下承式钢管砼系杆拱桥施工技术

下承式钢管砼系杆拱桥施工技术1工程概况如皋市蒲黄线通扬运河大桥位于蒲黄线K10+729处，上跨通扬运河。主桥采用80m钢管砼系杆拱结构，主桥纵向由拱肋、系杆并缀以吊杆，构成主要受力体系，为刚性系杆刚性拱结构。横向通过风撑、横梁和系杆将两片拱肋连城整体，并通过搁置在横梁上的桥面板及现浇层构成桥面行车系。拱肋为本桥的主要受力构件，拱轴线为二次抛物线，计算跨径L=80m，计算矢高16m，矢跨比1/5。拱肋断面为哑铃型钢管混凝土，截面宽度0.75m,高度1.8m,宽度和高度沿拱轴线始终不变，拱肋上下弦管(Q345qC)直径均为750mm,壁厚16mm。通过两块缀板连接，坚缀板厚度为16mm，拱肋全断面填充C40微膨胀混凝土。系杆作为纵向连接拱肋的主要受拉构件，为预应力混凝土箱型截面。系杆截面宽度1.2m，高度1.8m，系杆为矩形空箱断面，在系杆端头变为加高实心截面，系杆预应力钢束张拉须结合施工分批进行。吊杆将桥面系重量传递给拱肋，本桥采用拉索结构。拉索外圆钢管Φ309×16mm，钢管上端焊接于拱肋下弦管下缘，钢管下端焊接于系杆顶面预埋钢板上，可以承受一定的压力。拉索内穿集束钢丝，承受拉力。吊杆下端为固定端，锚固于系杆内，上端为张拉端。风撑连接两片拱肋，使其协同受力，并保持拱肋稳定。每道风撑由两根Φ500×10m钢管及多根Φ273×10mm腹杆组成，风撑所有钢管均不灌注混凝土。全桥共设5道风撑。全桥横梁分为中横梁和端横梁。中横梁为工字型实心截面，端横梁为空心截面（与系杆交接处变为实心截面）。所有横梁顶面在行车道部分设双向2%横坡，以利用其上桥面板及铺装直接形成双向横坡，横梁底面水平。横梁均为预应力构件，横梁长度为17m，中横梁于系杆平面相交，每根中横梁由两根吊杆支承。中横梁采用预制安装、端横梁采用现浇施工，横梁预应力张拉应分批进行。桥面板为22㎝厚的实心板，纵向搁置在横梁上，桥面板之间横向铰接，纵向主筋采用焊接，辅以22㎝厚现浇混凝土接头及10㎝混凝土桥面现浇层，构成桥面整体连续体系。桥面铺装为10㎝沥青混凝土。2施工难点通扬运河为本市境内重要的水运通道，水上运输繁忙，来往船只多，给水上作业带来一定的困难。钢管砼系杆拱桥工序多，交叉作业多。系杆采用预制吊装技术，吊装长度16m，吊装重量达70t;拱肋采用分三段吊装，最大吊装长度29m，吊装重量达21t。施工现场场地狭小，桥梁施工区外侧有民用码头，吊装条件差。3施工流程下承式钢管砼系杆拱桥采用先梁后拱的少支架施工工艺，具体施工流程如下：（1）主墩基桩定位放样，搭设基础施工平台，安装钻机，进行桩基础施工，并对基桩进行无破损检测；主墩承台、墩身及盖梁施工；（2）在水中搭设临时支墩，支墩上搭设贝雷架，并进行预压，以消除非弹性变形的影响，预压重量应为对应位置全部恒载重量的1.2倍+施工荷载，预压最后连续三天沉降量必须满足不超过1mm/天。在支架上分六段拼装系杆（包括拱脚节点），系杆浇筑要考虑预拱度的设置；（3）现浇端横梁。按平衡、对称的原则安装中横梁，先安装1#、5#、9#、13#中横梁，张拉中横梁N3钢束，张拉端横梁N1、N2钢束；张拉主墩盖梁预应力束N2；（4）张拉系杆第一批预应力钢束；（5）分三段吊装、拼接拱肋钢管（拱肋安装支架与系杆现浇支架分离、独立）；（6）从中间向两边对称安装所有吊杆（焊接吊杆钢管）及风撑；（7）灌注拱肋钢管混凝土，混凝土灌注顺序为：先下弦管、后上弦管，再缀板腹箱。加载顺序为：从拱脚到拱顶，采用泵送顶升压注，按对称、平衡的原则依次灌注。