通航河道大跨度无支架钢管拱桥施工技术.pdf

通航河道大跨度无支架钢管拱桥施工技术仲维玲（中铁二十局集团有限公司西安７１００１６）・桥涵工程・摘要介绍通航河道大跨度无支架钢管拱桥施工技术，包括拱肋、劲性骨架的拼装和整体吊装技术、拱肋混凝土的压注技术、系杆混凝土施工技术、中横梁施工技术以及整个施工过程中拱肋线形的控制技术，可对同类施工提供借鉴。关键词通航河道大跨度无支架钢管拱桥中图分类号Ｕ４４５．４文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１４）０２００２７０５ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＬａｒｇｅＳｐａｎＳｕｐｐｏｒｔｌｅｓｓＳｔｅｅｌＰｉｐｅＡｒｃｈＢｒｉｄｇｅｏｖｅｒＮａｖｉｇａｂｌｅＲｉｖｅｒＺｈｏｎｇＷｅｉｌｉｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ２０ｍＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ’Ｃｏ．ｈｄ．，Ｘｉａｎ７１００１６，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｌａｒｇｅｓｐａｎｓｕｐｐｏｒｔｌｅｓｓｓｔｅｅｌｐｉｐｅａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｏｖｅｒｎａｖｉｇａｂｌｅｒｉｖｅｒｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅａｒｃｈｒｉｂｓ，ｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙａｎｄｏｖｅｒａｌｌｈｏｉｓｔｉｎｇｏｆｓｔｉｆｆｓｋｅｌｅｔｏｎ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｃｒｅｔｅｐｏｕｒｉｎｇｏｆａｒｃｈｒｉｂ，ｔｉｅｂａｒｃｏｎｃｒｅｔｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｍｉｄｄｌｅｂｅａｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｃｕｒｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｉｄｄｌｅａｒｃｈｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｖｉｇａｂｌｅｒｉｖｅｒ；ｌａｒｇｅｓｐａｎ；ｓｕｐｐｅｒｔｌｅｓｓ；ｓｔｅｅｌｐｉｐｅａｒｃｈｂｒｉｄｇｅ１引言农大桥主桥采用无支架钢管拱桥施工方案。申张线一张家港复线船闸桥梁项目新建工农大桥为申张线航道五改三等级提高扩建桥梁，同时也是张家港市港区规划道路的一部分。