下承式钢管混凝土系杆拱桥施工技术(正板)

下承式钢管混凝土系杆拱桥施工技术1工程概况新建的蕴藻浜大桥是A5嘉金高速公路一期一标工程中一座主线大桥。

A5嘉金高速公路一期一标工程是上海高速公路网中南北向连接嘉定、青浦、松江、金山四个经济较发达区域的主要快速通道。

为配合F1国际赛车场的建设，A5（嘉金）高速公路一期工程将加快建设速度，以与F1国际赛车场同步建成。

A5（嘉金）高速公路一期工程范围：北起A30高速公路嘉浏立交南侧接地处，南至北青公路立交（主线跨北青公路）接地点，全长约17.42km，道路红线宽60m，路基宽35m，设计时速100km/h。

本工程有同济大学建筑设计研究院设计、上海建工集团总公司承建。

蕴藻浜主桥结构为下承式钢管混凝土系杆拱桥。

主桥分上下行两副桥梁。

单副桥宽17.6m，跨径为87.88m，计算跨径L=85m，矢高f=17m，矢跨比为1/5，拱轴线采用二次抛物线。

桥面标高为15.444m；拱顶标高为32.515m；河面最高通航标高为3.5m；本工程桥面梁（中横梁及系梁）吊装净标高为12m，钢拱肋吊装净标高为29.015m。

蕰藻浜大桥结构工程主要包括：钢拱肋4片，风撑7×2道，拱脚8处，吊杆锚固64套，预制系梁28根，预制中横梁32根。

钢拱肋采用哑铃型断面，上下钢管直径为φ900mm，腹部宽度为512mm，高度为360mm，壁厚为16mm。

拱肋高为2000mm，宽为900mm。

钢管拱肋曲线长约为84.2m，重量为65.8T，内部吊杆处加劲板重量约为8.4T，每片拱肋的起吊重量为74.2T。

风撑采用箱型断面，单根起吊重量大约8.0T左右。

预制系梁、预制中横梁及系梁与中横梁间混凝土湿接头现浇段施工；全桥有4根箱型纵梁（每根纵梁分为7根9米长系梁预制段），32根“T”型中横梁。

纵梁采用箱型断面，高为1600mm，宽为1400mm，吊杆处为实心断面。

预制段标准长度为9000mm，起吊重量约30T。

预制中横梁为“T”型断面，高为1450mm，宽度为3000mm，预制段长度为13.6m，起吊重量为60.5T。

9m长预制系梁共28根，13.6m长预制T型中横梁共32根。

2工程特点和难点●我公司首次承接类似桥梁的施工任务，对施工工艺不甚了解。

●为配合F1国际赛车场的建设，A5（嘉金）高速公路一期工程将加快建设速度，与F1国际赛车场同步建成。

本工程工期特别紧张。

●本工程桥面投影宽度为34m，红线范围宽度仅60m，蕴藻浜大桥两侧距离红线仅有13m宽施工场地，钢拱肋重量重、曲线长度长，相对与如此庞大的吊装构件，施工场地非常狭小，其次，在新建蕴藻浜大桥西侧10m处有一混凝土老桥，采用浮吊进行吊装时，在大桥西侧无法进行起吊，只能进行单面吊装，其构件吊装顺序也必须从西向东进行安装施工，因此，施工过程难度大。

●本工程钢拱肋轴线采用二次抛物线，为了减少现场电焊工作量，尽量采用工厂化施工，钢结构构件制作以及从预制工厂安全稳妥运至施工现场，并顺利一次安装难度大。

●本工程钢拱肋拱顶标高32.515m，混凝土泵送地面标高约4.5m，混凝土泵送标高达到28m，且钢拱肋线形为二次抛物线，跨径大，矢高高，钢拱肋采用哑铃型断面，如何将混凝土顺利顶升到位并保证其密实度，难度大。

●本工程系梁采用叠合梁形式，下部1600mm高采用预制形式，上部200mm高与系梁湿接头一起采用现浇形式。

如图3所示。

系梁预制段标准长度为9000mm，起吊重量约30T，9m 长预制系梁共28根，安装高度约为12m。

临时水平拉索紧贴系梁安装面，系梁中心离钢拱肋距离最短仅仅7m，最高17m。

由于受钢拱肋及临时索的限制，吊装机械把杆高度及钢丝绳的夹角都将受限制，因此，系梁安装时，保证顺利安装就位，且不得对已完钢拱肋及临时索产生影响，施工难度大。

●预制中横梁起吊重量为60.5T。

中横梁面标高为15.444m，河面最高通航标高3.5m，吊装标高约12m。

T型中横梁共32根。

中横梁安装时工况复杂。

一是根据设计蓝图，中横梁与纵梁间有湿接头连接，故中横梁安装时无搁置点，必须设置临时搁置点；二是吊河岸边四根中横梁时，钢拱肋及风撑已安装到位；三是安装中间8根中横梁受河道及已经安装完成的中横梁限制无法用浮吊在桥下安装完成；四是同时西幅桥梁西侧10m有一混凝土桥梁。

