钢管拱桥施工质量控制浅见

钢管砼拱桥施工质量控制浅见【摘要】文章对施工实践中的钢管混凝土拱桥的施工步骤与方法等方面进行了总结，剖析施工中可能存在的问题，并针对性地提出了相应处理方法，详细阐述了实践施工中的有效防治对策和质量控制措施。

【关键词】钢管混凝土系杆拱桥施工技术质量控制最近几年来，钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点，被广泛应用于公路桥梁工程。

但该桥型技术复杂，施工技术难度大，已经暴露和潜在的问题还很多。

通过施工实践南通通州区金余大桥、南水北调泰州卤汀河港口大桥两座跨径85米以上的大跨度钢管系杆拱桥，总结了一些施工质量控制浅见，以供同行参考。

1施工方案的选择一般在施工设计图纸上都有大致的施工要求，钢管混凝土拱桥的整个施工过程大致可划分为六个阶段：第一阶段是钢管拱桥墩及砼系杆、拱脚施工；第二阶段是钢管拱肋厂内制作；第三阶段是架设空钢管拱段形成裸拱(即拱肋骨架)；第四阶段是往空钢管拱内压注混凝土形成钢管混凝土拱；第五阶段是桥面系道板的安装施工；第六阶段系杆拱预应力施工，其中第六阶段预应力施工贯穿整个系杆施工的全过程是个逐步完善的关键施工步骤。

一般钢管拱肋的架设可以根据不同的施工条件采用不同的施工方法，主要有满堂或少支架施工法、缆索吊装法、平转法、竖转法，或几种方法综合应用(如少支架施工、平转与竖转结合等)如图1所示。

图1 钢管混凝土拱桥主要施工方法简图目前公司均采用先梁后拱支架法施工，金余大桥砼系杆现浇是采用满堂支架，拱肋安装采用少支架综合法，优点是系杆轴线控制好，吊索位置精确，桥梁的整体性好，缺点是支架费用高，施工技术难度大。

港口大桥系杆采用预制吊装结构，拱脚端横梁支架现浇，拱肋安装采用少支架综合法，优点是系杆施工及主桥施工工期短、平、快，桥的拱脚横梁框架体系的整体性好，支架使用少，费用低。

缺点是安装要求高，系杆和拱肋上下吊索位置精确控制难。

2施工支架体系质量控制水上作业的系杆拱桥支承系统宜采用钢管桩和贝雷桁架，这样的支架体系，结构稳定，搭拆方便，金余大桥系杆现浇，采用水上钢管桩支撑，大跨度跨河纵向贝雷综合支架体系，港口桥系杆安装直接采用的水上钢管桩支撑，拱脚是贝雷墩和钢管桩基础相结合，内横梁悬挂支架体系。

此处控制的难点是，贝雷搭设加固因为目前市场上材料混乱，标准件加工的尺寸都有偏差，导致各个节点连接不是太好需要额外进行型钢加固，并在支架预压上加载比较困难。

虽然支架承重能力大，但支架可堆载截面小，我们采用水箱加载与钢管桩静载试验相结合办法，检查支架的整体强度和刚度稳定性。

2.1预压目的检验支架及地基的强度及稳定性，消除整个支架的塑性变形，消除地基的沉降变形，测量出支架的弹性变形。

2.2预压材料用编织袋装砂土或者搭设水箱进行注水对支架进行预压，预压总荷载为梁体、钢管拱自重的120%。

2.3预压范围系梁底全长、全宽范围。

2.4测点布置在每一节段梁底长度范围内，顺桥向每个断面按3个点布设，其具体位置顺桥向两端部吊杆位置，设置一个观测断面，其余部分每10米设置一个观测断面。

2.5预压方法①首先对搭设的预压水箱进行计算，加载的水要能满足预压总荷载的要求及支架强度要求。

②在水袋上画好加载刻度线。

③加压50%，进行沉降观测。

④加压80%，进行沉降观测。

⑤加压100%，持续3天进行沉降观测。

静压5d(120h)以上及达到沉降稳定状态2d(48h)以上，沉降稳定标准：24h沉降不超过1mm。

3拱肋制作的质量控制钢管拱肋采用工厂室内制作，工厂预拼合格后经监理和业主联合第三方完成检测方可进场安装。

放样，钢管拱肋拼装台座（或胎架）应至少满足拱脚预埋段、中段和拱顶各一段的拱助按1:1的比例放大样的要求。

胎架支承在厂区加工车间内，胎架自身应牢靠稳定、不变形。

拼接平台应先进行测平；测点间距不宜大于1m，标高容许偏差为±2mm；胎架表面应定期监测调整。

拼装前应清理组拼胎架表面，胎架上应画出拱肋外包线、轴线、水平线、检查线等必要的标记。

为保证各步施工方案和施工工艺都能满足设计要求，达到规定的误差精度，在拱肋钢管吊装接头处可以考虑加放一定的余量，该余量在节段组装时保留，再在分段计算长度处做出工作线。