申张线航道为连通长江至上海的主要航道，每天水上交通繁忙，由于申张线航道五改三等级提高，原有工农桥无法满足提升后航道通航要求，结合地方路网规划，进行移位至航道三叉口处重建；按照常规方案采用支架法先梁后拱进行钢管拱桥施工，需在航道上设置通航孔，航道内支架搭设对过往船舶及施工支墩均存在安全隐患，且施工周期较长，无法保证总体工期要求。通过安全技术比选，工２工程概况工农大桥主桥设计为无支架钢管拱桥施工，与申张线主航道呈正交。主桥采用钢管混凝土系杆拱桥，刚性系杆刚性拱，刚性吊杆。计算跨径￡＝１００ｍ，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为１／５，矢高２０ｍ。拱肋采用哑铃型钢管混凝土结构，每个钢管外径９０ｃｍ，拱肋高为２２０ｃｍ，钢管壁厚１．４ｃｍ，缀板壁厚为１．６ｃｍ，钢管内及腹腔内充Ｃ４０微膨胀混凝土。系杆采用箱形断面，高为２２０ｃｍ，宽为１３０ｃｍ，壁厚３０ｃｍ。吊杆采用ＯＶＭＬＺＭ７－５５（Ｋ）Ｉ型拱桥专用吊杆。—收稿日期：２０１３０９一ｌＯ铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４｛２）万方数据・桥涵工程・３无支架施工技术３．１拱肋、劲性骨架现场安装３．１．１总体安装流程图总体安装流程见图１。３．１．２拱肋、劲性骨架基础布置—陆地支架上拱肋和劲性骨架的拼装，采用２５５０ｔ汽车吊进行分段拼装、装配焊接。该工程陆地施工安装由下而上、由两侧到中间进行，先下部系杆劲性骨架的装配焊接施工，焊接固定后，再进行双钢管哑铃拱肋分段安装焊接。待系杆和拱肋安装焊接结束，分阶段验收合格后再进行下道工序的施工，即吊杆和吊索的安装、系杆钢筋和波纹管的安装等施工。陆地支架作业区放线●陆地支架基础处理●搭设劲性骨架支架Ｉ测放劲性骨架安装位置轴线●拱肋、劲性骨架节段运至现场●拼装、焊接劲性骨架成型Ｉ搭设拱肋格构式支架Ｉ测放拱肋安装位置轴线●拼装、焊接拱肋成型●测量、安装吊杆钢管●安装吊杆、波纹管、芯模、系杆钢筋、系杆吊模●整片拱肋、劲性骨架高程、轴线复测●★ｌＩ艮ｔｌｂ厶ｔｌ两台湮吊Ｉｌ雹－【）Ｌ。ｉ佾ｌ复测支座ｌ船就位Ｉ安装轴线单片拱肋、劲性骨架整体吊装、定位Ｉ安装、焊接一字撑和临时横梁图１总体安装流程根据拱肋和劲性骨架节段划分，ｌ临时支架分为两种，一种为劲性骨架分段支架，一种为拱肋节段支架。劲性骨架支架采用型钢直接焊接拼装而成，双钢管拱肋支架以钢管格构柱支架为主。陆地支架基础为长方形独立式钢筋混凝土基础。两种组合支架基础为６．０ｍ×３．０ｍｘ０．４ｍ钢筋混凝土独立基础（见图２）。地基承载力验算过程中，从安全角度考虑，按黏土计算。黏聚力为５９．６ｋＰａ，内摩擦角为１５．６０，承载力２６０ｋＰａ，支架基础地基承载力计算过程如下所述。一业！一誊四圆图２支架基础平面（单位：ｃｍ）３．１．３支架受力分析（１）拱肋重量，未成型前全部由拱肋支架承受，后传至支架基础及拱脚段；（２）系杆劲性骨架结构重量，未安装吊杆前，全部由系杆地面支架支承或拱肋支架基础支承；（３）吊杆、吊索重量由拱肋传递至拱肋支架基础；（４）系杆劲性骨架内钢筋、波纹管、外侧模板等重量，全部由劲性骨架支承。单片钢管拱肋重量１０６．３ｔ，单侧吊杆锚具等重量２４ｔ，系杆骨架重量４８．２ｔ，模板系统、钢筋、波纹管等重４７．６ｔ，单片系杆拱重量２２６．１ｔ左右。以单钢管格构柱承受两大节段１９．