大跨径钢管混凝土拱桥施工新技术研究与应用

施工新技术研究与应用大跨径钢管混凝土拱桥报告人：陈光辉广西路桥工程集团有限公司2016年10月10日报告内容1.发展概况2.关键施工技术研究与应用-缆索吊装系统-扣塔及其安装-钢管内混凝土灌注工艺研究3.下一步研究与应用方向发展概况•最早于1930’s－1940’s出现于前苏联，1990年我国建成了第一座钢管拱混凝土拱桥——四川旺苍大桥，为主跨115米的下承式刚架系杆拱。•钢管混凝土拱桥在90年代开始得到了大量的应用和快速的发展。拱跨也不断突破记录，最大跨径的为2014年建成通车的530m的四川合江长江一桥大桥（波司登大桥）。•获得国家或省部级科技进步奖项目获奖年度奖励单位及奖励级别项目名称第一完成单位1998福建省科技进步奖二等奖钢管混凝土拱桥受力特性研究福州大学1998国家科学技术进步奖二等奖邕宁邕江大桥SRC拱桥设计与施工技术研究广西交通厅2000天津市科技进步奖一等奖大跨度下承式钢管混凝土简支拱桥的设计研究铁道第三勘察设计院2005国家科学技术进步奖二等奖铁路大跨度钢管混凝土拱桥新技术研究铁道第二勘察设计院2005建省科技奖二奖钢管与钢管混凝土复合拱桥新桥型研究福州大学2006福建省科技奖二等奖钢管混凝土哑铃形拱桥受力性能分析与新型截面应用研究福州大学2007广西科技术进步二等奖杭州市钱江四桥双索跨大跨度缆索吊装施工技术研究广西路桥集团工程有限公司2008广西科技术进步二等奖提篮式钢管混凝土拱桥上部结构施工关键技术研究广西路桥集团工程有限公司2008广西科学技术特别贡献奖大跨度拱桥设计与施工技术研究广西交通厅2009国家科技进步二等奖钢管混凝土拱桥建设成套技术重庆交通大学2014广西科技术进步一等奖500m级钢管混凝土拱桥核心技术研究广西路桥集团工程有限公司发展概况•国家及地方标准或规范发布日期标准名称编号主编发布2011.4.10《钢管混凝土拱桥技术规程》DBJ/T13-136-2001福州大学福建省住房和城乡建设厅2013.11.1《钢管混凝土拱桥技术规范》GB50923-2013福州大学住房和城乡建设部2014.11.20《钢管混凝土拱桥施工技术规程》DB45/T1097-2014广西路桥总公司广西质量监督局2015.8.31《公路钢管混凝土拱桥设计规范》JTG/TD65-06-2016四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院交通运输部发展概况•钢管拱桥相关国家级工法工法名称完成单位工法编号工法等级千斤顶斜拉扣挂连续浇注拱肋混凝土施工工法广西路桥工程集团有限公司GJJGF309-2014国家级工法多跨连续拱桥双索跨缆索吊装施工工法广西路桥工程集团有限公司GJJGF325-2014国家级工法大跨度提篮拱桥单吊单扣安装工法广西路桥工程集团有限公司GJJGF343-2014国家级工法真空辅助法灌注拱肋钢管混凝土施工工法广西路桥工程集团有限公司GJJGF316-2014国家级工法提升式摇臂抱杆安装塔架施工工法广西路桥工程集团有限公司GJJGF312-2014国家级工法钢管混凝土系杆拱桥拱肋施工工法安徽省路桥工程集团有限公司GGG(皖)C2067-2009安徽省级工法预应力砼连续梁桥管道真空辅助压浆施工工法浙江省交通工程建设集团有限公司GGG（浙）C3072-20089浙江省公路工程工法2×228m钢管混凝土拱桥拱肋架设工法中铁一局集团公司GZSJGF01-05-05TGJGF-05-06-02YJGF257-2006国家级工法铁路部级工法钢拱桥倾斜式钢拱肋施工工法天津第三市政公路工程有限公司GGG(津)C3078-2009天津公路工程工法发展概况关键施工技术研究与应用•依托工程概合江长江一桥（波司登大桥）位于四川省泸州市合江县境内。全桥跨径组合为10×20m（引桥）＋530m（主孔跨径）＋4×20m（引桥），主桥为530m跨径钢管混凝土拱桥，为同类型桥梁“世界第一”。大桥拱座设计为分离式的钢筋混凝土拱座。拱肋为变高钢管混凝土桁架结构，拱顶截面高为8m，拱脚截面高为16m；肋宽4-7m；拱肋中距为28.6m；吊杆和拱上立柱间距为14.3m；拱肋钢管直径1.3m，壁厚由拱脚处30mm渐变到拱顶的22mm。拱肋总重约60000kN，共40个吊装节段，吊装节段最重1980kN。大桥吊杆采用成品平行钢绞线，两端为挤压型锚具。大桥桥面由钢格子梁、混凝土桥面板、沥青混凝土组成钢—混凝土组合结构。关键施工技术研究与应用大桥设计图•缆索吊装系统——总体布置采用的双塔三索跨布置形式，缆索吊机的总体布置：430m（重庆岸锚跨）+554m（工作跨径）+405m（宜宾岸锚跨）；主索共有2组，单组主索的设计净吊重能力1000kN，单组主索由8根φ50密封钢丝绳组成；吊塔采用“吊扣合一”的方式，即将吊塔置于扣塔顶部，吊塔与扣塔通过铰座连接，吊塔为万能杆件拼制。关键施工技术研究与应用•缆索吊装系统——移动式索鞍索鞍是安装在塔架顶部横移轨道上用来支承缆索的装置，通过索鞍横移装置，主索可横移到构件安装位置，施工相当方便。关键施工技术研究与应用•缆索吊装系统——吊塔设计合江长江大桥的缆索吊机的吊塔为万能杆件拼装的门式结构，位于扣塔顶部，塔高29.6m（塔铰中心至塔顶索鞍轨道梁高度），横桥向宽度46.2m（轨道梁长度），纵桥向宽度4.25m。吊塔除塔底三角铰、塔顶结构为专用结构外，塔身均采用万能杆件拼装。关键施工技术研究与应用•缆索吊装系统——拱肋吊装合江长江一桥位于长江上游，该处河段水流较急，拱肋安装时正值洪水季节，为此采用了可回转梁式吊具和江面定位船配合工作的方式解决了该难题。关键施工技术研究与应用•缆索吊装系统——拱肋吊装关键施工技术研究与应用•缆索吊装系统——格子梁吊装根据不同位置格子梁结构以及拱肋横撑的情况将整个桥面格子梁划分为5个安装区间，分别采用不同吊装的方式进行安装。关键施工技术研究与应用•扣挂体系——总体布置扣塔位于两岸拱座上，塔距554m，扣塔为钢管混凝土塔式结构。