此外，考虑节段组装时，腹板焊接将使各拱肋节段上下管的距离受到影响，可沿径向线方向加放5mm作为焊接补偿，以保证设计几何尺寸。

拱肋轴线采用分段直线代替曲线时，每节直管的长度可以根据卷管长度、拱助长及计算简化图式而具体确定。

（为避免分段直线代替曲线产生较大的受力误差，已分段直线代替曲线相邻关节长度不应过于悬殊）。

4拱肋安装的质量控制4.1预拼装控制施工中为了减少空中对焊精确对位的工作量和施工难度，预拼成形的安装阶段必须作对接口得地面预接和必要的技术处理。

为此，预拼现场每组台座上的两节钢管拱要在起吊前进行预接整圆，相互对应着设置夹具和记号，使接口端面钢管圆环的对接错位误差控制在±1mm 内。

起吊时，相邻节段解体后先吊走安装阶段，再将后安装节段位移到已经吊走节段的原胎架位置上，在进行新一节的预拼。

钢管拱助的组拼可采用双层侧卧法。

钢管拱助的上下弦管、缀板、加劲钢板等必须按1:1的比例进行放样。

放样坐标必须准确，误差不得超过2mm。

钢管管节组拼拱肋时，在焊接前，对小直径钢管可采用点焊定位；对大直径钢管可另用附加钢筋焊于钢管外壁，做临时固定联焊。

固定的距离宜采取300mm左右，但不得少于3点。

钢管对接焊接程中如发现点焊定位处焊缝出现微裂缝，其微裂缝必须全部铲除，重新补焊；组装时要考虑到焊接的可能性，以确定采取一次组装或多次组装，凡需进行多次组装时应对前一次的焊接变形进行整合，合格后再进行下一次组装。

