04-270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结(一)

桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结94中铁十三局集团有限公司270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结第一工程有限公司袁长春内容提要：位于东海近海海域的三门口跨海大桥，主跨为270m的中承提篮式钢管混凝土拱桥，拱肋轴线采用悬链线，是目前国内同类桥梁跨径最大者。单肋拱肋纵向分13段，采用无支架缆索吊机安装、钢绞线斜拉扣挂法施工。介绍了钢管拱肋加工制作、节段吊装系统，拱肋分段悬拼、钢管拱肋砼灌注的施工方案、主要工艺等。关键词：拱桥拼装悬链线提篮式桥梁施工1.工程概况1.1工程简介浙江省象山县三门口跨海大桥A标工程位于象山县石浦镇西南约15公里处的三门口海域地区，为象山县环石浦港陆岛交通工程的一部分。A标工程包括两座主跨为270m的中承提篮式钢管混凝土拱桥,矢高54m，矢跨比为1／5，吊杆间距8m。拱肋拱轴线采用悬链线，拱轴系数1.543，拱肋内倾角为8°。拱肋结构采用节间为4m的N型桁架形式，上、下弦杆采用4根φ800mm钢管，腹杆采用φ400mm钢管。截面尺寸拱肋宽2.4m(钢管中心间距1.6m)，高为5.3m(钢管中心间距4.5m)。单桥拱肋钢管桁架顺桥向分为13个节段，横桥向分为上、下游两肋，肋间由K形横撑相连，全桥共11道。拱肋与基础在安装阶段为套筒连接，合龙后采用固结连接。施工采用单肋单节段吊安，节段最大重量为54t。桥型总体布置图见图1。吊杆采用双层彩色PE的成品拉索，拉索由φ7-73抗松弛镀锌高强钢丝组成，吊杆间距8m，全桥共2×25根，锚具为冷铸锚。吊杆横向布置与拱肋轴线在同一平面内，吊杆倾斜设置，增加了梁横向抗风稳定性。主桥面系采用纵横梁体系，均为预制构件。纵梁为钢筋混凝土梁，采用π形截面，梁高0.72m，腹板间距1.5m，桥面板厚0.14m；横梁为预应力混凝土结构，采用T形截面，跨中梁高1.59m，翼缘板宽0.8m，厚0.15m，腹板厚0.22m，顺桥向每隔8m设置一道横梁，横梁悬吊于吊杆下方，为便于吊杆下锚点的锚固，横梁两侧端部梁底按8°的仰角设计。纵、横梁体系吊装到位后，绑扎或焊接现浇接缝的钢筋，张拉横梁中剩余的预应力，然后采用C50无收缩混凝土浇注现浇接缝。主桥拱脚基础采用明挖扩大基础，并埋入微风化层一定深度。桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结中铁十三局集团有限公司95高塘石浦270图1桥型总体布置图1.2项目环境1.2.1地形地貌桥位区地形分为三个地貌单元：基岩裸露丘陵区、水域区及海积平原区。丘陵区植被发育，以松树、灌木及草本植物为主。其中前面山高程为1.4～76.0m（黄海高程），庵山高程1.5～40.5m，万金山高程为1.5～42.0m，坡度大多为30°～45°，靠水边多为岩石陡崖。水域区中门水深30～50m，水流最急；南门、北门水深最大为30～40m，其中南门河床高程为-1.5～-42m，南岸为缓滩，北岸为碉崖，形成中深两边浅的“凹”型。1.2.2地质、地震北门桥、中门桥基础均在陆上，属基岩裸露丘陵区，区内岩性为侏罗世火山碎屑岩，含角砾晶玻屑凝灰岩，岩质坚硬，微风化岩石单轴极限抗压强度为55.4～188.6MPa。根据国家地震局1999年编制的《中国地震烈度区划图》，线路位于＜VI度区内。1.2.3气象水文气象：桥址海域属亚热带季风区，气候温暖湿润，多年平均最高气温为35.3℃，多年平均最低气温-4.7℃，多年平均气温为16℃，历史最高气温为38.8℃，历史最低气温为-7.5℃，多年平均日照2026.8日时，无霜期295.6日。本地区多年平均降雨量1393mm，最大年降雨量2177.6mm，最小年降雨量770.6mm，雨量集中在4～9月份，以春雨、梅雨和台风雨为主，月占全年降雨量的65%。年平均雾日约55.5天，全年3～6月份为雾季。