全系數(shù)取2.4[]—鋼絲繩的允許應(yīng)力計(jì)算結(jié)果取S1和S2中數(shù)值大者為準(zhǔn)，再換算成鋼絲繩直徑，即為選用的鋼絲繩型號(hào)的最小直徑。3、施工操作3.10#段拱肋的安裝（1）由于0#段拱肋較重（0.6T），設(shè)計(jì)圖紙沒有考慮其臨時(shí)支撐和固定所需的鋼筋支架，所以需另設(shè)支架（圖四示）。因支架為［12槽鋼，現(xiàn)澆縱（橫）梁底模為12mm的竹膠板模板，二者無法連接以保證0#段就位時(shí)（后）所需的穩(wěn)定性，故先澆筑厚0.4m，從縱梁端3.4m長(zhǎng)的縱梁砼，并將槽鋼支架底部預(yù)埋于此砼中。（2）施工順序?yàn)椋航壴v梁和端橫梁鋼筋及拱腳鋼筋（含其內(nèi)預(yù)應(yīng)力波紋管安裝）→支立縱梁和端橫邊模板→按模邊線定槽鋼支架位置并臨時(shí)固定→澆注0.4m縱梁砼→縱梁邊模上擔(dān)板木支立全站儀近放與0#段上里程刻度點(diǎn)相同的里程點(diǎn)于砼面上→鑿毛砼面→吊起0#段并緩緩插入Ф28的雙層鋼筋?yuàn)A層間→調(diào)節(jié)、準(zhǔn)確就位并臨時(shí)固定0#段→澆注縱梁砼（3）施工注意事項(xiàng)：a、待0.4m厚縱梁砼達(dá)到5Mpa時(shí)方可安裝0#段拱肋。b、0#段拱肋起吊應(yīng)緩慢，徐徐插入雙層Ф28鋼筋?yuàn)A層間，縱向錘擊，豎直用千斤頂、水平用千斤頂于槽鋼支架上調(diào)節(jié)，使拱肋上程刻度與砼面上的里程刻一致（用鉛錘吊）。在遠(yuǎn)端縱梁模板上擔(dān)板木，支經(jīng)緯儀，使拱肋軸線與拱肋上刻度軸線一致，同理在縱梁側(cè)模遠(yuǎn)端支立水準(zhǔn)儀，塔尺控制拱肋前后端標(biāo)高與設(shè)計(jì)一致，調(diào)節(jié)無誤后橫向用型鋼或Ф28鋼筋將拱和槽鋼支架焊接牢固。c、立測(cè)量?jī)x器的板木在縱梁側(cè)模板上必須穩(wěn)定，操作時(shí)應(yīng)注意。d、拱肋就位調(diào)節(jié)應(yīng)仔細(xì)，固定后再用儀器復(fù)核檢查，確保就位準(zhǔn)確。e、0#段固定后，在上端口下拱肋面立焊3個(gè)定位鋼板（板厚12mm，高8cm，長(zhǎng)15cm），為主拱肋架設(shè)就位時(shí)低端的支撐，定位鋼板伸0#段接口7～8cm。3.2主拱肋的安裝（1）小節(jié)段拱肋的地面拼組。采用在地面臨時(shí)支架上拱肋水平放置的拼組方法。在需架設(shè)安裝拱肋的縱梁外側(cè)適當(dāng)距離的地面上，整平場(chǎng)地，用方木或枕木搭設(shè)分離式拼組支架，支架高度1.5～1.7m，兩支架間距1.0m，以滿足拱肋對(duì)接施焊的作業(yè)空間。支架頂橫拱肋向放置[10槽鋼，槽鋼開口向上，每一小節(jié)段下設(shè)2～3個(gè)，自拱肋中段面處向兩端基本等距分布，間距以小節(jié)段拱肋兩端穩(wěn)定為宜。槽鋼放置后用水準(zhǔn)儀操平，使其基本處于同一水平面上，誤差不大于5mm。用汽車吊吊裝小節(jié)段于支架的槽鋼上，接口基本對(duì)齊，千斤頂結(jié)合汽車吊調(diào)節(jié)兩拱肋接口上的軸線刻度標(biāo)記線對(duì)齊，接口四周錯(cuò)臺(tái)較小，用尺丈量拱肋的弦長(zhǎng)及矢高與理論值一致時(shí)，節(jié)口周圍立焊12mm厚鋼板（高8cm，長(zhǎng)15cm），卡死節(jié)口，鍥木插入槽鋼與拱肋接觸處，撤走汽車吊，焊接節(jié)口并X射線探傷。