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郑州黄河二桥钢管混凝土拱施工方案

郑州黄河二桥钢管混凝土拱施工

摘　要:郑州黄河二桥主桥为8×100m钢管混凝土简支系杆拱桥,位于黄河中游宽阔游荡性河段上。施工中采用了双线施工栈桥加跨墩龙门吊机的施工方案。着重介绍钢管拱的制造、安装方法以及施工中的控制重点。

关键词:钢管混凝土结构;拱桥;桥梁施工

2房屋高层悬挑脚手架专项施工方案模板（图文，带计算）京珠国道主干线郑州黄河特大桥全长9848.16m,双向8车道。其中主桥为8×100m下承式简支系杆拱桥。主桥上部结构为上、下行分离的两幅桥,每幅桥宽24.38m,由钢管混凝土拱、吊杆、拱座、系杆梁、端横梁、中横梁、桥面板几部分组成,见图1。

系杆梁为预应力钢筋混凝土结构,采用分段预制、吊装上桥、现浇湿接缝的方法施工;端横梁与拱座为现浇预应力钢筋混凝土结构;中横梁为预制预应力钢筋混凝土结构,与系杆梁通过现浇湿接缝连接。拱座、系杆梁、端横梁、中横梁相互之间刚性连接,形成整体框架结构。

每跨每幅钢管拱由2片拱肋和1道一字撑,2道K字撑组成。单片拱肋由2根<1000×16的钢管和腹板组成高2.4m的哑铃形断面结构。拱肋矢跨比为1/4.5,矢高21.222m,拱轴线为m=1.347的悬链线。拱肋内填充C50混凝土。

本桥主桥位于黄河主河槽。历史上,黄河主流摆动频繁,摆幅较大,很不稳定,时而沙滩浅露,时而水流湍急,冲刷剧烈,造成了黄河“有水不能行舟,无水不能行车”的特点。

针对黄河的水文特点,施工前期进行了多种施工方案的比选,最终确定了“双线施工栈桥加跨墩龙门吊机”的总体实施方案,即在黄河主河槽上架设施工栈桥,在施工栈桥上拼装大型跨墩龙门吊机,利用龙门吊机进行大型构件的吊装作业,见图2。根据这一方案,从缩短工期和降低施工难度的目标出发,所有混凝土构件均采用预制吊装的方法施工。钢管拱采用工厂分节制造,现场组拼成段,分段吊装上桥

钢管拱主弦管采用螺旋焊管,本桥钢管拱单元节段在工厂制造,单元节段制造好后在工厂进行平面和立面组拼检查,检查合格后发运至施工现场,再在施工现场将单元节段组拼成吊装节段,最后吊装上桥形成完整拱肋。

根据黄河二桥的施工特点,将单片拱肋划分为拱脚预埋段、中间节段、拱顶节段3部分共5个吊装节段。其中,除拱脚预埋段外,每个吊装节段又分为3个小节段,每段长10～12m,工厂制造,现场组拼。

单元节段划分见图3,拱肋每一个吊装节段之间采用内法兰连接,单元制造节段之间采用临时外法兰连接。

3.2.1　单根主弦管热弯成型螺旋焊管在专业化工厂定制,其分段长度按黄河二桥节段单元划分长度确定。螺旋焊管弯曲成型在中频弯管机上进行,热弯温度控制在850℃左右。本桥通过热弯工艺评定试验,弯管成型后的材料性质没有明显改变,管径误差小于2mm,壁厚误差小于1mm,满足规范要求。热弯成型后的单元部件需放入特制胎具检验,验证成型后的拱轴线与理论轴线是否一致。否则,应采取措施进行校正。

在地面上按1∶1比例绘制出单元节段的坐标图,并在主弦管部件的轴向、径向定位位置以及吊杆孔开孔位置做上标记,然后安装胎架及定位模板。模板精度是保证单元节段组装精度的基础,要求下料、安装定位必须准确。

