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1、大跨度钢管混凝土拱桥成套施工技术中铁十七局集团二公司 张振华一、工程概述(一)工程概况承德市南环桥主桥结构形式为单跨中承式钢管混凝土拱桥，跨径170m，桥面宽28m。拱肋拱轴线采用m=1.3的悬链线，矢高36m，矢跨比f/L=1/4.72。拱座基础采用扩大嵌岩基础，基底设计为四台阶形式。桥台基础为1000群桩承台基础，台身为肋板式桥台。全桥分两榀拱肋，二榀拱肋间距17.2m。地面以上每榀拱肋横截面为四肢75014mm钢管组成的等高度横哑铃形桁式结构，拱肋高3.50m、宽1.8m，腹杆采用40012mm钢管，两钢管拱肋之间共设置7道一字横撑，主弦管内和缀板间填充C45混凝土，拱肋与桥面交接处两拱
2、肋间共设置2道肋间钢横梁。地面以下拱肋采用C40钢筋砼结构，横截面为40002200mm矩形截面，两现浇拱肋间采用2道斜撑和1道横系梁进行连接。钢结构材料均为Q345qE，除锈等级为Sa3，涂装体系为无机水性富锌底漆环氧云铁中间漆聚铵脂面漆。桥面系采用吊杆吊住预制C50吊杆横梁，其上纵置T型C30先简支后连续的桥面板，吊杆采用7mm109镀锌高强钢丝索加双层PE防护套。(二)工程特点1、本桥结构设计新颖、造型美观。2、本桥地处市区武列河的河滩上，河床常年无水，河滩开阔平坦，受外界干扰少，施工条件好。3、拱座基坑开挖深度大（河床面至基底深16m），基坑渗水量大（渗水量达到4000 m3/h），基
3、坑排水是本工程的难点之一。4、本桥拱座大体积混凝土施工、现浇拱底模设计、钢结构加工与吊装、填充混凝土施工、钢管拱加载等施工工艺复杂，是本工程的关键工程和重难点工程。5、本地区昼夜温差大，钢结构材料特殊，涂装体系为重防腐新型材料，因此，大体积砼温控、钢结构温度变形、焊缝质量、涂装基层处理和吊装合拢是本工程的关键控制工序。二、拱座基础施工技术(一)基坑土石方施工拱座基坑最大开挖深度为16.0m，011.0m范围内为渗水强的砂卵石层，11.016.0m范围内为砂砾岩层，基坑渗水为强渗水，渗水量为4000m3/h。1、土方开挖基坑砂卵石层开挖采用明挖法进行施工，采用二台PC2000单斗液压挖掘机进行分
4、层开挖，10吨自卸汽车运输，每层开挖深度为2.5m，四周边坡坡率按1:1施工。2、石方开挖由于施工地处城市居民区，石方采用松动控制爆破法进行施工，并采用双层钢板网加压砂袋进行覆盖防护，根据基坑实际情况钻爆设计采用75型深孔控制爆破法，起爆方式为毫米网络微差起爆，装药为底部连续装药，用药量控制在0.35kg/m3，起爆顺序为先在中部设计一组6孔掏槽眼，间距按0.4m布置，然后按1.5m排距、1.0m间距布置中间眼，四周按0.8m布置周边眼。网络采用毫米导爆管连接，每排间依次按1、3、5、7、9、11段的微差间隔。根据基底标高详细确定每个位置炮孔深度，孔底低于设计标高20cm。爆破完成后，采用挖掘
5、机装车，自卸汽车运输出渣。岩层边坡坡率按1:0.35控制，边坡和基底由人工用风镐找平到位。3、运输道路在基坑边坡上设置不超过1:15的“S型”坡道，由自卸汽车经运输坡道将开挖土石方运出基坑。4、基坑排水基坑采用2台350型和3台150型电动抽水机集中抽排基坑内渗水，为了保证工程附近民用建筑的安全，在基坑以外20m按环型布置4个10103m的蓄水池，将基坑抽出的水储存于蓄水池内进行回灌，以保证城市居民区地下水位。基坑开挖尺寸四周考虑0.5m的排水沟和2个332m的积水坑，排水沟与积水坑均置于基坑设计尺寸以外。(二)拱座混凝土施工拱座基础全桥共2个，每个基础为2100m3的C30钢筋混凝土，长、宽