浇筑下一根管混凝土的时间间隔须保证一根管混凝土强度达到设计强度等级值的90%以上；（8）按平衡、对称的原则安装其余所有中横梁，并张拉N3钢束；（9）待系杆、拱肋混凝土强度达到设计强度等级值的90%时，第一次拉吊杆，吊杆张拉应按照跨中对称进行；（10）张拉系杆第二批预应力钢束；（11）安装桥面板；（12）张拉中横梁N2钢束；（13）张拉系杆第三批预应力钢束，拆除施工支架；（14）张拉主墩盖梁预应力钢束后，浇筑主桥墩系梁；（15）吊装引桥部分预应力箱梁，浇筑箱梁桥面板、端横梁、中横梁、张拉顶板预应力钢束，完成体系转变；（16）现浇桥面10㎝水泥砼层，安装防撞护栏；（17）张拉主桥端横梁N3钢束；（18）铺筑桥面沥青混凝土及桥面附属设施；（19）第二次张拉吊杆，进行内力调整后，达到最终吊杆设计张拉控制力和伸长量；（20）张拉中横梁N1钢束；（21）全桥性能检测后竣工通车。4施工工艺及方法4.1拱肋、风撑加工拼装拱肋风撑采用先在工厂分节加工成型，运至现场后按三段拼装。选用有经验的钢结构加工场按设计要求进行拱肋风撑的加工，加工时按便于运输的长度进行拼装，一般不超过12m。厂内加工时，先制作好胎模，并控制好拱轴线、吊杆预埋孔位置及相应的角度。主拱肋钢管采用Q345qC钢板卷制而成。钢板要求平直，不得有翘曲、表面锈蚀和冲击痕迹。卷管受力方向应与钢板压延方向一致，管体成形必须校圆，失圆度不得大2mm。为保证钢管内壁与核心混凝土紧密粘结，钢管内壁不得有油渍等污物。在加工过程中应注意混凝土压注孔、排气孔、扣点、吊杆节点板的设置。在拱肋接头两侧，打点、焊接定位钢板，便于拼接安装。拱肋运至现场后，岸边设立临时胎架，胎架顶面成水平状态。拱肋在临时胎架上按设计要求分三段进行拼装。拼装时严格按工厂拼装的点位进行拼接，确保拱轴线符合设计要求。拱肋、风撑分段拼装完成后，在现场进行防锈防腐处理，先采用喷砂除锈工艺进行钢管表面除锈，除锈后立即进行喷铝作业，防止锈蚀，铝层干燥后再进行喷锌作业，锌层干燥后方可进行底层油漆处理，在拱肋、风撑接两侧留20cm宽暂不进行喷铝、锌、漆，等拱肋、风撑安装、焊接完成后再进行防腐作业。在拱肋、风撑全部安装完成后，支架拆除后，采用吊篮进行面漆喷涂作业。4.2系杆、中横梁的预制系杆、中横梁采用现场预制，在临近主跨的一幅桥下设立预制场，施工预制台座，系杆预制台座应考虑系杆的纵向预拱度。系杆、中横梁预制时按设计要求设置吊环，采用龙门吊移至存梁场地。拱脚、端横梁采用支架上现浇施工，先搭设好拱脚支架，在支架上立模浇筑拱脚砼，拱脚施工前预埋好相应的预埋件，拱脚预埋件位置符合设计及规范要求。一端两拱脚施工完成后再进行端横梁的施工。4.3支架施工通扬运河属三级航道，来往船只较多，桥梁施工时不得长时间封航。因此，支架搭设拟分成通航孔和非通航孔设置。通航孔净宽19m。支架采用钢管桩基础、贝雷梁结构。钢管支架立面图、平面图如下,临时支墩立面图钢筋砼扩大基础9.336#工字钢28#工字钢系杆支架平面图4.3.1系杆支架基础：采用钢管桩作临时支墩的基础桩，钢管桩顶设纵横向工字钢组成临时支墩。系杆支架分三跨，中孔跨径22m，为通航孔。系杆支架采用贝雷梁上承式施工。非通航孔：钢管桩根据系杆所在位置的两侧，在保证构件的几何尺寸和构件外不小于500mm的作业面的前提下进行布桩。在系梁与横梁交接处布置两排4根钢管桩，桩底标高为▽-5.0,桩纵向间距2.0米，横向间距2.6米。钢管桩桩径400mm，钢管厚度不小于10mm。钢管桩沉桩采用施工船配合60振动锤施工。在钢管桩顶，安装强度和刚度满足结构计算的28＃工字钢。1#中横梁位于陆上，临时支墩可采用将平地整平、夯实，现浇3*3m，厚20cm钢筋砼基础，基础上安装钢管桩作用临时支墩。通航孔：根据现场和预留后浇段的情况，结合系杆的分段，在河的中部通航处设通航宽度为净宽19.6m，通航标高设于9.3m的高程上。在6#、7#横梁与系杆交处每侧各打7根直径400mm钢管桩，桩底标高为▽-9.0m。钢管桩顶，安装强度和刚度满足结构计算的56＃工字钢。4.3.2系杆贝雷支架搭设非通航孔：每侧系杆下设纵向贝雷片组成2个贝雷梁，并以支撑片相连接稳固，贝雷梁间距1.35m。贝雷梁采用在岸上组装，用船吊吊装就位。拱脚连接段位置支架一端安装在承台上，另一端在1#中横梁位置与系杆支架相连。通航孔：每侧系杆下用六排贝雷梁（四排贝雷用于支承系杆，两排贝雷用于支承中横梁），长24米，贝雷片间距45cm。