８６１ｍ和１７．８５２ｍ为单元，该支架需承受６０ｔ的荷载（含钢管支架自重）。混凝土独立基础自重：６．０Ｘ３．０ｘ０．４×２．４ｔ／ｍ３＝１７．２８ｔ地基承载力计算：Ⅳ（６０＋１７．２８）×１０——盯２百２百矿疋赢厂一２４２．９ｋＮ／ｍ２＜２６０ｋＮ／ｍ２式中，ｏｒ为地基承载力；Ｊ７、ｒ为作用于基底合力的竖向分力；Ａ为基础底面面积。故地基承载力满足要求。铁道建翁技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯ￡－ＯＧＹ２０１４ｆ２Ｊ万方数据・桥涵工程・３．１．４拱肋、劲性骨架陆地上拼装劲性骨架支架搭设完成后，即可进行系杆劲性骨架的安装。安装时根据制作的分段长度和宽度，以及分段的重量，合理地选用起吊安装设备和索具。劲性骨架安装完成后，即可进行拱肋格构式支架的搭设。安装拱肋时，首先安装拱脚处拱肋节段，后依次由两端向中间安装，最后安装中间合龙段拼装完成见图３、图３拱肋和劲性骨架拼装完成（单位：ｍｍ）图４浮吊船参数（单位：ｍｍ）２０８３２２０９９８Ｒ６００２０９ｑＨ！ｃ１８３２３・１・５陆地拼装与桥梁下部结构同时施工图；吊点夏置位置ｉ单位：ｍ二）４１００ｍ，故拼装施工过程中桥梁下部结构可同步进行根据专家意见考虑吊装时双浮吊不平衡系数，施工，缩短了施工周期。取值不平衡系数１・２，即单台浮吊吊装重量为：３．２单片拱肋、劲性骨架整体吊装２２６・１／２×１・２＝１３５・７ｔ，单台浮吊的荷载率：１３５・７／３．２．１整体吊装１，ｕ２９ｕ・４％。将陆地支架上拼装好的拱肋、劲性骨架，采用３・３拱肋混凝土的压注技术两台１５０ｔ浮吊为主要起吊设备，双机抬吊单片拱肋拱肋内填充Ｃ４０微膨胀混凝土，采用两端泵送和系杆劲性骨架，然后精确定位。同时顶升的施工方案压注钢管拱肋内混凝土。拱肋吊装具体流程：单片拱肋整体安装技术交钢管拱肋混凝土除要求强度满足设计要求的力底＿安装支座及滑道＿弹出系杆拱脚段边线和中学性能外，还要具备良好的和易性、可泵送性、一定程心线＿吊杆成品索初张拉１０％控制应力＿两台浮度的自密实性以及微膨胀性（内掺ＵＥＡ混凝土膨胀吊就位＿安装吊索钢丝绳和缆风绳＿＋解除部分连剂）。本工程混凝土内掺复合型混凝土添加剂，具有接加固型钢支撑＿起吊第一片整体系杆拱肋结构保证混凝土的泵送性、微膨胀｜生和低坍损性能。＿拱肋定位＿测量精调位置和垂直度＿监理验收拱肋混凝土的配合比通过试验确定，应满足以后用型钢连接固定拱脚段，拱肋缆风拉紧固定一解下技术参数要求：钩脱卸起重吊索＿÷同样方法安装第二片拱肋一焊（１）混凝土２８ｄ强度应达到Ｃ４０要求，且具有接顶部一字撑＿焊接临时横梁＿进行下道工序微膨胀性，膨胀率满足设计要求；施工。（２）混凝土的初凝时间应大于１０ｈ，坍落度损３．２．２吊装索具强度计算与拱肋吊装的相关参数失３ｈ小于２０ｍｍ；１５０ｔ浮吊船参数为吊主臂长度４６ｍ，起吊高度（３）为满足混凝土可泵送性要求，粗集料的最４０ｍ（含钢丝绳），单片拱肋自重２２６．１ｔ，单台浮吊大粒径不大于２５ｍｍ，坍落度控制在１８－２２ｃｍ。船荷载率７５．４％，具体参数见图４，吊点位置见３．４系杆混凝土的浇筑技术图５。