鋼管混凝土系桿拱橋施工技術

徐艷玲　王　利

摘要:對鋼管混凝土系桿拱橋施工中經常出現的技術問題進行了剖析,并結合工程實踐,汲取 經驗教訓,詳細地闡述了科學、實際、有效的防治對策。

關鍵詞:鋼管混凝土;系桿拱;施工;難題;對策

1 引言

近年來,鋼管混凝土系桿拱橋以其跨度大、結構輕、造型美、 省建材等優點,被廣泛應用于公路工程。但該橋型技術復雜,施 工難度大,已經暴露和潛在的問題還很多,亟待廣大工程技術人 員在實踐中不斷探討和完善,本文將結合工程實踐就有關問題做 簡要闡述。

2 鋼管混凝土系桿拱橋施工技術難題及對策

2.1 支承系統

2.1.1 功能

系桿拱橋支承系統宜選用WDJ齒碗扣型多功能支架,該系統具有支架豎向組合微調功能,主要以工具支架和特制微調座組成。

2.1.2 地基處理

WDJ齒碗扣型多功能支架必須搭設在經處理的堅實地基上,地基須高出原地面0.5~0.8m,做好防水,避免雨季浸泡。在立桿底部鋪設墊層和安放底座,墊層可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的鋼筋混凝土或厚度≮5cm的木板。

2.1.3 預壓

支架使用前須全程預壓,不能以一孔預壓取得的經驗數據推概全橋。靜壓5d(120h)以上及達到沉降穩定狀態2d(48h)以上,沉降穩定標準:24h沉降不超過1mm。

2.2 主拱肋拱軸線控制系統

2.2.1 以激光照準和精密測標組成定位系統;監測項目為拱肋的線形變化、拱腳位移和拱腳沉降。

2.2.2 建立測量控制網

在每節拱肋端頭設置固定的測量控制點,控制點設在拱肋中線位置。施工放樣及檢查都采用全站儀進行,每架設一節段拱肋,對全部控制點都要進行觀測。此外,對拱座的偏位進行觀測。鋼管拱對溫度,特別是日照影響非常敏感。為了減少溫度和日照對線形控制的影響,標高的測量包括合攏時間都安排在凌晨。

2.2.3 施工控制

在扣索塔架頂部設有扣、錨索調整裝置千斤頂, 通過改變扣索的張力,并采用在拱段之間的內法蘭盤接頭處抄墊鋼板的方 法,來實現拱段接頭標高的調整(跨徑較小的拱肋可利用WDJ支 撐系統高度及其豎向微調功能實現)。

設置臨時橫撐固定拱肋。每架設一節拱肋,就利用鋼管拱 的橫聯鋼管臨時焊接固定上下游拱肋,特別是在合攏段基肋端一定要設置臨時支撐。

在焊接拱肋接頭外包板時,對稱布置的焊縫,采用成雙 焊工對稱施焊,這樣可使各焊縫所引起的變形相抵消;非對稱焊縫,先焊縫少的一側,這樣可使先焊的焊縫變形部分抵消。

為保證鋼管拱在吊裝過程中的橫向穩定性,在每吊裝一 節段拱肋時,采用通過對稱設置兩道浪風繩來調整和控制拱段就位中線位置,減少拱肋自由長度,增大橫向穩定。控制浪風繩長度基本相同。

2.3鋼管混凝土配制

2.3.1選材

設計高性能微膨脹混凝土應選擇525R早強型水泥為主體,其用量不宜過大,初凝時間以8~12h為宜。

配制高性能微膨脹混凝土須使用干凈的河砂并嚴格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和壓碎值,一般選用細度模數2.6-3.1的中砂為宜。不宜用砂巖類山砂、機制砂、海砂,此類砂對混凝土的膨脹率影響極大。

粗骨料石質對高性能微膨脹混凝土影響很大,主要體現在骨料一砂漿界面粘結強度、骨料彈性模量和骨料強度。在考慮混凝土可泵性的同時,要考慮混凝土的早強性和后期強度。碎石需二次破碎,使其基本無棱角,并減少針片狀顆粒的含量。選用時應嚴格控制含泥量、強度、彈性模量和粒徑≤30mm。

粉煤灰與水泥“二次水化反應”產生的凝膠封堵了混凝土的毛細管路,增強了密實性,提高了耐久性。“二次水化反應”只有Ⅰ級粉煤灰和磨細粉煤灰可以徹底完成:“使混凝土升溫降低15%~35%;應嚴格控制粉煤灰SO3含量,以0.5%~1.5%”為宜;粉煤灰應符合現行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規定。