6、、高分别为28m、15m、8m，属于大体积混凝土施工。基础钢筋现场加工，人工就地绑扎，20mm以上钢筋接头采用直螺纹套管接头进行连接。模板采用2.01.5m大块钢模板拼装，背带采用160型槽钢按40cm间距布置，采用200mm原木做外支撑固定于基坑内壁，模内按3.03.0m间距设计10钢筋内拉筋。1、原材料选定1.1水泥：采用承德市建龙水泥，标号为普通硅酸盐32.5，该种水泥为旋窖水泥。1.2砂子：采用双峰寺河砂，规格为中粗砂，含泥量小于2.4%。1.3碎石：为连续级配碎石，粒径为531.5mm，含泥量小于0.5%1.4粉煤灰：滦河II级低钙粉煤灰。1.5外掺剂：采用石家庄RB-2多功能复合膨
7、胀剂。2、材料组织2.1砼材料：砼制作所用材料（水泥、碎石、砂等）所备数量必须满足基础施工要求，所用材料在施工前必须进行检验合格。水泥、粉煤灰等材料要进行防雨防潮处理。2.2施工用电：主要采用承德市电，在基坑西侧100m处设有一台500KW的变压器，由地下埋设电缆引至用电点，作为主要施工电源。另外备用2台120KW发电机作为备用。2.3施工用水：采用由基坑内排出的未经污染的地下水作为施工用水，由水泵分别抽至三台砼拌和站进行使用，砼养护采用基坑内的地下水直接进行使用。3、施工方法3.1施工平面布置详见拱座基础砼施工平面布置示意图，图2-1。现场平面布置时，考虑到布置施工机械设备一侧的基坑边坡是干
8、码片石的回填边坡，稳定性比原土差，所以在机械布置时要布置在原基坑开挖边线以外，以保证施工期基坑边坡的稳定性。3.2施工工艺流程详见拱座基础砼施工工艺流程框图，图2-23.3主要施工方法3.3.1施工准备：首先请现场监理工程师对基础钢筋和模板施工情况进行检验，合格后及时进行签证；其次是对基础内三层冷却水管进行提前注水试验，保证每层冷却水管均不漏、不渗，并水流畅通，满足降低砼水化热的要求。其三是按照要求埋设各测点的测温电阻探头，并将导线引至砼以外。其四是全部施工机械设备（包括备用机械设备）进行试运行，正常后报请监理工程师对砼浇注前的准备工作进行检查。准备工作检查包括人员准备情况、机械设备准备情况、
9、材料准备情况、施工条件准备情况等，检查内容均能满足砼施工要求，并有保证措施后才能开始浇注砼。3.3.2上料：砼的粗、细骨料由装载机进行运输和上料；水泥、粉煤灰和外加剂先由装载机运到拌和站旁，再由人工进行按比例加料。3.3.3材料计量：砼的粗细骨料和水的加入量由拌和站的电子称进行每盘计量，然后通过拌和站的电脑进行统一控制。水泥、粉煤灰、外加剂是袋装成品，所以确定每盘用料时应以整袋为单位，由人工进行控制数量。3.3.4砼的拌和：用JS500（JS1000）的拌和站进行强制搅拌，时间控制在3-4分钟，确保所拌砼料颜色一致，骨料均匀，和易性良好，坍落度合格。3.3.5砼质量检验：砼拌和均匀后，项目部试
10、验人员按每一班抽一组的比例进行抽取砼试件，人工振捣和标识后，一组送试验室进行标准养护，另一组在现场和实体进行同条件养护；然后根据砼拌和情况随机抽查砼料的坍落度，严格将砼坍落度控制在配合比报告要求的范围值内；项目部试验人员全过程监控拌制砼的均匀度、水灰比、材料计量情况，确保每盘砼质量检验合格后再入仓浇注。3.3.6砼输送入仓：将拌制合格的砼料由滑槽进入汽车式砼输送泵，再由输送泵的管道利用泵压送至砼浇注点上。3.3.7砼分层平整：砼的分层厚度原则上控制在0.5m以内，具体详见施工顺序的安排。砼的大范围分层、平整由砼输送泵完成，局部的砼平整由人工进行。3.3.8砼振捣：人工用插入式振捣器对已分层、平
11、整的砼进行振捣密实，作业要求是振捣器插入点距模板7.5D，两插入点间距为15D，D为振捣器的直径，上层振捣时要插入下层已密实的砼中5-10cm。砼振捣标准是颜色均匀一致、表面泛浆但不分层不离析、砼不再下沉、砼料不再冒气泡为止。3.3.9浇注点的移动：一个浇注点施工完成后，由浇注指挥人员指挥泵车提起输送管，由钢筋顶移至下一个浇注点后，由顶部2个专人负责固定伸入点位置，指挥泵车将输送管下降至钢筋笼内，再由2个专人负责将输送管移至浇注点，就位后指挥泵车开始泵送砼。砼浇注点严格按照施工顺序的排列要求和位置进行确定。3.3.10冷却管灌水：在每一层冷却水管被砼覆盖后，由100mm水泵将基坑内积水泵送至进