（2）臨時(shí)分離式支墩的搭設(shè)。在兩邊拱肋與合龍段拱肋接口處須搭設(shè)臨時(shí)分離式支墩，以支撐兩邊拱的上端口。同時(shí)為調(diào)節(jié)上端口的標(biāo)高、拱肋軸線及合龍段的就位調(diào)整、接口施焊等作業(yè)提供作業(yè)平臺(tái)。本工程采用在已澆筑的縱梁上用碗扣件搭設(shè)，支墩頂碗扣件每排托承上橫橋向放置10×10cm的方木，再在方木上縱橋向放置足夠的15×15cm方木，并在其上橫橋上放置20Ⅰ字鋼，Ⅰ字鋼上放置16T千斤頂2個(gè)，千斤頂橫橋向分開放置，間距70～80cm，千斤頂可調(diào)行程10cm。臨時(shí)支墩的搭設(shè)應(yīng)考慮其上有足夠的作業(yè)空，高度應(yīng)仔細(xì)計(jì)算，使拱肋標(biāo)高在千斤頂?shù)目烧{(diào)行程以內(nèi)。同時(shí)也要考慮支墩的穩(wěn)定性，其縱橫4個(gè)方向須設(shè)纜風(fēng)繩加固。本工程的碗扣件支墩，縱橋向3.6m，橫橋向1.8m，高度因縱梁拱肋的標(biāo)高坡度等的不同，不盡相同。（3）纜風(fēng)繩地錨的埋設(shè)。為了使拱肋架設(shè)后的橫向穩(wěn)定及調(diào)節(jié)拱肋軸線等的需要，在其上需設(shè)纜風(fēng)繩，橫向?qū)ΨQ各設(shè)2根，分別距兩端口約1.5m左右，橋面內(nèi)側(cè)固定于另一縱梁行車道防撞欄（已預(yù)于縱梁外露的）鋼筋上，橋面外側(cè)固定于地面埋設(shè)的地錨上。臨時(shí)支墩的纜風(fēng)繩橫橋向固定同拱肋的固定，縱橋向固定于其所在縱梁的行車道防撞欄桿預(yù)埋鋼筋的外露部分上。纜風(fēng)繩與拱肋連接采用先在拱肋側(cè)面焊接Ф20的耳環(huán)筋，竄入纜風(fēng)繩與拱肋捆綁；與支墩連接采用拉在碗扣件上。纜風(fēng)繩另一與16T倒鏈相連，再由倒鏈與地錨或行車道鋼筋相連，以使纜風(fēng)繩能夠使拱肋橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)，用以調(diào)節(jié)拱肋軸線。本工程采用Ф18.5的鋼絲繩作為纜風(fēng)繩。地錨按地?cái)n要求埋設(shè)，為上小下大的四棱臺(tái)C20砼形狀，頂設(shè)預(yù)埋Ф25的圓環(huán)鋼筋以與倒鏈相連。（4）兩邊主拱肋的吊裝安置按照計(jì)算所設(shè)的吊點(diǎn)，選擇適當(dāng)直徑的鋼絲繩和汽車吊緩緩將拱肋提升，暫時(shí)放置于0#段定位鋼板和支墩的千斤頂上，汽車吊、千斤頂調(diào)節(jié)并使軸線和里程符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求（方法同0#段施工），與0#段的節(jié)口處，再在邊拱頂面及側(cè)面焊接定位鋼板使接口固定牢固，節(jié)口對(duì)接后先不預(yù)焊接，纜風(fēng)繩拉緊暫時(shí)固定。（5）合龍段的吊裝安置緩緩吊起并落下合龍段，吊車、千斤頂結(jié)合調(diào)節(jié)拱肋中軸線，準(zhǔn)確合龍后用定位鋼板固定兩接口，并檢查拱頂標(biāo)高、成型拱肋軸線符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。