3.2.3　单元节段装焊

单元节段装焊程序如下:①上弦管部件上胎架,检查其轴线、径向定位线以及吊杆孔位置是否与胎架上的定位标记吻合。检查合格后将其与胎架刚性连接。②下弦管部件上胎架,保证上、下弦管吊杆开孔轴心线处于同一直线上。③安装吊杆索导管、腹腔部件,完成焊接。焊接采用CO2气体保护焊。④安装外侧腹板并焊接,横焊接采用CO2气体保护焊,与上、下弦管连接焊缝采用埋弧自动焊。⑤节段翻转,安装内侧腹板并焊接。

3.2.4　单元节段校正

单元节段焊接完成后,检查线形是否与理论线形相符,否则,采用火工矫正法进行校正。

3.2.5　单元节段标识与存放

单元节段制造完成后,应在端口绘制定位线和检查线,并对单元节段编号。单元节段在专用场地存放,存放地应预留充足的转运通道。

单元节段预拼分为平面预拼与立面预拼。平面预拼的主要目的是检验实际拱轴线是否与理论轴线一致。立面预拼的主要目的是检验横撑与主拱肋连接相贯线位置是否准确。为减少拼装难度,仅拱顶段进行立面预拼。

预拼检验合格的钢管拱单元节段分类存放,根据工地的安装进度运送到指定的安装点。

通过多种安装方案的比选,郑州黄河二桥钢管拱采用双线施工栈桥加跨墩龙门吊机并辅以少量支架的方法安装。钢管拱单元节段制造好后通过公路运输至工地组拼场,在工地组拼场将单元节段装焊成吊装段,再用组拼场龙门吊机将钢管拱吊装段吊装上栈桥装车,然后用轨道运输车将吊装段运送至施工点,最后用跨墩龙门吊机将吊装段吊装上桥安装合龙。

4.1　钢管拱吊装节段组焊

桥头组拼场设6个吊装节段组拼台位。单元节段运送至施工现场后分类存放,施工中根据钢管拱的安装顺序逐段上台位拼焊,形成吊装节段。

为确保拱轴线与理论线形一致,组拼台位地面上事先放出节段控制点坐标,胎架精确抄平。钢管拱单元节段吊上胎架后,对照控制点坐标精确调整钢管拱位置,并将焊口临时固定。在拼接口正式焊接前,要对拱轴线再次进行复核。

4.2　钢管拱吊装合龙

钢管拱分3段吊装合龙,为便于调整拱肋预埋段的预埋偏差,同时考虑拱肋合龙温度变形和制造误差的影响,钢管拱在工厂制造时,拱脚预埋段与拱中段之间预留80mm调整量。拱肋吊装采用“边→中→边”的顺序,合龙口设在任一80mm预留口均可。拱肋合龙锁定温度为10～15℃。合龙口法兰盘采用高强度螺栓连接。法兰盘之间的间隙采用钢内衬套填塞。

钢管拱采用支架法安装。为便于拱肋精度的调整,本桥采用吊挂式支架,见图4。

　　该支架采用万能杆件组拼,支架下端支承在系杆梁上并采用精轧螺纹钢筋与系杆梁固定,支架上端设横向连接系,将3片支架连成整体,以增强横向稳定性。支架顶部设分配梁,分配梁下悬挂10t走4导链滑车组。安装第①吊拱肋时,先用导链将拱肋上口临时悬挂定位,再通过收放导链精确调整拼接口的空间位置,然后锁定下口。安装第②吊拱肋时,先将左侧接口与第①吊拱肋连接,然后调整右侧接口空间位置。用同样的方法安装第③吊拱肋并选择合适温度合龙。拱肋安装合龙后,焊接拼接口嵌补钢管,安装一字撑及K字撑,形成完整拱肋。

拱肋混凝土采用泵送顶推的方法施工。本桥拱肋矢高22m,采用2台大功率的混凝土输送泵从拱脚预留压注口向上平衡顶推,一次顶推到位。拱肋混凝土泵送应遵从平衡、对称的原则进行,并尽可能在短时间内灌注完成。泵送过程中,应注意观测拱轴线的变位情况。