贝雷梁底部设加强弦杆。贝雷片的顶部按系杆设计底高程铺设I20工钢，其间距800mm左右（视贝雷片的具体情况）。为防止系杆安装时，砼构件直接与工钢接触造成砼表面的损坏，可在工钢上铺设5cm方木支撑构件。贝雷梁在岸上组装，用浮吊船起吊安装就位。为保证贝雷片的稳定，六排贝雷片间均用特制的支撑片相连接，并以支撑片螺丝拧紧。4.3.4支架预压通过支架预压和所设观测位置高程的变化，计算出支架弹性变形和非弹性变形的值，以便在铺设系杆安装支点时予以调整。系杆支架的预压为等载预压，预压重量为对应位置全部恒载重量的1.2倍+施工荷载，仅考虑系杆自重、施工荷载、人群荷载和系杆二次张拉前通航孔位置三根中横梁及支架自重荷载。预压最后连续三天沉降量必须不超过1mm/天。4.3.5拱肋支架搭设系杆安装完成后，并经第一张拉后，在拱肋支架基础上搭设拱肋支架。拱肋支架只在拱肋拼装接头位置设置。全桥设四座拱肋支架，支架采用4根直径400mm钢管焊接成独立支架，再采用浮吊船吊至支架基础上进行安装。控制好独立支架的平面尺寸、竖向高程，支架钢管横跨系杆，并与系杆采取紧固措施，确保支架稳定性。拱肋支架从系杆向上约13m，可根据拱肋基础顶面的高程及拱肋支架纵向桩号位置，计算出支架高度，并控制好支架支撑梁位置，支撑梁顶面高程比设计高程略低8cm左右，支架安装完成后再测设支撑梁的顶面高程，通过拱肋支座调整支撑高程与设计相符。拱肋支架如下图。支架与基础焊接完成后，四角采用缆风绳锚在系杆上，防止支架倾覆。拱肋支座支撑梁钢管支架系杆支架基础4.4系杆、中横梁安装系杆支架搭设完成并经预压后方可进行系杆、中横梁的安装。系杆安装前在支架上将系杆的轴线用测量仪放出，并将吊杆位置、中横梁位置点出。根据支架预压的弹性变形值，通过垫方木调整系杆的安装高度，控制好系杆高程、预拱度。系杆、中横梁安装采用浮吊船进行安装。浮吊船作业前清除作业区域的障碍物，并对航道进行临时封航，作业区域100m范围内不得有其它船只停靠，对岸边浅滩位置进行清淤，确保浮吊船不小于1m的吃水深度。由于本桥是单幅桥，全桥宽17m，加上桥位北侧有一临时便桥，系杆吊装时无法从两侧吊安，只能从南侧一侧吊安，且河岸边有民用船吊码头，无法移动，为防止吊装幅度不够，防止北侧远端的系杆不能吊装就位，拟采用先吊装北侧系杆，再吊装南侧支架及系杆。4.4.1系杆安装（1）用预制场龙门吊将系杆运至河岸边，并支撑稳固，系杆顺桥向搁置。（2）用一艘150吨浮吊船缓慢移至岸边，横在河中，起吊杆对准系杆，将系杆缓慢吊起，并调整好系杆安装的方向。两端设风绳，防止系杆提升过程中转动。（3）系杆起吊至一定高度（超过安装支架1m）后，通过浮吊船上变向系统，将浮吊船慢慢变向、转弯，使得起吊杆对准系杆的就位位置，再通过浮吊船上牵引系统将浮吊船前移或后退，使得系杆停至安装位置上空。（图1）（4）缓慢落下系杆，在系杆距安装位置10cm左右时，停止下落，在系杆左右两侧及前后方向设手拉葫芦，将系杆准确调至安装位置，并固定好，落下系杆就位。（5）检查系杆纵向、横向位置，并及时调整，检查系杆底部的支撑系统是否着实，使得系杆底的每个安装支撑点均匀受力。（6）检查系杆的支架变形是否符合要求，如超过变形限值，应及时停止安装，并查找原因，采取有效措施后方可继续安装。（7）系杆安装顺序为左4→左1→左2→左3；右4→右1→右3→右2。4.4.2中横梁吊运安装（1）中横梁安装分两二次进行，两侧系杆安装完成后立即安装1#、4#、7#、10#、13#中横梁，等系杆接头现浇完成并经过第一次预应力张拉后，再进行2#、3#、5#、6#、8#、9#、11#、12#中横梁的安装，由于安装高度的限制，第二次中横梁的安装应在拱肋支架安装前完成。（2）中横梁安装前，系杆上将中横梁位置用墨线弹出，测设好中横梁支撑高程，并复核合格。（3）先采用预制场龙门吊将中横梁移至岸边平坦地段，并支撑稳固，受现场场地限制，中横梁只能顺桥向搁置。（4）用一艘