如拱頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)值時(shí)，計(jì)算后在0#段接口處割除部分富余時(shí)拱肋，再檢查，合格后纜風(fēng)繩固定整個(gè)拱肋，各接口施焊并X射線探傷。（6）拱肋安裝的測(cè)量控制本工程采用一臺(tái)全站儀、一臺(tái)經(jīng)緯儀、一臺(tái)水準(zhǔn)儀三維準(zhǔn)確控制拱肋軸線、里程和標(biāo)高。即先用全站儀在縱梁面上放出與拱肋（軸線）上里程刻度相同的里程點(diǎn)，在縱梁上架立全站儀觀測(cè)使拱端口軸線標(biāo)記與縱梁上所放拱肋軸線處于同一豎直線上，橫橋向在遠(yuǎn)地面處架一臺(tái)經(jīng)緯儀，用鉛垂結(jié)合使拱肋里程刻記與縱梁上所放實(shí)際里程一致（垂直上下看是否在一垂線上）；在縱梁遠(yuǎn)處，架一臺(tái)水準(zhǔn)儀，觀察從拱肋端口處下吊的鋼尺刻度，嚴(yán)格控制標(biāo)高。4、部分施工方法的改進(jìn)4.1問題的提出（1）按設(shè)計(jì)要求，先施工中間72m跨，再兩邊64m跨，由中間向兩邊推進(jìn)，縱梁鋼鉸線分兩批張拉，第二批張拉按工況順序?qū)俚箶?shù)第二，即最后一道工序人行道懸壁板的現(xiàn)澆之前，且兩跨間的伸縮縫只有4cm，也就是說上一跨縱梁第二批鋼鉸線張拉千斤頂及人員的操作距離需占據(jù)下一跨縱梁至少1.5～2.0m的距離，此處（含此處端橫梁）的鋼筋無法綁扎，按上述0#段拱肋安裝的施工順序，縱梁和端橫梁的模板不能支立，0#段也就無法安裝。而當(dāng)縱梁和端橫梁的模板支立完畢后，從0.4m厚縱梁砼的澆筑到0＃段徹底就位需12天，也即立完模到澆注縱梁主體砼需12天，時(shí)間太長(zhǎng)，必須壓縮。（2）如能利用施工72m跨的同時(shí)先將兩邊64m跨的0#段拱肋吊裝就位，待72m跨縱梁端橫梁第二批鋼鉸線張拉完畢后直接立其模板，并澆注縱梁主體砼，依次類推至兩邊跨64m跨的施工，將大大縮短工期。4.2存在的困難（1）如調(diào)整施工順序，即先定位槽鋼支架并澆注0.4m厚縱梁砼→0#段拱肋吊裝就位→支立縱梁和端橫梁的邊?！鷿沧⒖v梁主體砼后，先澆筑的0.4m厚段的砼側(cè)面與后澆縱梁主體砼側(cè)面會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)并有砼漿水附著，影響砼的外觀質(zhì)量，本橋處xx市區(qū)繁華地段，不允許出現(xiàn)此情況。（2）拱腳0#段槽鋼支架及0#段定位所需的里程點(diǎn)（0.4m厚砼面上）無法測(cè)設(shè)。原因有二，一為縱梁和端橫梁的鋼筋主體網(wǎng)籠已綁扎成型（高1.7m），在遠(yuǎn)處支全站儀無法通視，距離又長(zhǎng)影響測(cè)量精度，二為因鋼筋籠網(wǎng)上站人后來回晃動(dòng)，在其上無法支立全站儀近放里程點(diǎn)和控制調(diào)節(jié)0#段軸線的觀測(cè)，先前先支縱梁邊模，再在其上放置板木，使得這一切變得可能。（3）0#段拱肋低端進(jìn)入緊貼其四周的雙層Ф28鋼筋困難，軸線調(diào)節(jié)及標(biāo)高調(diào)節(jié)時(shí)雙層鋼筋又不易移動(dòng)，操作困難。