鋼管混凝土拱橋的施工

王樹波

(淮安經(jīng)緯高速公路養(yǎng)護工程有限公司)

1 鋼管拱肋制作

鋼管混凝土拱橋所用的鋼管材料一般采用A3鋼和16Mn鋼。鋼管由鋼板卷管成型，管節(jié)的長度由鋼板寬度確定，一般管節(jié)長度為120～180 cm。管節(jié)一般為直管，鋼板厚度一般為10～20 mm。采用桁式截面時，上下弦之間的腹桿由于直徑較小，可以直接采用無縫鋼管。拱肋制作的關(guān)鍵在于拱肋在放樣平臺上的精確放樣和嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，應(yīng)盡量減少工地高空焊接。嚴(yán)格控制鋼管拱肋的制作質(zhì)量，為拱肋的安裝和拱肋內(nèi)混凝土澆筑，提供安全保證。

1.1 鋼管卷制和焊接

鋼板利用焰割機切割，應(yīng)將熱力影響寬度3～5 mm去掉。拱肋及橫撐結(jié)構(gòu)外表面均應(yīng)先噴砂除銹，按一級表面清理。鋼板卷制前，應(yīng)根據(jù)要求將板端開好坡口，將鋼板送入卷板機卷成直筒體，卷管方向應(yīng)與鋼板壓延方向一致。軋制的管筒的圓度和對口錯邊偏差均應(yīng)滿足相應(yīng)施工規(guī)程要求。焊接管筒的縱向縫形成直管。對焊成的直鋼管應(yīng)進行檢查和校正，以確保組裝的精度。

1.2 拱肋放樣和拱肋段的拼裝

將半跨拱肋在混凝土地面上按1∶1進行放樣。沿放樣的拱肋軸線設(shè)置胎架，在大樣上放出吊桿位置及段問接頭位置以及混凝土灌注孔位置。

對用于拼裝的鋼管作除銹防護處理。對管內(nèi)要填充混凝土的上下弦管和腹桿管，管內(nèi)帶除銹(噴砂)，管外需除銹與防護;對管內(nèi)不填充混凝土的各管，需對其管內(nèi)壁除銹并按要求進行防護，管外則與弦桿在拼裝完后一起防護。

拱肋分段的長度主要考慮從工廠到工地的運輸能力。分段的長度可以適當(dāng)變化，主要分段接頭應(yīng)避開吊桿孔和混凝土灌注孔位置。當(dāng)采用汽車運輸時，管段長度約10 m左右為宜。分段拱肋運至工地后，再在工地進行放樣，將幾段拱肋拼成安裝的長度。

焊接是鋼管混凝上拱橋施工最重要的一環(huán)。施焊工藝必須符合設(shè)計要求，并需按要求進行外觀、超聲探傷和x光拍片檢查等。拱肋鋼管各管節(jié)的縱向焊縫應(yīng)互相錯開，而且將縱向焊縫全部置于兩肋板中間，以免外表面焊縫影響美觀。在拱肋一面焊接完成后，對其進行翻身，以便焊接另一面，從而避免仰焊，確保焊接牢固。由于拱肋翻身是在未完全焊接情況下進行，很容易造成拱肋結(jié)構(gòu)桿件接頭處的損壞，所以，必須正確設(shè)置吊點和嚴(yán)格按設(shè)計方案要求進行翻身。

另外需對拱肋安裝用的吊扣點位置進行布置，并在吊扣點位置增設(shè)加勁板，以防圓管受荷載時變形。對各段端接頭進行必要的加勁，以防止吊裝時拱肋端頭碰撞、局部變形而難于對接施焊。段間接頭外部增設(shè)法蘭螺栓連接，以便就位后做臨時連接用。橫向風(fēng)撐等桿件與拱肋的焊接，應(yīng)根據(jù)拱肋安裝方法而定。

在拱肋段完全形成、焊縫質(zhì)量檢驗合格后即可進行防護施工。首先對所有外露面做噴砂除銹處理，然后做防護處理，目前一般采用熱噴涂，其噴涂方式、上藝以及厚度均應(yīng)符合設(shè)計要求。在防護完成后即可將其堆放待用。

