下承式無風撐鋼管砼系桿拱橋鋼管拱肋吊裝架設施工技術

PAGExx市xx河下承式無風撐鋼管砼系桿拱橋鋼管拱肋分三節(jié)吊裝架設施工TheHoistingandtheSpanConstructionoftheSteelArchedRibDividedintoThreeSectionsBottom-roadbridgecalmbracesteelpipeConcretetiebarBaojiGuangyuanroadWeiRiverAbstract:Introductiontotheprojectofthespanandthedesignofthearchedbridge,givingthedetailedmethodsforeachconstructiondepartment,aswellastheimprovementandtheeffectforsomemethods.Besides,italsoincludessomeconstructionexperienceforthewholebridge.Keywords:Tiebararchedbridge;steelpipearchrib;hoisting;construction1、工程概況xx市xx河大橋主跨為64m+64m+72m+64m+64m的下承式無風撐雙承載面的鋼管砼系桿拱橋，橋面總寬28.9m。拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/5；72m跨設吊桿13對，64m跨11對。鋼管拱橫截面為寬1.8m的圓端形，圓端直徑72m跨0.9m，64m跨0.8m，由厚16mm的Q345d鋼板卷制而成，內按0.5m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m不等間距設加勁肋以提高鋼管拱肋的剛度。2、施工方案2.1鋼管拱肋的制作鋼管拱肋采用在工廠分節(jié)段加工制作，由汽車運輸，工地現場拼組焊接。依據施工圖給定的拱腳處0#段拱肋的長度及參考的工地接頭位置，結合汽車的運輸能力，每工地節(jié)頭間分2段加工，即每片拱肋共分6段（不含2節(jié)0#段）。同時考慮到氣溫的變化對鋼材的脹縮影響較大，拱肋的制作比設計長度增長4cm以留有施工富余量。2.2鋼管拱肋架設方案的選定由于主跨處于主河槽的二級階地較為平坦的老河床上，雨季時一般無河水，且墩高在7～8m之間，地表層又為卵石夾砂地層，通邊碾壓處理后密實度較高，所以選擇汽車吊現場吊裝就顯得更加經濟合理。故采用汽車吊現場吊裝方案，同時主河槽靠主跨側砂袋后背非滲透土圍護作防洪處理。0#段先分別單獨吊裝，其他拱段（主拱段）吊裝的擬用方案有三，即分5節(jié)吊裝、3節(jié)吊裝和整體吊裝。通過對三套方案優(yōu)缺點的經濟、技術和可操作性的比較，選用分三節(jié)吊裝的方案，即將拱每2節(jié)在地面拼組成1較長節(jié)段，共3個較長的節(jié)段，先分別吊裝兩邊較長節(jié)段，準確就位后，再吊裝中間合龍段較長節(jié)段，空中焊接成型，其優(yōu)缺點見表1。[作者簡介]王富強（1966～），男，陜西人，1990年畢業(yè)于石家莊鐵道學院橋梁工程本科，高級工程師電話：（0358）5521260考慮到鋼材的伸縮對氣溫的變化敏感，吊裝時間選擇在早晨、傍晚或陰天氣溫較低時進行。吊裝方案優(yōu)缺點比較表1編號名稱優(yōu)點缺點備注起較型備接需墩型制時影各面其廠短小重無型備較接需墩空線作較工較在成節(jié)型設地量接體2.3拱肋吊裝的理論計算拱肋合龍段的吊裝屬軸心左右水平對稱用鋼絲繩捆綁吊裝,計算比較容易,此處不再繁述。