在无支架施工方案中，系杆采用吊模法进行混铁道建笳技术ＲＡ儿ＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４ｆ２Ｊ２９万方数据・桥涵工程・凝土的浇筑，实现了拱桥系梁无支架施工，避免了通航影响，吊架布置形式见图６。图６系杆断面（单位：ｃｍ）３．４．１系杆吊架验算３．４．１．１混凝土重量（取１．１ｍ长度）Ｇ＝ｍｇ＝（２．２ｘＩ．３×—Ｉ．ＩＩ．６×０．７ＸＩ．Ｉ＋０．１２Ｘ２×Ｉ．Ｉ）×２．４×１０＝４６．４６ｋＮ３．４．１．２方木强度验算１０ｃｍｘ１５ｃｍ方木横桥向中心间距４０ｃｍ，系杆宽度范围内共设置４根，受力按均布荷载计算，见图７。图７方木受力简图（Ｉ）方木承受均布荷载计算口＝Ｇ／４ＸＩ．Ｉ＝４６．３６／４Ｘ１．１＝１２．８ｋＮ／ｍ（２）方木抗弯强度验算Ｍ＝１／８ｑｌ。＝１／８×１２．８×１０００×１．１２＝ｌ９３６Ｎ・Ｉｎ形＝ｌ／６ｂｈ２＝１／６Ｘ１００×１５０２＝３７５０００ｍｍ。，＝１／１２ｂｈ３＝１／１２×１００Ｘ１５０３＝２８１２５０００ｍｍ４ｏｒ＝彬肜＝１９３６×１０００／３７５０００＝５．１６Ｎ／ｍｍ２＜１０Ｎ／ｍｍ２故方木抗弯强度满足要求。（３）方木挠度验算３０ｆ＝５ｑ１４／３８４ＥＩ＝５×１２．８Ｘ１１００４／（３８４×１００００Ｘ２８１２５０００）＝０．８７ｍｍ＜Ｌ／４００＝１１００／４００＝２．７５ｍｍ故方木挠度满足要求。３．４．１．３双拼１６ａ＃热￥Ｌ槽钢抗弯强度验算双拼１６ａ删曹钢受力情况见图８。１２．８斟２５．６１０叮２５．６ｌｄ呵２３．２４ｌｄｑ２３．２４蝌图８双拼热轧槽钢受力简图（单位：ｃｍ）Ｍ＝（２５．６×—１．１１２．８×０．６一１２．８×０．２）／２＝８．９６ｋＮ・ｉｎ形＝１０８．３ｃｍ３盯＝彬形＝８．９６Ｘ１０６／（１０８．３Ｘ’１０）＝８３．１Ｎ／ｍｍ２＜２１５Ｎ／ｍｍ２故双拼１６ａ＃热轧槽钢抗弯强度满足要求。３．４．１．４拉杆强度验算每片双拼槽钢与系杆顶面槽钢用２根，１，２５精轧螺纹钢相连，计算过程如下：盯＝Ｆ／Ｓ＝２５．６×１０３／５２２．２＝４９．０Ｎ／ｍｍ２＜８３０Ｎ／ｒａｍ２故拉杆强度满足要求。３．４．２中横梁施工技术中横梁采用在预制场集中预制，利用浇筑好的系杆设置吊架，浮吊船吊装安装的施工工艺，中横梁吊架布置形式见图９。ｍ２５精轧螺纹钢图９中横梁吊架系统设计图铁谨建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４（２》万方数据・桥涵工程・３．４．３中横梁吊架验算３．４．３．１双拼工宇钢验算反吊支架下横梁按双拼２０＃Ｉ字钢进行验算，工字钢受力情况如图１０所示。图１０双拼工字钢受力简图中横梁自重：Ｇ＝１８３．６ｋＮ双拼２０＃Ｉ字钢最大弯矩：Ｍ＝１８３．６／４ｘ０．４５＝２０．６６ｋＮ・ｍ单根２０＃Ｉ字钢截面系数：Ｗ＝２３７ｅｍ３单根２嘴工字钢在荷载作用下的应力：盯＝Ｍ／Ｗ＝２０．６６×１０００／（２ｘ２３７）＝４３．６Ｎ／ｍｍ２＜２１０Ｎ／ｍｍ２故双拼２０＃工字钢强度满足要求。３．４．３．２反吊支架拉杆强度验算拉杆选用＋２５精轧螺纹钢（ＰｓＢ８３０），则工过程中，随时对测点进行监控测量，确保了成桥线型满足设计和规范要求。图１１拱脚限位钢板设置锚万方数据