2 拱肋安裝

鋼管拱肋的安裝方法主要有無支架纜索吊裝、整孔拱肋浮吊安裝、支架上組裝、轉(zhuǎn)體施工和塔架斜拉索懸拼等，我國已建成的鋼管混凝土拱橋中采用最多的施工方法為纜索吊裝，在此僅以廣東佛陳大橋為例，簡要敘述該橋纜索吊裝的施工過程。佛陳大橋為下承式鋼管混凝土拱橋，主橋跨徑為112.8 m，橋面寬26 m，拱肋鋼管直徑為100 cm，鋼管壁厚為14 mm，拱肋高度為2.5 m，拱肋分五段吊裝，每段長為25 m，重力約250 kN。拱肋鋼管采用偏位吊裝單片合龍的方式，目的是為方便后面橫粱和加勁縱梁及橋面板的吊裝。拱肋單片拱肋合龍時，接頭用法蘭螺栓連接。經(jīng)多次定長松扣索后，使各接頭高程接近設(shè)計高程，同時調(diào)整八字風(fēng)纜，使拱軸線接近設(shè)計拱軸線。用鋼板楔緊各接頭上的開口，擰緊各連接螺栓，然后對稱由拱頂至拱腳焊好各定位法蘭板。法蘭板焊好后，可將扣索力減至原有的1/3左右，再復(fù)測各測點高程偏差和軸線偏差。當(dāng)復(fù)測結(jié)果滿足受求，由拱頂至拱腳將各接頭焊接。將風(fēng)撐吊裝焊接完成，用C40混凝土封閉拱腳和澆筑系桿的錨固端。

3 拱肋混凝上澆筑

鋼管拱肋內(nèi)混凝土灌注可采用泵送頂升澆灌法和吊斗澆搗法。泵送頂升澆灌法是在鋼管拱肋拱腳的位置安裝一個帶閘門的進料支管，直接與泵車的輸送管相連，由泵車將混凝土連續(xù)不斷地自下而上灌入鋼管拱肋，無需振搗。采用吊斗澆搗法灌注時，在鋼管拱肋頂部每隔4 m開孔作為灌注孔和振搗孔。混凝土由吊斗運至拱肋灌注孔，通過漏斗灌入孔內(nèi)，由插入式振搗器對混凝土進行振搗。灌注混凝土的配合比除滿足強度指標(biāo)外，尚應(yīng)注意混凝土坍落度的選擇。對于泵送頂升澆灌法粗集料粒徑可采用0.5～3 cm，水灰比不大于0.45，坍落度不小于15 cm;對于吊斗澆搗法粗集料粒徑可采用1～4 cm。為滿足上述坍落度的要求，應(yīng)摻入適量減水劑。為減少收縮量，可摻入適量的混凝土微膨脹荊。鋼管內(nèi)混凝土是否灌滿、混凝土收縮后與鋼管壁是否形成空隙往往是較擔(dān)心的問題。采用小鐵錘敲擊鋼管聽聲音的方法十分簡單和有效。當(dāng)小鐵錘敲擊發(fā)出聲音有空隙時，采用鉆孔檢查，也可用超聲波進行檢查。對有空隙部位進行鉆孔壓漿補強。大跨徑鋼管混凝土拱橋，混凝土灌注可以分環(huán)或分段灌注，灌注時應(yīng)從拱腳向拱頂對稱進行。大跨徑拱肋灌注混凝土?xí)r應(yīng)對拱肋變形和應(yīng)力進行觀測，并在拱頂附近配置壓重，以保證施工安全。

4 中承式和下承武拱橋系桿施工

無水平推力的鋼管混凝土拱橋均有系桿，下承式拱橋系桿的預(yù)應(yīng)力鋼束錨于拱腳，一般采用單跨形式。中承式系桿拱一般為三跨，系桿預(yù)應(yīng)力鋼束錨于邊跨拱肋端部。下承式系桿拱的系桿一般采用兩種形式，一種采用大尺寸的預(yù)應(yīng)力梁組成的剛性系桿，另一種僅由體外預(yù)應(yīng)力鋼束組成的柔性系桿。

對采用剛性系桿的下承式拱橋，系桿的施下方法與就地澆筑下承式鋼筋混凝上拱橋基本相同。

對采用柔性系桿的中、下承式拱橋，其系桿一般由預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，外設(shè)PE套防護。系桿鋼束要穿過鋼管拱肋，因此拱肋在鋼束穿過處應(yīng)有預(yù)留孔道，一般預(yù)留孔道做成一只封閉的鋼箱。中承式預(yù)應(yīng)力鋼束需穿入邊孔端部拱肋鋼管，鋼束直接錨于鋼管端部斷面。下承式預(yù)應(yīng)力鋼束錨于拱腳后面的鋼筋混凝土錨固塊上。由于下承式柔性系桿的拱肋拱腳與橋墩剛性連接，橋墩需承受彎矩，為加強系桿錨固塊的強度，在錨固塊的垂直方向應(yīng)加預(yù)應(yīng)力鋼筋。柔性系桿的拱橋，結(jié)構(gòu)受力類似于帶拉桿的剛架，結(jié)構(gòu)自身的抗推能力很小，這就要求施工中加載的數(shù)量和系桿預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉力基本平衡。因此柔性系桿拱橋的施工加載和系桿預(yù)應(yīng)力鋼束張拉及錨固塊垂直預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉必須嚴(yán)格按計算要求進行，以保證結(jié)構(gòu)施工安全。根據(jù)施工加載各階段，系桿的預(yù)應(yīng)力鋼束和錨固塊垂直預(yù)應(yīng)力鋼筋也分階段、分批張拉。系桿鋼束全部張拉完成后，將拱肋和錨固塊預(yù)留孔壓漿封閉。

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