扣索采用塔顶张拉方式。关键施工技术研究与应用•扣塔及其安装扣塔位于两岸拱座上，塔高分别为148.51m（重庆岸）和134.6m（宜宾岸），塔距为554m，采用8根Ф660×12（或16）mm钢管，立柱钢管内灌注C50混凝土，组成钢管混凝土格构柱扣塔。扣塔底部桁宽25.46m，顶部桁宽8.46m，横向宽31.94m。关键施工技术研究与应用•扣塔及其安装吸收输电铁塔安装的技术，并结合扣塔自身的结构特点和桥梁施工现有装备，开发了实用的“提升式摇臂组塔技术”进行扣塔安装。关键施工技术研究与应用•扣塔及其安装关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验模拟合江一桥的拱顶段线形进行两组试验：（1）常规压力泵送灌注混凝土试验。采用传统的方法，在正常压力下进行钢管混凝土泵送灌注试验。（2）真空辅助泵送灌注混凝土方法。将钢管内抽真空至负压-0.07MPa～-0.09MPa，在此状态下进行钢管混凝土泵送灌注试验。通过以上两种试验结果的对比，验证真空辅助技术对钢管混凝土泵送灌注质量的影响。关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验完成灌注试验后，在不同混凝土龄期情况下，对钢管混凝土进行了超声波检测，关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验关键施工技术研究与应用150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道12#管通道1150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道12#管通道115002000250030003500400045000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道12#管通道1（a）17d混凝土龄期（b）28d混凝土龄期（c）56d混凝土龄期通道1超声波检测结果对比•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验关键施工技术研究与应用150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道22#管通道2150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道22#管通道2150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道22#管通道2（a）17d混凝土龄期（b）28d混凝土龄期（c）56d混凝土龄期通道2超声波检测结果对比•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验关键施工技术研究与应用150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道32#管通道3150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道32#管通道3150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道32#管通道3（a）17d混凝土龄期（b）28d混凝土龄期（c）56d混凝土龄期通道3超声波检测结果对比•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验关键施工技术研究与应用150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道42#管通道4150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道42#管通道4150020002500300035004000450050000.0010.0020.0030.0040.0050.00坐标/m波速/(m·s-1)1#管通道42#管通道4（a）17d混凝土龄期（b）28d混凝土龄期（c）56d混凝土龄期通道4超声波检测结果对比•钢管内混凝土灌注工艺研究——灌注对比试验两试验管灌注的混凝土、混凝土泵机、施工队伍、外部环境一样，采用真空辅助泵送工艺灌注的2＃拱段较常压灌注的1#拱段管内混凝土密实程度高得多，尤其是内法兰附近，显然是因为真空而获得。两者施工工艺有较大差异，但设备、施工费用增加不多。真空和常压灌注的管内混凝土均存在随龄期增加超声波波速降低的现象，混凝土与钢管局部脱粘，这是混凝土收缩和温度等原因所致，与混凝土灌注工艺无关，但真空较常压灌注管内混凝土脱粘范围窄，易于复灌满。关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——真空辅助泵送管内混凝土合江长江一桥单根主弦管内混凝土为736m3，每根管分两个半拱分别灌注，半拱采用三级连续泵送工艺。关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——真空辅助泵送管内混凝土关键施工技术研究与应用•钢管内混凝土灌注工艺研究——真空辅助泵送管内混凝土真空辅助工艺的管内真空度定为-0.076～-0.08MPa。具体实施时，泵送混凝土前对拱肋主弦管抽真空至-0.08MPa，在泵送过程中进行实时监测，当真空度接近-0.076MPa时，启动真空泵使管内真空度重新达到-0.08MPa。灌注过程中，两岸半拱管内混凝土灌注上升超过每一级进浆管约3m后，分别开始抽真空，真空负压达到-0.08MPa后停止泵机并观测管内真空负压变化情况，当接近-0.076MPa时，重启泵机并使