大跨度鋼管混凝土拱橋拱肋線形控制技術(shù)

PAGEPAGE1大跨度鋼管混凝土拱橋拱肋線形控制技術(shù)1、工程概況九畹溪大橋?qū)儆谌龒{工程配套項(xiàng)目，位于三峽庫(kù)區(qū)湖北省秭歸縣境內(nèi)，全長(zhǎng)221.5m，該橋?yàn)閮艨?60同等截面懸鏈線鋼管混凝土上承式拱橋，主拱圈采用兩根d=1.0m的鋼管，堅(jiān)向呈啞鈴形，拱肋高2.4m。f0/L0=1/6，m=1.495109,凈矢高為26.67m。拱上結(jié)構(gòu)為裝配式鋼筋混凝土空心板，板長(zhǎng)12.66m。橋位處地形陡峭，兩岸懸崖峭壁，無(wú)施工場(chǎng)地。該橋由于受三峽庫(kù)區(qū)大壩水位影響，橋面標(biāo)高216.77m，離現(xiàn)有水面160m高，該橋地處風(fēng)口，風(fēng)大，風(fēng)力最大可達(dá)七級(jí)以上。兩岸巖石裸露，巖石垂直節(jié)理發(fā)育。大橋主拱圈同兩條拱肋通過(guò)橫、平聯(lián)連成整體，拱肋中心距為7m，考慮該橋特殊的地形和運(yùn)輸?shù)姆奖悖袄吖卜?5段雙肋整體吊裝，最重段26t，最輕段為全擾段12t。段與段之間采用法蘭盤以高強(qiáng)螺栓連接。全橋主要的施工方法為：鋼管在工廠加工，采用12mmQ235鋼板卷制而成，經(jīng)長(zhǎng)江運(yùn)至香溪碼頭，然后用汽車運(yùn)到工地，經(jīng)過(guò)半跨單肋試拼和相鄰段整體立體試拼后，采用纜索吊雙肋懸拼全擾。鋼管拱內(nèi)混凝土灌注采用兩岸對(duì)稱、上下游不對(duì)稱的方式泵送，并利用扣索參與承擔(dān)荷載代替施工加載。拱上鋼管立柱利用纜索吊整體吊裝，鋼管立柱內(nèi)混凝土采用高位拋落法灌注。橋面大孔板沿接線路基預(yù)制，采用纜索吊安裝。2、線形控制基本概況九畹溪大橋跨度大，采用雙肋懸拼吊裝方案，安裝難度較大，再加上分段多，另外鋼管長(zhǎng)途運(yùn)輸，易變形，對(duì)保證拱軸線增加了一定的難度。為了保證全橋拱軸線，決定在現(xiàn)場(chǎng)除采用單肋半跨平拼外，還進(jìn)行相鄰段整體立體試拼。拱上結(jié)構(gòu)施工嚴(yán)格按照加載程序確保全橋上下游和兩岸均對(duì)稱加載。由于嚴(yán)格控制了鋼管拱肋加工、試拼、鋼管拱安裝、管內(nèi)混凝土泵送及拱上結(jié)構(gòu)施工，全橋竣工后，拱軸線完全符合設(shè)計(jì)要求。3具體做法3.1鋼管拱加工為了保證加工質(zhì)量，該橋的鋼管選擇在工廠加工。加工時(shí)按照1：1拱軸線放大樣，由于鋼材的熱膨脹系數(shù)較大，該橋又是在夏天高溫季節(jié)加工，還考慮了溫度修正，全橋拱肋加工完成后，在廠內(nèi)進(jìn)行了試拼，合格后才運(yùn)至工地，保證了加工精度。3.2鋼管拱單肋平拼為了校正鋼管拱運(yùn)輸?shù)淖冃?，確定拱肋橫聯(lián)位置，在工地進(jìn)行了半跨平拼，將鋼管拱肋每半跨依次試拼，中間合攏段與相鄰第七段均試拼。試拼的目的就是檢驗(yàn)拱肋是否一設(shè)計(jì)拱軸線相符，對(duì)立柱位置進(jìn)行檢查校正，對(duì)接頭坐標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)量，并確定項(xiàng)聯(lián)位置，為將對(duì)應(yīng)拱肋連成整體提供了依據(jù)。在試拼時(shí)每段之間法蘭盤用螺拴擰緊，以減少因法蘭盤之間的空隙造成的誤差。