12、水口进行注水，同指定专人检查出水口的水流情况，保证冷却管内的循环水畅通。3.3.11砼表面平整：由于拱座基础顶后坡面为不立模的外露面，在砼浇注完成后初凝前，先由人工将砼表面找平，再用抹子将砼表面压光。3.3.12砼覆盖养生：砼终凝后，在砼顶部先用一层塑料布覆盖，再用二层麻布进行覆盖，在砼顶部用双层塑料布搭保温棚，由人工专门将冷却水管的出水浇至砼表面进行养护。3.3.13拆除侧模：在砼强度达到设计强度的60%后，由人工将砼外侧模板进行拆除。3.3.14砼温度的检测：砼浇注前，在砼的内部中间、1/4宽度、距左侧0.5米处三个断面共设25个测温点，测温点埋设专用测温的电阻片，导线引至砼以外。砼浇注完
13、成后，由项目部试验人员每天三次采用综合感应器对每个测温点的砼温度进行测量和比较，保证内外温差不超过25度，若超标时，将采用强化措施进行及时处理，确保砼内部和表面均无开裂现象。3.4施工顺序根据我们所选择的砼拌和能力和砼输送能力，结合拱座基础的结构尺寸，沿高度方向共分成22层进行浇注，施工顺序为由下向上进行。每层的横向分别在宽度的1/3处和2/3处做为浇注点，每层的纵向施工顺序均为从东西两侧向中间作业，每次横向浇注点的距离为6.6米，其具体施工顺序详见图2-3和图2-4。4、质量保证措施4.1防止大体积砼裂纹的保证措施4.1.1采用普硅32.5的旋窖水泥,其质量稳定,安定性能良好,细度模量均匀,
14、可以有效地提高砼的抗裂性能。4.1.2采用连续级配的粗骨料，将粗、细骨料的含泥量控制在最低限度，不但拌制的砼料均匀，结构合理，而且和易性良好，抗裂性能良好。4.1.3砼配合比中掺入II级低钙粉煤灰，不仅减少了水泥用量，降低了水化热，而且和易性良好，易于泵送，输送过程中不易出现离析现象，对保证砼质量、防止水化热过高造成砼裂纹能起到有效的作用。4.1.4砼配合比中选用RB-2多功能复合膨胀剂外加剂，不仅有缓凝作用，保证大体积砼施工的的连续性，对砼起减水作用，使砼流动性、和易性良好，可以防止砼输送过程中离析和泌水现象，而且有膨胀性能，可以减小砼收缩变形，对砼在强度增长过程中开裂起到预防作用。4.1.
15、5砼配合比选择时，28天试验强度选定为C50，不仅可以提高实际施工中砼强度的保证率，而且大大提高了砼自身的抗裂性能。4.1.6按照设计要求，在砼内部均匀铺设六层冷却水管，通过管内水流将砼内部的水化热带出砼以外，确保砼的内外温差不超标准要求，防止砼内外温差过大而形成内部及外表面开裂。4.1.7砼施工过程中，尽量在砼初凝时间允许的时间内多分层，迟覆盖，争取在施工中尽可能多地释放砼内部的水化热，避免砼内部温度过高。4.1.8在砼初凝后，立即用塑料布对砼外露面进行封闭，上面再用双层麻布进行覆盖，上部用双层塑料布搭设保温棚，采用外储的方法降低砼的内、外温差，防止砼开裂。4.1.9在砼内部共设置16个测温
16、孔(如图2-5所示)，安排专人每天三次定时对砼内、外温度进行测量和比较，若发现温差超过25度以上时，立即采取有效措施进行降低温差。其应急措施主要有：4.1.9.1加高冷却水管的进水口高度，加大进、出水口的高差，从而加大冷却水的流速，进一步降低砼内部的温度。4.1.9.2增加砼外表面的覆盖厚度，减小砼的内、外温差。4.1.9.3在砼初凝后，采用冷却水管出水进行保养砼，提高砼表面温度并保湿养生。4.2防止砼出现施工缝的保证措施4.2.1为了保证拱座大体积砼施工的连续性，避免出现施工缝，除了安排砼施工的二班人员外，另外还准备了50人（预制厂施工人员）的应急队伍，确保砼一次连续地施工完成。4.2.2由于拱座砼施工平面面积较大，每一层