本海域四季分明，全年冬季多西北风，夏季多东南风，7月至9月有台风波及，台风季节最大风力达12级以上。年平均风速为5.8m每秒。水文：石浦港由东门岛、对面山、南田岛、高塘岛诸岛与北侧象山半岛所怀抱的水域和岸线组成。该港有铜瓦门、东门、下湾门、蜊门港和三门口水道等5个口门，进出十分方便。港内水域全长约18km，宽一般为2km，水深大部为5～10m，部分水深超过10m。海底为泥质，适于锚泊，是一个天然的避风良港，港内可行万吨海轮。石浦港属半封闭式海港，潮汐基本属正规半日潮，每日两次高潮、两次低潮，高低潮桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结96中铁十三局集团有限公司差别不很明显，平均涨、落潮历时大致相等。地质状况：无严重不良地质状况。2.总体施工方案结合本桥位于海域内，海水潮差较大，两岸施工场地狭小，无大型机具设备作业的施工特点，考虑吊装的设备和技术条件，采用现场分段加工制作、无支架缆索吊机安装、钢绞线斜拉扣挂就位的施工方法。钢管拱肋在海岸侧的加工场地制作完成后通过运输道路运至海边码头装船，在桥位下方用缆索吊机安装，合龙后通过泵送顶升工艺灌注钢管拱肋混凝土，强度达到后安装横梁及桥面板。3.关键技术3.1海域条件下现场加工制作大跨度钢管拱肋施工技术现场施工环境与厂内有所区别，需要克服潮湿、高温、低温、风大等诸多不利条件，选择现场加工有如下原因：a.利用现场条件加工制作钢管拱肋，减少了成品运输环节。作为长大构件的拱肋节段运输存在着诸多困难，在现场制作不仅节省了运输费用，也解决了运输困难的问题。b.在现场制作可以随工程进度的要求，合理调整加工制作及运输顺序。加之位于现场便于管理，能够节省一定的管理费用。c.在现场加工制作，质量完全能够得到保证，且现场具有一定生产规模，可以提高企业的影响力，创造一定的社会效益。3.2270m跨提篮式钢管混凝土拱桥拼装施工技术结合企业的综合实力和行业的发展对本桥进行综合分析后，认为采用现场分段加工制作、无支架缆索吊机安装、钢绞线斜拉扣挂就位的施工方法最为合适，这是完成本项目的核心技术。3.3复杂条件下大跨度钢管砼拱桥主拱肋灌注施工技术桥位处为分割的岛屿，地形条件复杂，材料运输极其困难，对泵送砼的性能提出更高的要求。该项技术的研究开发能够解决施工中的实际问题。4.海域条件下现场加工制作大跨度钢管拱肋施工技术4.1.施工方案为保证预拼的精度，在场地内设置半跨胎架，按照现场试验的焊接工艺完成拱肋桁片的制作后在胎架上进行节段制作。半跨完成后，倒置中间合龙段完成另半跨拱肋的节段制作。分解后立体组拼，完成横撑的制作。场地总体布置见图2。桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结中铁十三局集团有限公司97可移动式焊接及防腐车间260m放样组对平台山30成品梁堆放场地单管焊接车间350m2260m2下料场地半成品堆放场地200m卷管车间山2山2225m2半成品堆放场地半成品堆放场地龙门吊轨道钢板堆放场地山材料库房10m2成品堆放场地龙门吊轨道图2施工场地总体布置图施工主拱立体管段制作与腹杆制作同时进行，都安排在50t龙门吊起吊范围内组拼。为使组拼能不间断的循环作业，组拼胎架须搭设立体胎架两组以上,水平分片制作胎架两组以上。龙门吊有效范围有26m×140m，可制作七个节段，满足了组拼半跨和流水作业的要求。4.2施工工艺4.2.1工艺流程（见图3）4.2.2工艺要点4.2.2.1施工准备a.技术资料的准备在正式加工前，必须进行施工方案、施工工艺等技术资料的整理、编写、报检工作，填写焊接工艺评定。b.施工场地、设备、工具的准备为保证施工的顺利进行，应进行必要的场地清理，设备、工具维修及其它施工准备，设备进场要记录好。c.工程材料的准备工程材料的准备也是一个极其重要的环节，直接影响到工程进度。因此工程材料应早组织、早安排，并及时填报。桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结98中铁十三局集团有限公司图3工艺流程4.2.2.2.