而兩邊拱肋段的吊裝，應使拱肋起吊后在空中時拱肋的傾角與拱肋就位后設計的拱肋傾角基本一致（高端稍高），以利就位，此處只列計算思路和理論公式。（1）計算思路及已知條件。建立如圖三a示坐標系。a、拱肋設計的坐標方程已知，坐標原點在拱腳處，縱梁向縱梁軸線為原X軸，豎直方向為原Y軸。通過坐標軸平移原理將原拱肋二次拋物線方程換算成圖三a示坐標系下的方程，用y=f（x2）代替。b、只有當吊點A與拱肋重心處于同一豎直線上時，起吊后兩邊鋼絲繩（A點為結點，兩邊繩長固定）的內力將不會再重新分配，以利計算和控制，遂建立此坐標系。c、因兩邊鋼絲繩長固定，吊點A至拱肋重心D的距離h長為已知（應結合拱肋高度、汽車吊的最大起吊高度和最傾角合理選擇h的數值，也可初選一個，待兩邊鋼絲繩的直徑通過后述的力學計算后，合理時再做調整），即A點坐標為（0，h）已知。d、為了防止吊裝過程中拱肋低端處捆綁鋼畢繩的上滑，捆綁處選在拱肋低端最近處的吊桿鋼護筒（在工廠已與拱肋焊為一體）縱拱向下側，即B點坐標（XB、yB）已知。e、邊拱肋的重量G已知f、鋼絲繩的安全系數K取2.4已知。g、需計算內容：吊點C的坐標（Xc、yc），兩邊鋼絲繩的內力N1和N2，鋼絲繩的直徑Ф。（2）計算過程：根據力寫平衡原理A點處，N1cosα+N2cosρ=G②D點處力矩為0有N1×h×sinα=N2×h×sinρ③根據直角三角形原理有：④⑤由①、②、③、④、⑤組成方程組，即可解出N1、N2，C點坐標（Xc、yc）AB段鋼絲繩斷面積S1=AC段鋼絲繩斷面積S2=式中K—鋼絲繩的安全系數取2.4[]—鋼絲繩的允許應力計算結果取S1和S2中數值大者為準，再換算成鋼絲繩直徑，即為選用的鋼絲繩型號的最小直徑。3、施工操作3.10#段拱肋的安裝（1）由于0#段拱肋較重（0.6T），設計圖紙沒有考慮其臨時支撐和固定所需的鋼筋支架，所以需另設支架（圖四示）。因支架為［12槽鋼，現澆縱（橫）梁底模為12mm的竹膠板模板，二者無法連接以保證0#段就位時（后）所需的穩(wěn)定性，故先澆筑厚0.4m，從縱梁端3.4m長的縱梁砼，并將槽鋼支架底部預埋于此砼中。（2）施工順序為：綁扎縱梁和端橫梁鋼筋及拱腳鋼筋（含其內預應力波紋管安裝）→支立縱梁和端橫邊模板→按模邊線定槽鋼支架位置并臨時固定→澆注0.4m縱梁砼→縱梁邊模上擔板木支立全站儀近放與0#段上里程刻度點相同的里程點于砼面上→鑿毛砼面→吊起0#段并緩緩插入Ф28的雙層鋼筋夾層間→調節(jié)、準確就位并臨時固定0#段→澆注縱梁砼（3）施工注意事項：a、待0.4m厚縱梁砼達到5Mpa時方可安裝0#段拱肋。b、0#段拱肋起吊應緩慢，徐徐插入雙層Ф28鋼筋夾層間，縱向錘擊，豎直用千斤頂、水平用千斤頂于槽鋼支架上調節(jié)，使拱肋上程刻度與砼面上的里程刻一致（用鉛錘吊）。在遠端縱梁模板上擔板木，支經緯儀，使拱肋軸線與拱肋上刻度軸線一致，同理在縱梁側模遠端支立水準儀，塔尺控制拱肋前后端標高與設計一致，調節(jié)無誤后橫向用型鋼或Ф28鋼筋將拱和槽鋼支架焊接牢固。c、立測量儀器的板木在縱梁側模板上必須穩(wěn)定，操作時應注意。d、拱肋就位調節(jié)應仔細，固定后再用儀器復核檢查，確保就位準確。e、0#段固定后，在上端口下拱肋面立焊3個定位鋼板（板厚12mm，高8cm，長15cm），為主拱肋架設就位時低端的支撐，定位鋼板伸0#段接口7～8cm。3.2主拱肋的安裝（1）小節(jié)段拱肋的地面拼組。采用在地面臨時支架上拱肋水平放置的拼組方法。在需架設安裝拱肋的縱梁外側適當距離的地面上，整平場地，用方木或枕木搭設分離式拼組支架，支架高度1.5～1.7m，兩支架間距1.0m，以滿足拱肋對接施焊的作業(yè)空間。支架頂橫拱肋向放置[10槽鋼，槽鋼開口向上，每一小節(jié)段下設2～3個，自拱肋中段面處向兩端基本等距分布，間距以小節(jié)段拱肋兩端穩(wěn)定為宜。