4.3解決的方法及效果（1）為解決錯(cuò)臺(tái)問題，將先澆筑的0.4m厚砼，從縱梁的三邊（與端橫梁接頭處除外）向梁內(nèi)人工鑿除5cm，澆注縱梁主體砼時(shí)此處注意多加振搗，使新舊砼結(jié)合密實(shí)。（2）在已澆筑完的72m跨縱梁端部附近放臨時(shí)坐標(biāo)點(diǎn)，并在其上支立全站儀測(cè)設(shè)拱腳0#段拱肋0.4m厚砼面上所需的里程點(diǎn)（此點(diǎn)處支立棱鏡處縱梁鋼筋可分開），并在此處附近支經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀控制0#段拱肋的軸線及標(biāo)高。（3）72m跨與64m跨接觸端，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的64m跨0#段拱肋位置與72m跨縱梁第二批鋼鉸線張拉操作距離矛盾，無法解決，只能先就位固定另一端0#段，在張拉完畢后集中力量完成兩跨接觸端下一跨0#段的定位。（4）先綁扎0#段拱肋低端底部與槽鋼支架接觸處的Ф28鋼筋，0#段拱肋就位準(zhǔn)確后再插入剩余未就位的Ф28鋼筋，并按設(shè)計(jì)要求與0#段拱肋低端焊接。由于此方法的應(yīng)用和工人操作的日趨熟練，5天即完成遠(yuǎn)端0#段的定位。（5）上述方法也可用于其余2邊跨64m跨的施工，大大縮短了大橋施工的工期，效果良好。5、施工體會(huì)（1）鋼管拱肋的吊吊裝架設(shè)屬屬大型起重重作業(yè)，軸軸線、里程程、標(biāo)高的的調(diào)節(jié)控制制，精度要要求高，各各工作人員員的默契配配合和現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)的統(tǒng)一專專人指揮協(xié)協(xié)調(diào)就顯得得尤為重要要，各工種種必須責(zé)任任心強(qiáng)，工工作認(rèn)真，聽聽從指揮，步步調(diào)一致，才才能快速達(dá)達(dá)到滿意線線形的拱肋肋成品。（2）加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)關(guān)和技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新是縮短短工期、減減小勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度、節(jié)約約成本投入入的關(guān)鍵因因素之一。例例如當(dāng)筆者者提出拱肋肋小節(jié)段的的地面拼組組采用拱肋肋水平放置置的方法時(shí)時(shí)，得到了了配合單位位鋼管拱廠廠的當(dāng)場(chǎng)反反對(duì)，配合合方認(rèn)為他他們先前施施工的拱肋肋拼組都是是豎向拼組組，水平拼拼組從未見見過，而筆筆者從查閱閱過的資料料顯示，水水平拼組支支架的搭設(shè)設(shè)也過于麻麻煩（多為為砼分離式式支墩，且且用脫胎），難難以操作，本本工程的拼拼組方法，通通過實(shí)踐證證明是簡(jiǎn)單單的而且是是成功有效效的。筆者提出的利用用72m跨現(xiàn)澆梁梁支架的預(yù)預(yù)壓沉降量量數(shù)值，由由理論可以以推算出其其余4跨64m跨支架預(yù)預(yù)壓沉