因此，T型中横梁安装时工难度大。

3施工工艺流程经过研究和分析，针对本工程工期紧张、以及考虑到施工成本的问题，我们采用浮吊整片拱肋一次安装就位，然后进行纵梁和横梁的安装的先拱后梁、先纵梁后横梁的无支架施工方法步骤一、1.主桥桥墩钻孔桩、承台、立柱施工；2.主桥桥墩拱脚及端横梁处支架搭设，拱脚及端横梁混凝土结构施工；3.拱脚及端横梁混凝土达到设计强度后，张拉端横梁预应力钢束。

步骤二、1.预制钢拱肋验收并出厂，分段运至施工现场2.施工现场钢管拱肋拼装成型，采用浮吊双机抬吊依次吊装就位；3.钢拱肋拱脚处的连接处理；4.两榀钢管拱肋之间的七道风撑的连接；步骤三、1.安置系梁内的上缘四根钢绞线，外套塑料加劲波纹管作为施工的临时水平拉索；2.由拱脚向钢管拱肋内泵送微膨胀混凝土；3.同时调整水平拉索，严格控制拱脚的水平位移在设计范围之内；4.钢拱肋内混凝土达到设计强度后，安装吊杆。

步骤四、1.预制系梁节段采用驳船运输至桥下；2.采用浮吊单机吊装系梁预制段；3.吊装预制系梁节段时，同步调整水平钢索的拉力，控制其水平位移。

步骤五、1.系梁预制节段间的混凝土湿接头现浇施工；2.混凝土达到设计强度后，张拉系梁内的预应力钢束；步骤六：1.中横梁采用驳船运输至桥下；2.中横梁采用浮吊单机吊装就位并临时固定，3.现浇中横梁与系梁间的混凝土湿接头现浇施工；4.混凝土达到设计强度后，张拉中横梁内的预应力钢束。

5.中横梁间的桥面补缺板结构施工；6.中横梁桥面板预应力张拉施工；7.调整吊杆内力，控制桥面结构线形达到竖曲线要求；步骤七：桥面系的施工，并拆除拱脚处的支架。

4主要施工工艺及方法4.1钢拱肋安装4.1.1简述对于这样一个超长、超细、超重、超高钢结构构件的预制且从预制工厂安全稳妥运至施工现场，并能满足吊装工况是本工程需要解决的关键技术之一。

经过反复研究并且借鉴了以往类似工程的经验，钢拱肋在工厂内预制完成后分三节用运输车运至现场附近空旷场地并拼装完毕（施工现场无拼装场地），利用拱肋的自身浮力用拖船浮运拖至安装现场。

根据钢拱肋起吊高度和起吊重量采用了80t、110t两台浮吊两点吊装就位。

4.1.2工艺流程工厂预制分三段运输至拼装场地（距施工现场800m蕴藻浜岸边的空地）→在拼装场地上设置胎架将三段钢拱肋拼装成型→将钢拱肋两端封闭，并进行气密性试验，保证其不漏水→用浮吊将其吊入水中，用拖船将其拖至施工现场→利用两台浮吊将其吊装就位，顺序为由西向东依次吊装→利用缆风绳临时固定钢拱肋，并调整其垂直度→与拱脚电焊连接，并吊装下一片钢拱肋4.1.3施工要点1.钢管拱在工厂内预制后分三段运至现场，由于现场场地的限制，拼装场地选在离施工现场近800m的蕴藻浜岸边空地上。

