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1、下承式钢管砼系杆拱桥施工技术马卫明（如皋市水利建筑安装工程有限公司，江苏南通，226500）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
2、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309 x 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50
3、0x 10m钢管及多根 273x 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 cm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 cm厚现浇混凝土接头及 10 cm混凝土桥面现浇层，构成
4、桥面整体连续体系。桥面铺装为10 cm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
5、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#、 1 3#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
6、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
7、、中横梁、张拉顶板预应力钢束，完成体系转变；（16）现浇桥面10 cm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12mo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
8、。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
9、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
10、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
11、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 -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
12、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
13、.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。435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400mmf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
14、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。拱肋支座钢管支架支架基础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
15、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、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)