拱肋混凝土灌注完成,混凝土龄期达到28d以后,应检测混凝土的密实情况。密实度检测采用敲击法配合超声波检测。若发现管内混凝土不密实,可钻小孔压注环氧树脂浆液补实。

6.1　拱轴线制造精度的控制

6.1.1　弯管精度控制

单根钢管热弯成型精度的控制是拱肋成型精度控制的基础。在正式弯管前,要进行弯管工艺评定试验。弯管工艺评定需要解决两方面的问题,一是弯管实测曲率与理论曲率是否一致;二是加热后焊缝和母材的热影响区机械性能是否有大的改变。试弯过程中,需要对中频弯管机的加热温度、给进速度、导模板的曲率等进行修正。特别是导模板的曲率,要考虑弯曲的回弹影响。通过热弯工艺评定试验,确定热弯温度控制在850～870℃,拱肋弯曲导模板对中频弯管机中心线的倾斜角度为arctg(6/500)。

热弯后的材料机械性能没有大的改变。

6.1.2　单元节段组拼与焊接精度的控制

单元节段组拼与焊接精度控制的重点是胎架的制造精度,同时,对焊接产生的变形,安装过程中对点的精度也应严格控制。

6.2　焊接质量的控制

螺旋焊管是在自动流水线上生产,焊接质量易于保证。焊接质量控制的重点在钢管拱加工厂和工地。正式开焊前,应根据工厂的设备、人员、采用的焊接材料、焊接工艺等进行焊接工艺评定试验,以此确定适合工厂设备、人员、管理等方面的最佳工艺参数。焊接工艺评定试验的主要项目有强度试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验以及化学成分和金相试验等。本桥根据不同的接头型式和焊接方式,共进行了6种类型的焊接工艺评定试验。

焊接工艺评定试验完成后,应编制焊接工艺规程,依此指导施工。施工过程中,除了严格执行焊接工艺操作规程外,还需要对焊缝的内外质量进行检验。螺旋焊管焊缝要求通过100%超声波和100%

X射线检测。工厂和工地焊缝进行100%超声波检测,10%(并不得少于1个接头)X射线检测。检测不合格的焊缝应返修,同一位置返修次数不得超过2次。

6.3.1　拱脚预埋段埋设精度控制

本桥拱脚预埋段与拱肋中段为刚性对接,拱脚预埋段的埋设精度直接影响到拱轴线的成桥精度。因此拱脚预埋段定位十分重要。拱脚预埋段设有劲性定位骨架,并与主筋、模板、支座、支架牢固连接,施工中严格控制预埋段的对点精度。为消除支架整体变位的影响,拱肋预埋段的高程、里程需采取预偏措施。

6.3.2　拱肋吊装合龙精度控制

JBT 10159-2019 交流本整湿式阀用电磁铁.pdf拱肋采用支架法安装。为确保拱肋的成型精度,要求支架具有足够的强度和刚度。本桥采用万能杆件拼装式悬挂支架,能非常方便地调整各吊装段的空间位置。吊装过程中必须加强对拱轴线的观测,重点控制法兰接口和各吊杆孔的位置,注意控制焊接变形。

6.4　拱肋混凝土膨胀率的控制

(1)钢管拱桥有多种安装方法,本桥采用施工栈桥加跨墩龙门吊机辅助少量支架的方法,在今后类似沼泽或滨海滩涂地带施工可以借鉴。

(2)本桥上部结构吊装使用的龙门吊机高53m,跨度66m,吊重60t,自重仅195t,是目前国内桥梁施工中使用的结构最大的龙门吊机。该龙门吊机的成功使用,为今后类似结构的设计、加工、维护使用提供了宝贵经验。

(3)钢管拱安装采用吊挂式支架。该支架横向稳定性好、拱轴线调整方便,便于倒用。在今后类似多跨拱的施工中,可借鉴使用。

某钢构西部制造基地PHC管桩基础工程 施工方案（35P）.doc(4)钢管拱桥中的钢管可采用无缝钢管、直缝焊管、螺旋焊管。无缝管管径一般比较小,造价高,

通常仅用于小管径、且用钢量不大的部件上。螺旋焊管在自动流水线上生产,生产速度快、质量好、节省材料、外形美观。直缝焊管一般由钢结构加工厂自行卷制,加工速度慢、材料损耗大、不宜大批量生产。本桥主拱肋采用螺旋焊管,在今后的同类结构中应推荐使用。

(5)本桥拱肋预埋段与中拱段制造时预留80mm间隙,以便调整拱肋预埋段偏差。实践证明,该措施对拱轴线的成型精度控制很有好处。