单管加工a.放样、下料按照考虑预拱度值的各拱度坐标表进行放样，主要分为两步，第一步为计算机放样，在计算机上按照施工图审核工艺准备焊接工艺评定材料检验生产用料焊接材料辅助材料材料采购场地准备放样检验下料压头滚圆纵缝自动焊校圆主拱肋单元件环缝自动焊运输交接边缘加工gonggon工检验接长钢管拱桁片制作钢管拱节段制作检验校正钢管拱节段防腐立体组拼移运检验桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结中铁十三局集团有限公司99一定的比例放半辐桥的大样，得出放样结果。然后再选择一个光线充足，地面光洁的平台上进行实际放样，放样前应用经纬仪放好垂直基线，此基线应用于全桥放样全过程，基线用油漆笔绘上。对照两种放样结果，管节、腹杆、缀管列出下料清单，并与样板相对应，使用相应的计算机软件计算出管节相接处的相贯线展开图并制作出样板来，编好号后并放置平整。然后根据放样提供的样板、草图及有关工艺图纸、施工图纸进行下料，材料切割采用半自动切割机，切割前每个气焊工根据自身的技能水平以及设备性能状况确保技术要求的各项参数，还须考虑气割缝宽度。为方便现场施工不同厚度的板对接处将厚板的一端进行削斜处理，斜度为1:10。b.压头、滚圆、校圆在正式压头前进行试压工作，调整好模具使压头精度能达到规范要求。压头时，须对正定位线，不得有偏斜。压头到一定数量（90块）时，须对胎架进行检查、修正。滚圆、压头过程中，须用准备好的、经过检验的样板反复、多点进行检查，直到合格为止。为调整焊后变形，须进行矫圆工作。压头、滚圆、矫圆均按工艺指导书进行。c.单管焊接焊丝、焊剂的选用，焊剂的烘烤，焊前准备，施焊电流、电压、速度及焊后清理必须严格按照工艺试验确定的焊接工艺参数进行，以确保焊接质量。进行自动焊之前，进行气刨清根处理，并加100mm×100mm的引弧板，引弧板板材与母材等强度，焊缝不允许有咬边，表面裂缝气孔等。焊后对焊缝进行100%超声波检验，并进行抽探15﹪X射线检查。如出现返工，则必须制定返工工艺，并按工艺严格执行，且返工不得超过两次。4.2.2.3.单管单元的制作a.单管单元的接长单管单元的接长是在一个平面胎具上进行的（见图4）。每个单管单元分成三～四次组焊，即把一个单元先分成两段组焊，每段2节筒体，然后再将两段组焊成一个单元，以次类推。每段和单元管的组装控制尺寸，主要控制单元管下缘的长度L和各接口的矢高高度hi,考虑到焊接收缩及试拼预留量，长度公差控制在±3mm之内，找圆后加以支承固定。图4钢管拱单管单元组装示意图b.单管单元组装的焊接桥梁施工新技术现场经验交流会270m跨提篮式钢管混凝土拱桥施工技术总结100中铁十三局集团有限公司各组装段和组装单元的所有接口焊缝内侧（有坡口的一侧）采用手工电弧焊或二氧化碳气体保护焊封底，外采用埋弧自动焊或手工电弧焊焊接。进行内侧焊之前先检查各段及单元管的L值和hi值。当小于工艺设计值时应先焊单元管的下缘。当大于设计值时应先焊单元管上缘。焊接时第一层采用跳焊的方法，要求小电流快速焊，沿圆周焊完后再进行其它各层的焊接，仍先从下缘开始焊，采用两人分别从两侧同时焊接。4.2.2.4.单管拱肋分片制作分片制作是钢管拱节段制作的前奏，是整个钢管拱制作中很重要的中间环节，在制作过程中应按照工艺技术要求进行，同时，还应采取措施防止分片焊接变形。首先在平台上搭设分片制作胎架，并用水平仪测平。在经测平的地平上放出单片制作地样，并制作好胎架（包括主管拱、各腹杆、地样线及胎架）。根据地样，焊好主管拱定位板，然后定位主管分段。腹杆、缀管均为卷制钢管和无缝钢管,与主拱相接，其两端口形状均为不规则形，必须对其两端口形状进行放样。放样工作在放样平台上进行或结合计算机进行。通过把钢管吊到简易平台上，用吊锤和卷尺对钢管进行分中，画出平等管轴线的基线，而后把样板基线和管基线重合，用样板严密贴紧钢管外壁，沿样板边线画线，取下样板实现了号料。将腹杆、缀管全部吊装到位，经检验合格后施焊。将腹杆位置影射到腹杆支撑上，并焊接好定位板，此分片焊接成型经检验合格后，吊离胎架，并进行下一分片拼装、焊接。4.2.2.