3.3鋼管拱相鄰段整體立拼經(jīng)試拼后發(fā)現(xiàn)，加工后的每段拱肋的接頭截面傾角、坐標(biāo)與設(shè)計(jì)有一定的偏差，即上下游兩對(duì)應(yīng)段斷截面并不在同一截面上，因此，為了確定橫連位置，保證空中連接的順利和質(zhì)量，必須進(jìn)行立拼。立拼場(chǎng)地鋪有兩條雙線鐵路，線間距與拱肋中心距機(jī)同，都為7m，立拼胎具為經(jīng)過(guò)加工可以調(diào)整的軌道平車。立拼方法：將經(jīng)過(guò)單肋試拼的第一段兩條對(duì)應(yīng)拱肋在胎架上通過(guò)橫連連成整體，并與地面所作拱軸線控制點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，并保證0號(hào)截面的傾角和坐標(biāo)，然后第2段與第相連，第2段要與第1段在同一直線上后，將第1段運(yùn)走，第2段再與第3段試拼，直至合攏段，合攏段與相鄰第7段均要立體試拼。采用相鄰段立體試拼法在不需要太大場(chǎng)地的情況下達(dá)到了檢查拱軸線目的。相鄰段整體立拼，模擬拱肋在空中連接，確保空中安裝順利，保證拱軸線形。該工序是保證雙肋整體吊裝成功的關(guān)鍵。3.4鋼管拱肋的安裝由于吊裝前鋼管拱的拱軸線經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格檢查，鋼管拱合攏后，拱軸線完全符合設(shè)計(jì)要求。在安裝拱肋時(shí)，主要保證以下幾個(gè)方面，就可以達(dá)到控制線形的目的：(10拱座施工時(shí)封底鋼板預(yù)埋；(2)拱肋安裝時(shí)的控制；(3)合攏時(shí)的控制。3.4.1封底鋼板的預(yù)埋封底鋼板的預(yù)埋精度直接影響鋼管拱的拱軸線，設(shè)計(jì)上對(duì)封底鋼板沒有加固措施，在灌注混凝土前，將封底鋼板精確定位后，在鋼板下焊接鋼管和鋼軌將鋼板固定牢固，確保灌注混凝土?xí)r，封底鋼板位置不變化。在安裝鋼管拱前，在鋼板上劃出十字線，及鋼管拱的外輪廓線，并在離輪廓線1cm處焊接加勁肋板，在吊裝拱腳侕地做臨時(shí)支撐，也做永久性的肋板。3.4.2拱肋安裝時(shí)的控制首先在吊前必須調(diào)平，以免增加安裝時(shí)的難度，就位時(shí)先在下弦管打入幾個(gè)沖釘，以確保連接處為鉸接，然后采用倒鏈調(diào)整風(fēng)纜，方向到位后，利用扣索同時(shí)調(diào)整兩肋扣索，這時(shí)將兩肋的標(biāo)高調(diào)平到達(dá)要求標(biāo)高后，固定扣索，初擰高強(qiáng)螺栓，放松超重索。3.4.3合攏調(diào)整合攏段吊裝就位后通過(guò)四個(gè)方向的倒鏈?zhǔn)购蠑n段位置正確。然后從拱頂向腳依次調(diào)整扣索，每次調(diào)整不高控制下降約1cm為宜，如此反復(fù)直至合攏。合攏段要做如下處理：合攏段要焊接導(dǎo)向管，或者在第7段端頭設(shè)置托梁，防止合攏段與第7段錯(cuò)開。合攏后，第7段與拱頂合攏段只臨時(shí)鉸接，拱腳與封底也不固接。溫度滿足要求后合攏。因整修鋼管拱經(jīng)過(guò)了多次試拼整修骨架已經(jīng)定型，在安裝過(guò)程中的彈性變形，解除約束后能夠恢復(fù)。3.5拱肋混凝土灌注九畹溪大橋鋼管拱肋混凝土泵送，由于受場(chǎng)地限制，每岸無(wú)法布置兩臺(tái)輸送泵，采用風(fēng)茅兩岸對(duì)稱、上下游不對(duì)稱的方法泵送，半跨僅分兩段灌注，即從拱腳段至第3節(jié)段拱肋為第1段，第4節(jié)段至拱頂為第2段，先灌注下弦管，后灌注上弦管，最后灌注腹管，單次灌注量大，為了防止失穩(wěn)，需要加載，但考慮到鋼管已成拱，且平均每隔8m設(shè)有一道橫聯(lián)，拱肋自身穩(wěn)定性好，且該橋鋼管拱平均每隔12m長(zhǎng)設(shè)有一道扣索，首次采用了利用扣索減載代替施工中加載的方法。