槽鋼放置后用水準儀操平，使其基本處于同一水平面上，誤差不大于5mm。用汽車吊吊裝小節(jié)段于支架的槽鋼上，接口基本對齊，千斤頂結合汽車吊調節(jié)兩拱肋接口上的軸線刻度標記線對齊，接口四周錯臺較小，用尺丈量拱肋的弦長及矢高與理論值一致時，節(jié)口周圍立焊12mm厚鋼板（高8cm，長15cm），卡死節(jié)口，鍥木插入槽鋼與拱肋接觸處，撤走汽車吊，焊接節(jié)口并X射線探傷。（2）臨時分離式支墩的搭設。在兩邊拱肋與合龍段拱肋接口處須搭設臨時分離式支墩，以支撐兩邊拱的上端口。同時為調節(jié)上端口的標高、拱肋軸線及合龍段的就位調整、接口施焊等作業(yè)提供作業(yè)平臺。本工程采用在已澆筑的縱梁上用碗扣件搭設，支墩頂碗扣件每排托承上橫橋向放置10×10cm的方木，再在方木上縱橋向放置足夠的15×15cm方木，并在其上橫橋上放置20Ⅰ字鋼，Ⅰ字鋼上放置16T千斤頂2個，千斤頂橫橋向分開放置，間距70～80cm，千斤頂可調行程10cm。臨時支墩的搭設應考慮其上有足夠的作業(yè)空，高度應仔細計算，使拱肋標高在千斤頂的可調行程以內。同時也要考慮支墩的穩(wěn)定性，其縱橫4個方向須設纜風繩加固。本工程的碗扣件支墩，縱橋向3.6m，橫橋向1.8m，高度因縱梁拱肋的標高坡度等的不同，不盡相同。（3）纜風繩地錨的埋設。為了使拱肋架設后的橫向穩(wěn)定及調節(jié)拱肋軸線等的需要，在其上需設纜風繩，橫向對稱各設2根，分別距兩端口約1.5m左右，橋面內側固定于另一縱梁行車道防撞欄（已預于縱梁外露的）鋼筋上，橋面外側固定于地面埋設的地錨上。臨時支墩的纜風繩橫橋向固定同拱肋的固定，縱橋向固定于其所在縱梁的行車道防撞欄桿預埋鋼筋的外露部分上。纜風繩與拱肋連接采用先在拱肋側面焊接Ф20的耳環(huán)筋，竄入纜風繩與拱肋捆綁；與支墩連接采用拉在碗扣件上。纜風繩另一與16T倒鏈相連，再由倒鏈與地錨或行車道鋼筋相連，以使纜風繩能夠使拱肋橫向移動調節(jié)，用以調節(jié)拱肋軸線。本工程采用Ф18.5的鋼絲繩作為纜風繩。地錨按地攏要求埋設，為上小下大的四棱臺C20砼形狀，頂設預埋Ф25的圓環(huán)鋼筋以與倒鏈相連。（4）兩邊主拱肋的吊裝安置按照計算所設的吊點，選擇適當直徑的鋼絲繩和汽車吊緩緩將拱肋提升，暫時放置于0#段定位鋼板和支墩的千斤頂上，汽車吊、千斤頂調節(jié)并使軸線和里程符合設計和規(guī)范要求（方法同0#段施工），與0#段的節(jié)口處，再在邊拱頂面及側面焊接定位鋼板使接口固定牢固，節(jié)口對接后先不預焊接，纜風繩拉緊暫時固定。（5）合龍段的吊裝安置緩緩吊起并落下合龍段，吊車、千斤頂結合調節(jié)拱肋中軸線，準確合龍后用定位鋼板固定兩接口，并檢查拱頂標高、成型拱肋軸線符合設計和規(guī)范要求。如拱頂標高高于設計值時，計算后在0#段接口處割除部分富余時拱肋，再檢查，合格后纜風繩固定整個拱肋，各接口施焊并X射線探傷。（6）拱肋安裝的測量控制本工程采用一臺全站儀、一臺經緯儀、一臺水準儀三維準確控制拱肋軸線、里程和標高。即先用全站儀在縱梁面上放出與拱肋（軸線）上里程刻度相同的里程點，在縱梁上架立全站儀觀測使拱端口軸線標記與縱梁上所放拱肋軸線處于同一豎直線上，橫橋向在遠地面處架一臺經緯儀，用鉛垂結合使拱肋里程刻記與縱梁上所放實際里程一致（垂直上下看是否在一垂線上）；在縱梁遠處，架一臺水準儀，觀察從拱肋端口處下吊的鋼尺刻度，嚴格控制標高。