拱肋一面焊接完后，须翻身焊接另一面。

翻身过程中须正确设置吊点和严格按设计方案要求进行翻身。

拱肋不得就地掀起竖立，必须将全片拱肋水平吊起后，在悬空翻身竖立。

钢管构件在承受较大横向荷载的部位应采取适当的加强措施，防止产生过大的局部变形。

构件的主要受力部位应避免开孔，如须开孔，应采取适当的补强措施。

重要的受力肢管，为确保连接处的焊接质量，可在管内解封处增加附加衬管。

衬管可采用宽为20mm、厚度为3mm的钢板，与管内壁保持0.5mm的膨胀间隙，以确保焊缝根部的质量。

两端钢拱肋的接头部位安装要同时进行，并上紧螺栓试拼，以保证大段吊装顺利连接合拢。

拱肋上的吊杆孔应准确铅垂，锚垫板与吊杆孔应垂直且平整，表面应铲平。

4.2现场安装控制①在安装平台顶部设有调整装置千斤顶，并采用在拱段之间的内法兰盘接头处抄垫钢板的方法，来实现拱段接头标高的调整。

②设置临时横撑固定拱肋。

每架设一节拱肋，就利用钢管拱的横联钢管临时焊接固定上下游拱肋，特别是在合拢段基肋端一定要设置临时支撑。

③在焊接拱肋接头外包板时，对称布置的焊缝，采用成双焊工对称施焊，可使各焊缝所引起的变形相抵消；非对称焊缝，先焊缝少的一侧，可使先焊的焊缝变形部分抵消。

5预应力施工的质量控制5.1预防波纹管堵塞利用卷扬机抽动半硬性塑料管法，可从根本上解决波纹管堵塞问题。

①波纹管固定后，将半硬性塑料管穿入波纹管内，其外径小于波纹管内径8~10mm，长度大于波纹管长4~6m。

②指派专人，在浇筑混凝土过程中不停抽动塑料管至混凝土浇筑完毕。

③抽出塑料管，清除其表面灰浆，擦净备用。

5.2系杆张拉控制一般施工过程有3-4次加载，系杆要有3次以上张拉。

张拉原则是：在施工过程中系杆不出现拉应力。

按照设计要求第一批预应力钢束张拉必须在系梁混凝土全部浇注完成，混凝土达到设计强度的90%以上且龄期不小于14天后方可进行张拉。

张拉时纵向、横向预应力钢束均两端对称张拉，且纵向预应力筋要在横向预应力张拉完成后进行。

预应力钢束张拉时，采用应力应变双控制，以张拉力控制为主，伸长量测定为辅。

每束钢绞线张拉顺序：0→20%σcon（控制应力，测延伸量）→100%σcon（测延伸量，持荷5分钟）→100%σcon锚固（初应力值作延伸量的示记）。

预应力束张拉的伸长量误差控制在6%以内，测定伸长量时扣除非弹性变形引起的伸长值，对同一张拉截面断丝率不得大于1% ，在任何情况下不允许钢铰线整根拉断。

5.3吊杆张拉控制严格按设计图纸规定的张拉次序和监控单位张拉应力指令施工，张拉设备应配套校验。

吊杆张拉时必须和监控单位保持密切联系，每次张拉的索力要经过监控单位复核，检查。

对于刚架系杆拱，系杆拉力用来平衡拱脚之推力，是拱桥的重要构件。

为保证拱肋内力分布处于最佳状态，系杆拉力应满足各个阶段的设计要求。

系杆应力的控制可与桥墩顶或拱脚水平位移的控制相结合。

吊杆是将拱肋与系梁连成整体结构的重要连接构件，施工中通过张拉吊杆来调整拱肋与系梁的受力和系梁的标高。

因此，吊杆张拉应力的控制就成了必要。

吊杆的应力控制除通过应变计测试外，还可以通过测吊杆的振动频率求得，这些张拉时的数据均可由监控单位提供，我们应在施工时结合施工图纸设计要求，严格执行监控指令进行质量控制。

6拱肋砼的压注质量控制6.1拱肋混凝土配制高性能微膨胀混凝土配合比委托试验室试配。

水泥采用52.5级低碱性水泥，粗骨料严格控制含泥量、强度、弹性模量和粒径≤30mm。

细骨料采用干净的河砂，细度模数2.6-3.1的中砂为宜；粉煤灰采用一级粉煤灰，膨胀剂采用UEA膨胀剂，减水剂采用FDN高效减水剂。

6.2拱肋混凝土浇筑采用拱脚向拱顶泵送顶升法施工。

泵送混凝土时两边泵送速度应加强协调，尽量对称顶升，特别是接近拱顶时，注意设置位能孔和顶端分隔仓，要注意避免一边上升过快越过拱顶，引起钢管骨架的纵向移动。

同一片拱肋中，第一批灌注的拱肋混凝土强度达到80％后方能进行第二批混凝土的灌注。

拱肋混凝土浇筑次序：先下弦，后上弦，再中腹板。

由于施工工艺和混凝土收缩，混凝土总是无法完全充满钢管，使得“紧箍效应”无法实现，混凝土达不到三轴压缩的理想效果。

可以采用以下两种方法防治该问题。

①预防。

微膨胀混凝土随着龄期增长，混凝土的收缩仍然不可避免，为防止这类问题发生，在混凝土配合比设计时，在添加UEF微膨胀剂的同时增添“聚丙烯腈纤维”。

②处置。

待混凝土大于28d龄期后，用小锤对拱肋进行全面敲击检查，发现空隙，则确定准确位置，钻孔并压注环氧树脂水泥浆进行补救。

7拱脚混凝土空洞预防控制拱肋与系杆节点——拱脚之钢筋构造纵横交错、交叉重叠，混凝土浇筑困难，振捣棒无法正常工作，混凝土密实成了问题。

一般采用刚度较大的钢模，浇筑混凝土时，在侧面模板预留振捣孔，先用一钢型扁铲(其宽度≥振捣棒直径)在振捣棒插入处，临时将钢筋间距拨宽，至振捣棒顺利插入、正常振捣为止，可确保混凝土振捣密实；待振捣棒拔出后，再复位振捣孔处钢筋、封堵拱脚侧面的临时洞口模板板。

临时预留孔，一方面有助于被拨动的钢筋恢复原来位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助于混凝土密实、均匀。