摘要:介绍大连北岗桥钢管混凝土拱肋施工中,拱肋吊装和顶升灌注的设备选型和关键技术,包括吊车选型、钢丝绳选型、混凝土泵车选型、支架搭设计算、吊杆安装施工等。
关键词:配合比 混凝土顶升 设备选型 支架计算
中图分类号:U448122 文献标识码:B
1 工程概况
本新建桥梁位于大连市现有北岗桥的东侧,跨越3 条铁路线路,由北向南分别为沈大下行线、沈大上行线、联络线,3 条线路均为电气化铁路,同时有4 条道路与该桥梁连接,桥梁两侧路口均为斜交路口。桥梁结构为一孔下承式钢管混凝土系杆拱桥,其拱轴线为二次抛物线,矢高9 m ,矢跨比1P4。新建桥梁全长为38 m ,宽度为27 m ,共分两幅,每幅纵向设两根钢管混凝土拱肋,全桥共4 根。拱肋均为<600 mm、壁厚16 mm 的钢管,钢管内灌注C55 微膨胀混凝土。
每幅两根拱肋间设两道一字形横撑, 采用直径500mm、壁厚14 mm 的钢管。各钢管均采用螺旋焊接钢管,拱肋钢管材质为Q370qD 钢管。拱肋在梁端插入纵梁内深为0165 m。
每个拱肋下设8 根吊杆,顺桥向吊杆间距均为4 m。建成后通行能力为双向六车道;整体桥梁钢拱共四道,每道分五段。
2 施工方案
施工时,按设计将每根钢管拱肋分为五个节段,计划在2006 年7 月1 日—7 月4 日进行钢管拱肋吊装,拱肋吊装前在纵横梁上搭设临时支架,采用1 台120 t吊车在桥北侧进行吊装作业。至2006 年7 月13 日完成拱肋焊接工作。然后进行拱肋顶升灌注C55 微膨胀混凝土,待拱肋钢管混凝土强度达到设计强度的85 %后,拆除拱肋临时支架,张拉纵梁1 # 预应力钢束,以及空心板纵向3 # 、4 # 钢索,并进行管道压浆。最后安装吊杆,按设计要求调整索力。拱肋节段见图1。
3 施工方法
3．1 支架搭设
由于拱肋支撑的需要,需在拱肋相应的纵梁上方搭设支架,拱肋支墩由轮扣支架在桥面上搭设而成。立杆布置纵横向间距均为60 cm ×60 cm ×60 cm ,步距采用120 cm。支架在拱肋节段连接处铺设,各支墩连接支架采用120 cm ×120 cm布设,步距为120 cm。连接支架不承受拱肋重量,方便作业人员进行安装吊杆、拱肋涂装等作业。作业钢板直接焊接在支架顶部,钢板上部设有直径650 mm的圆弧形支撑拱肋钢板,见图2。
3．2 拱肋支架的验算
以承重最大的中间拱段支墩来进行检算:已知: <48 mm ×315 mm 钢脚手: A = 4．89 cm2 ,Ix = 12．19 cm4 ,Wx = 5．08 cm3 ,回旋半径ix = 1．579 cm。按稳定性计算支柱的受压应力为σ= 87．02 MPa < [σ](2．5 MPa) ,满足要求。临界应力σcr = 146．76 MPa >87．02 MPa (实际应力) ,满足要求。
313 吊车吨位的选择
由于桥南侧上部有高压线,大吨位吊车站位受影响,因此计划在该桥北侧台后采用120 t 汽车吊来完成拱肋吊装。吊车站在北侧向南侧吊装拱肋时,吊装南侧2 号段拱肋和中段拱肋难度较大,现计算如下:
1) 吊装南侧2 号段拱肋时,北侧桥台胸墙至南侧2 号段拱肋吊点水平距离为29 m ,加上吊车站位距离桥台前墙距离按7 m 考虑,吊车作用半径应为36 m ,120 t 汽车吊主臂伸长40．5 m ,作用半径为36 m 时,起吊能力为51 kN ,大于该段拱肋吊装时所需的23．6 (拱段重) + 20 (吊钩及其它) = 43．6 kN ,此时吊车吊钩距地面距离H = 40．52 - 362 + 3 (吊车高) - 118 (吊钩长) = 18．64 m , H 大于2 # 段拱肋吊装时距离地面要求高度的810 m ,满足要求。
2) 吊车吊装中段拱肋时,北侧桥台胸墙至中段拱肋吊点水平距离为18 m ,加上吊车站位距离桥台前墙距离按7 m 考虑,吊车作用半径应为25 m ,120 t 汽车吊主臂伸长32．5 m ,作用半径为26 m 时,起吊能力为92 kN ,大于该段拱肋吊装时所需的52 kN(包括拱段、吊钩等重量) , 此时吊车吊钩距地面距离H = 
(吊车高) – 1．8 (吊钩长) = 2．17 m , H大于中段拱肋吊装时距离地面要求高度的12．0 m ,满足要求。
3．4 钢丝绳直径的选择
每根拱肋均采用单点吊装,以最重的中段拱肋计算,考虑钢丝绳等附加荷载10 kN ,最大起重量为33kN。吊装时,钢丝绳采用套扣吊装的方法,可得知钢丝绳受拉力为33 kN。依据规定钢丝绳安全系数取14倍,所以要求钢丝绳最小破断拉力为462 kN。计划选用6 ×37 型直径32．5 mm 的钢丝绳(钢丝绳公称抗拉强度为1 550 MPa) 。6 ×37 型直径32．5 mm 钢丝绳的允许拉力[ Fg ] = 34．71 kN > 33 kN(最大起重量) 。确定选用钢丝绳为6 ×37 型直径> 32．5 mm 的钢丝绳。