4、部分施工方法的改進4.1問題的提出（1）按設計要求，先施工中間72m跨，再兩邊64m跨，由中間向兩邊推進，縱梁鋼鉸線分兩批張拉，第二批張拉按工況順序屬倒數第二，即最后一道工序人行道懸壁板的現澆之前，且兩跨間的伸縮縫只有4cm，也就是說上一跨縱梁第二批鋼鉸線張拉千斤頂及人員的操作距離需占據下一跨縱梁至少1.5～2.0m的距離，此處（含此處端橫梁）的鋼筋無法綁扎，按上述0#段拱肋安裝的施工順序，縱梁和端橫梁的模板不能支立，0#段也就無法安裝。而當縱梁和端橫梁的模板支立完畢后，從0.4m厚縱梁砼的澆筑到0＃段徹底就位需12天，也即立完模到澆注縱梁主體砼需12天，時間太長，必須壓縮。（2）如能利用施工72m跨的同時先將兩邊64m跨的0#段拱肋吊裝就位，待72m跨縱梁端橫梁第二批鋼鉸線張拉完畢后直接立其模板，并澆注縱梁主體砼，依次類推至兩邊跨64m跨的施工，將大大縮短工期。4.2存在的困難（1）如調整施工順序，即先定位槽鋼支架并澆注0.4m厚縱梁砼→0#段拱肋吊裝就位→支立縱梁和端橫梁的邊?！鷿沧⒖v梁主體砼后，先澆筑的0.4m厚段的砼側面與后澆縱梁主體砼側面會出現錯臺并有砼漿水附著，影響砼的外觀質量，本橋處xx市區(qū)繁華地段，不允許出現此情況。（2）拱腳0#段槽鋼支架及0#段定位所需的里程點（0.4m厚砼面上）無法測設。原因有二，一為縱梁和端橫梁的鋼筋主體網籠已綁扎成型（高1.7m），在遠處支全站儀無法通視，距離又長影響測量精度，二為因鋼筋籠網上站人后來回晃動，在其上無法支立全站儀近放里程點和控制調節(jié)0#段軸線的觀測，先前先支縱梁邊模，再在其上放置板木，使得這一切變得可能。（3）0#段拱肋低端進入緊貼其四周的雙層Ф28鋼筋困難，軸線調節(jié)及標高調節(jié)時雙層鋼筋又不易移動，操作困難。4.3解決的方法及效果（1）為解決錯臺問題，將先澆筑的0.4m厚砼，從縱梁的三邊（與端橫梁接頭處除外）向梁內人工鑿除5cm，澆注縱梁主體砼時此處注意多加振搗，使新舊砼結合密實。（2）在已澆筑完的72m跨縱梁端部附近放臨時坐標點，并在其上支立全站儀測設拱腳0#段拱肋0.4m厚砼面上所需的里程點（此點處支立棱鏡處縱梁鋼筋可分開），并在此處附近支經緯儀、水準儀控制0#段拱肋的軸線及標高。（3）72m跨與64m跨接觸端，根據圖紙設計的64m跨0#段拱肋位置與72m跨縱梁第二批鋼鉸線張拉操作距離矛盾，無法解決，只能先就位固定另一端0#段，在張拉完畢后集中力量完成兩跨接觸端下一跨0#段的定位。（4）先綁扎0#段拱肋低端底部與槽鋼支架接觸處的Ф28鋼筋，0#段拱肋就位準確后再插入剩余未就位的Ф28鋼筋，并按設計要求與0#段拱肋低端焊接。由于此方法的應用和工人操作的日趨熟練，5天即完成遠端0#段的定位。（5）上述方法也可用于其余2邊跨64m跨的施工，大大縮短了大橋施工的工期，效果良好。5、施工體會（1）鋼管拱肋的吊吊裝架設屬屬大型起重重作業(yè)，軸軸線、里程程、標高的的調節(jié)控制制，精度要要求高，各各工作人員員的默契配配合和現場場的統(tǒng)一專專人指揮協(xié)協(xié)調就顯得得尤為重要要，各工種種必須責任任心強，工工作認真，聽聽從指揮，步步調一致，才才能快速達達到滿意線線形的拱肋肋成品。（2）加強技術攻關關和技術創(chuàng)創(chuàng)新是縮短短工期、減減小勞動強強度、節(jié)約約成本投入入的關鍵因因素之一。例例如當筆者者提出拱肋肋小節(jié)段的的地面拼組組采用拱肋肋水平放置置的方法時時，得到了了配合單位位鋼管拱廠廠的當場反反對，配合合方認為他他們先前施施工的拱肋肋拼組都是是豎向拼組組，水平拼拼組從未見見過，而筆筆者從查閱閱過的資料料顯示，水水平拼組支支架的搭設設也過于麻麻煩（多為為砼分離式式支墩，且且用脫胎），難難以操作，本本工程的拼拼組方法，通通過實踐證證明是簡單單的而且是是成功有效效的。筆者提出的利用用72m跨現澆梁梁支架的預預壓沉降量量數值，由由理論可以以推算出其其余4跨64m跨支架預預壓沉