選擇外加劑一定要經過多次試驗。試驗表明,緩凝型減水劑會降低混凝土膨脹率,所以應反復試驗,膨脹率合適才可使用;高效減水劑還應具有緩效凝作用和緩凝劑摻配作用,且是非引氣型、低氣泡減水劑;其質量應符合現行標準《混凝土外加劑》規定。

膨脹劑在有鋼管約束條件下,在結構中建立0.2~0.3MPa預應力,可抵消混凝土在硬化過程中產生的收縮應力,從而提高抗裂能力。選擇時一定要多試驗幾個品種,膨脹劑應對混凝土后期強度及質量無害,與所用水泥適應性好。我國主要使用U型膨脹劑、復合膨脹劑及明礬石膨脹劑。

2.3.2設計高性能膨脹混凝土的三個問題

混凝土施工可按一般高性能混凝土設計方法進行配制強度計算,不必計算后將強度提高一個等級作為配制強度,關鍵在于施工配合比的施工現場驗證。設計時應嚴格控制水灰比,將其確定為定值。

混凝土是采用鋼管中頂升灌注,粗骨料在頂升過程中不能因自身重力而下落,否則會造成頂升壓力過大而失敗。在設計混凝土配合比過程中碎石應稍微呈懸浮狀態,不能下沉。所以該種混凝土的砂率可提高一些。

許多工程實踐認為鋼管混凝土設計為微應力時,限制膨脹率28天內應控制在(2~6)×10-4的范圍內是合理的。

2.4主拱肋鋼管的拼裝

2.4.1鋼管拱肋的制作

鋼管拱主弦管直徑>600mm采用螺旋焊管。宜選用具有CAD加工設計技術和成功經驗的廠家;單元階段制造好后在工廠進行平面和立面組拼檢查;螺旋焊管彎曲成型在中頻彎管機上進行,采用埋弧自動焊;腹板安裝采用CO2氣體保護焊;單元階段焊接完成后,若與理論線形不符,可用“火工矯正法”矯正。鋼管拱單元階段制好后運至工地組焊成吊裝段,運至施工現場,最后用跨墩龍門吊機或其它起重設施將吊裝段吊上橋組裝。為便于調整拱肋預埋段制造、溫度引起的偏差,鋼管制造在工廠時,拱腳預埋段與拱中段之間預留80mm調整量;拱肋合攏鎖定溫度為10~15℃。

2.4.2鋼管拱肋單元構件的防護

預拼成型的安裝節段必須對接口進行地面預接和必要的技術處理,拱肋每一個吊裝階段之間采用內法蘭連接,法蘭間可抄墊鋼板進行微調;單元制造階段之間采用臨時外法蘭連接。

2.5空腹式端橫梁澆筑工藝

端橫梁為封閉式變斷面空心梁,其施工有兩種方法:一種方法是采用木模或其它一次性芯模,不考慮翻番周轉,此類模板只側重考慮其強度,滿足混凝土幾何尺寸需要即可;另一種方法是采用鋼模或其它可周轉性芯模,澆筑混凝土時在梁頂預留“天窗”,待拆除芯模后再二次澆筑混凝土,將天窗堵死,但應注意兩期混凝土的結合牢固問題。

2.6鋼管混凝土“緊箍效應”落空

由于施工工藝和混凝土收縮,混凝土總是無法完全充滿鋼管,使得“緊箍效應”無法實現,混凝土達不到三軸壓縮的理想效果。防治該問題的一般方法有兩種:

預防。微膨脹混凝土隨著齡期增長,混凝土的收縮仍然不可避免,為防止這類問題發生,在混凝土配合比設計時,在添加UEF微膨脹劑的同時增添“聚丙烯腈纖維”。

處置。待混凝土大于28d齡期后,用小錘對拱肋進行全面敲擊檢查,發現空隙,則確定準確位置,鉆孔并壓注環氧樹脂水泥漿進行補救。

2.7吊桿處系梁縱向鋼筋的處理

系梁鋼筋是通長的,而結構設計需要吊桿穿過系梁,如此以來,系梁縱向通長鋼筋就必然被截成數段,勢必影響結構受力,為解決這一矛盾,可采用于吊桿處設置“方形環筋”,系梁縱向鋼筋截斷后分別與其焊接,吊桿在其方形環筋中穿過。這樣,即可以保證系梁縱向通長鋼筋的連續,又可以保證吊桿與系梁聯結位置準確。

2.8橫撐與拱肋節點處應力集中的預防

為避免鋼管橫撐與主拱肋結合部,在使用環境中開焊,影響橋梁整體性能,一般采用在其結合部增設4個加強聯結鋼板,按90o間隔均勻布設,焊接牢固。

結語

鋼管混凝土系桿拱橋施工中需要研究的問題還很多,這就需要我們廣大工程技術人員積極探索,不斷完善,使這一先進技術在公路交通設施建設領域發揮更大作用。