具體如下：泵注上游第一段弦管時(shí)，隨著混凝土灌注進(jìn)程，依此收緊1、2、3號(hào)扣索，初始扣索張力80kN，當(dāng)拱肋下降鋼絲繩的彈性，鋼絲繩會(huì)略長(zhǎng)，鋼絲繩張力增大，當(dāng)灌注完成后測(cè)得每根索力在250K左右；當(dāng)灌注下游第1段下弦管時(shí)依次張緊下游扣索，扣索張力平均每根60Kn，灌注上、下游時(shí)相隔時(shí)間越短越好，這樣鋼結(jié)構(gòu)的彈性變形可以恢復(fù)。灌注上游第2段下弦管時(shí)隨著灌注進(jìn)度依次張緊4、5、6、7段扣索，扣索平均每根在120K左右，并注意同時(shí)對(duì)1、2、3扣索進(jìn)行放松，灌注下游第2段下統(tǒng)管一樣。下弦管灌注合攏后，防止出現(xiàn)負(fù)彎矩、避免混凝土微裂縫的發(fā)生，松除所有扣索。灌注上弦管時(shí)在下弦管合攏后3天進(jìn)行，不考慮加載。4、拱肋混凝土灌注與拱軸線的關(guān)系為了獲得較賽事的測(cè)量數(shù)據(jù)，每一次混凝土泵送完畢后，對(duì)管拱線檢測(cè)一次，并將測(cè)量結(jié)果繪制成隨時(shí)間或工況變化曲線，根據(jù)這一曲線，可以較直觀地了解鋼管拱軸線在鋼管拱肋混凝土灌注各階段時(shí)變化情況。從表1中發(fā)現(xiàn)拱腳部分灌注混凝土進(jìn)第1至3節(jié)段標(biāo)高明顯下降，第5節(jié)段至拱頂節(jié)段標(biāo)高明顯上升。相反，當(dāng)拱頂部分泵送完混凝土后，拱頂標(biāo)明顯下降，而第1節(jié)段至第3節(jié)段標(biāo)高卻得到回升。表1灌注過(guò)程中A-D管豎直方向測(cè)量（以上游拱肋為例）cm段號(hào)A1A2A3A4A5A6A7D1D2D3D4D5D6D7第一段下弦管泵注完-1.4-2.2-1.1-2.0+5.7+5.4+10-2.5-3.6-3.9-0.9+4.2+6.4+9.3全橋泵注完0-1.3-1.8-1.7-1.8-2.5-3.3-1.3-0.6-1.2-1.1-2.3-4.2-3.5注：以上結(jié)果均為每段接頭法蘭盤處的測(cè)量值與混凝土灌注前之差，負(fù)值表示低于灌漿前。5、溫度對(duì)鋼管拱軸線的影響溫度對(duì)鋼管拱軸線影響較大，主要采取以下措施保證軸線：(1)在加工時(shí)，由于溫度高，考慮了溫度修正值；（2）完全保證鋼管拱合攏的溫度與設(shè)計(jì)要求相同。6、整體效果本橋竣工后經(jīng)實(shí)測(cè)，拱肋水平方向最大偏位為2.3cm，小于《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》允許范圍（跨徑160m，3.8cm）。拱圈高程也滿足《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的要求。7、結(jié)論九畹溪大橋在橋高（離現(xiàn)有水面160m）、風(fēng)大、兩岸地形陡峭、無(wú)施工場(chǎng)地的特殊環(huán)境下，采取了得力措施，確保了拱軸線滿足要求，主要采取了以下三條措施來(lái)保證拱軸線：（1）優(yōu)化施工方案，確保方案科學(xué)合理。針對(duì)該橋的實(shí)際情況，對(duì)全橋