3．5 拱肋整体焊接
首先焊接主拱肋分节点对接接口,该焊缝是全桥的关键焊缝,而且是全位置焊接,因此采用手工电弧多层焊接。焊后24 h 后进行超声波探伤和X 射线探伤。1 # ～5 # 节段拱肋管焊接完成后进行钢横撑的手工电弧对称分布焊接。焊接完毕后对焊缝处进行打磨除锈,并按要求做好防腐涂装。
3．6 拱肋混凝土的施工
全桥共4 条拱肋,每条拱肋中的混凝土为C55 微膨胀混凝土10．5 m3 ,顶升法施工时泵送混凝土两边对称顶升,当拱顶排气孔有砂浆及混凝土排出且拱顶管内混凝土密实后应尽快封闭管顶。管内混凝土灌注质量以超声波检测为主,人工敲击为辅的方法加以检测。
3．7 混凝土配合比
钢管混凝土采用C55 微膨胀缓凝混凝土,根据大连市原材料的情况,优选出的配合比为:水泥∶粉煤灰∶UEN(膨胀剂) ∶砂∶石(5～20 mm 碎石) ∶减水剂(FDN) ∶水= 1∶0．12∶0．13∶1．10∶2．17∶0．013∶0．38 。其坍落度为180 mm ,在室内30 ℃环境下,混凝土初凝时间24～28 h ,终凝时间40～46 h。
3．8 拱肋混凝土泵车能力的确定
泵送顶升混凝土的关键是混凝土泵车提供的最大泵送顶升压力能够使钢管内的混凝土达到钢管的顶端,因而泵车的性能、混凝土的特性与顶升的高度是决定施工机具选型的主要条件。
结合以上分析,混凝土泵送顶升机具选型主要是泵车能提供的压强与泵送顶升压力的比较。具体计算时将钢管的垂直高度折算成水平距离,利用求出的单位长度水平管产生的压力损失值,计算出所需的泵送混凝土压强,考虑自重压力、泵车内部的压力损失值后即可进行泵送机具的选型。根据《混凝土泵送施工技术规程》的有关资料,计算出按施工中2 倍的计算值选用,即选用6．3 MPa 以上的泵车。
3．9 顶升混凝土的施工
全桥4 根钢管拱的混凝土在严密的组织、严格的质量控制以及保持每根拱管连续浇筑的条件下顺利地完成全部泵送作业。每根钢管都保持了两岸同步连续泵送,由于拱顶未设计隔板,因此,在拱顶排气孔设专人观测,一侧混凝土先顶升到位时,先停止泵送,待另一侧混凝土顶升到位时,再同时顶升,直到排气孔出浆并有混凝土排出时,维持泵压并立即关闭闸阀以保证混凝土的严密充实。
3．10 吊杆施工方法
工艺流程为:安设5 t 卷扬机于桥面上→穿挂吊杆于吊杆钢管拱肋→张拉索体→拧紧螺母→内力调整张拉→检测吊杆内力→封闭防护。
操作方法为: ①拧出吊杆上端螺母,安放在拱肋待穿吊杆的上端锚垫板。②将牵引钢丝绳由待穿吊杆的预留钢管放下。③将牵引钢丝绳的连接头与吊杆上端的锚杯连接起来。④启动卷扬机,缓慢将吊杆牵引向上,穿出拱肋预留钢管,拧上上端螺母。⑤卸下牵引连接头。⑥重复①～ ⑤步骤,以同样方式进行下一根吊杆的安装。⑦待吊装就位,拧下下端螺母,将下锚杆穿进横梁的预留钢管内,再拧上下端螺母。⑧张拉时,在连接支架顶部搭设工作平台,按顺序安装撑脚、张拉杆、千斤顶、张拉螺母、油电管线。⑨启动油泵,缓慢加压,开始张拉,同时注意监控油表读数,一旦到设计索力值,立即停止。⑩拧紧螺母。
4 施工注意事项
1) 合龙前对拱肋进行全面的线形、位置测量及调整,并尽可能选择温度变化幅度较小的时间段合龙。合龙后对拱肋线形及位置实施精测,调整合格后固定合龙装置,进行各扣段连接缝焊接工作,完成拱肋的正式合龙。
2) 焊接宜采用小电流,多道焊的方法,以提高焊接接头的韧性。
3) 过量气孔、夹渣、未熔合、裂纹等缺陷,采用碳弧气刨和砂轮打磨的方法清除不合格焊缝,然后补焊。
4) 顶升混凝土时,每个灌注孔备用1 台输送泵,防止泵车中途出现故障,避免管内混凝土凝固。
5) 灌注前用水或蒸汽湿润管壁。
6) 输送过程中的泵压宜控制在< 3．5 MPa ,最大宜≤4 MPa ,以免顶裂管壁。
7) 在混凝土灌注前、灌注过程中、灌注后对拱肋．LP8～7LP8 点进行高程测量和横向位移观测。
8) 混凝土灌注24 h 后,对拱肋浇水降温养护。
9) 混凝土浇筑完成后,对吊杆实际长度进行测量。
5 结语
钢管拱桥施工中最关键的是混凝土配合比的控制,特别是膨胀剂的掺量要控制准确,如果不能使混凝土达到微膨胀效果,钢管拱肋在受力时,钢管内的混凝土由于收缩与钢管有间隙,不能够达到三向受力的效果,从而不能够提高其弹塑性工作性能。另外,泵送顶升机具的选择至关重要,若因其顶升能力不足,顶升不到位而返工,将会造成很大的经济损失。