拼装时将钢管拱两头封闭，并做好水密性试验，然后将其吊入河中，利用其自身浮力并用拖船将其拖至起吊现场。

2.由于桥位西边4m处有一座旧桥，浮吊只能停靠在桥位东边工作。

考虑到施工方便，拱肋安装按照横桥向从西到东顺序依次进行。

3.浮吊停靠在桥位东北侧河岸边，浮吊通过前后四根锚固于河岸地垄的钢丝绳临时固定，启动浮吊上的卷扬机牵引钢丝绳可以控制浮吊的移动方位。

浮吊吊钩钩住拱肋吊点钢丝绳，缓慢起吊，拱肋吊在空中时，浮吊依靠钢丝绳牵引缓慢转身，使其正面朝向桥位西侧，然后再启动移位装置，浮吊朝着桥位西边缓慢移动。

在拱肋靠近拱脚正上方约50cm时，待浮吊稳定后，将拱肋缓慢下放，此时利用拱肋上的绳索通过1T手拉葫芦缓慢牵引拱肋靠近拱脚，直到拱肋缓慢插入拱脚，并顶住拱脚。

拱肋一端插入后，另一端再采用同一方法插入。

4.浮吊扒杆放松，拱肋两端均顶住拱脚。

拱肋两端插入后，拱肋三分点处四根与拱轴线大约成45º的缆风绳分两侧拉紧，缆风绳采用Φ21.5mm钢丝绳，用3T手拉葫芦进行收紧。

5.拱肋初步定位后，对拱肋进行垂直度、拱肋轴线的贯通测量，确保吊装过程中拱轴线不会出现偏差。

如有偏差，应通过缆风绳调整。

拱肋经调整达到设计要求后，进行拱脚处连接钢板的焊接。

图4：钢拱肋安装图图5：钢拱肋运输图4.2混凝土顶升4.2.1简述钢拱肋吊装完毕后，拱顶标高32.515m，混凝土泵送地面标高约4.5m，混凝土泵送标高达到28m，钢拱肋混凝土拱桥的混凝土施工工艺设计多采用混凝土泵送顶升方法，属于免振捣施工范畴，特殊的施工工艺对钢拱肋对泵送混凝土级配确定、泵送机械的选择及钢拱肋灌浆孔及出气孔的设置提出了特殊的要求。

4.2.2工艺流程钢管拱的预制及吊装→钢管拱脚手架的搭设→设置排气孔和灌浆孔及分仓板→砼输送泵及泵管安装就位→清除管内污物→湿润内壁→安装压注头和阀门→压注管内砼→从拱顶排气孔中排除相同的混凝土→关闭压注口阀门→砼强度达到50%后拆除闸阀完成灌注。

4.2.3施工要点1.钢管混凝土管内混凝土采用微膨胀商品混凝土，强度等级采用C50，混凝土配合比经过专业厂家配制，并经过设计认可后才可使用。

在混凝土填充施工中，为了便于浇筑，要求混凝土坍落度大（控制在22cm左右），和易性好，且不泌水不离析；缓凝时间要求达到8-10小时；同时为充分发挥钢管套箍作用，要求混凝土的收缩率小，填充饱满。

因此，为满足混凝土强度和坍落度、和易性要求，在混凝土中添加减水剂,以降低用水量，减小水灰比，增大混凝土流动性，提高混凝土强度和耐久性。

另外，钢管混凝土的填充程度对钢管极限承载力影响很大，为保证管内混凝土的密实性，减小混凝土收缩系数和孔隙率，在混凝土中添加适量的膨胀剂，膨胀系数控制在0.1×10－3～0.2×10－3。

为改善混凝土性能，降低干缩变形和水化热，减少水泥用量，在混凝土中还添加适量的粉煤灰。

2.混凝土输送管应避免转弯角度过小及弯头过多。

输送管支撑架要求稳定。

在泵管对接前，应仔细检查管内壁是否清洁，结构和密封圈是否完好，以确保不会在泵送过程中发生堵塞、爆裂和泄露现象。

对接好后，对输送管要逐节检查，以确保管节接口严密，杜绝混凝土顶升过程中发生脱管现象。

另外，为防止意外发生，在现场配备同样长度数量的泵管、弯头和密封圈一套作为备用，对备用管道的更换要先行试验，熟练掌握。

3.混凝土输送泵的选择混凝土输送泵的额定速度应v>1.2Q/t 。

其中Q 为要灌注的混凝土量，t 为混凝土终凝时间。

由于混凝土顶升不得中断要求，在混凝土顶升时配备备用混凝土输送泵。

混凝土输送泵压力：pa=1.2[p 工程+γ（h+hm+hf ）]＝3mpap 工程为工程大气压γ要顶升的为混凝土容重h 为混凝土输送泵和最高顶升面的高差hm 为局部水头损失hm=ζv 2/2g ζ为局部阻力系数hf 为沿程水头损失hf=λ（l/d ）v 2/2g λ为沿程阻力系数选择HBT60A 固定泵，其最小出口压力为4.8 mpa ，最大出口压力为9.5 mpa 。