鋼管混凝土系桿拱橋施工探究

劉彥濤

（中鐵十三局集團(tuán)第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150008）

1 引言

近年來，鋼管混凝土系桿拱橋以其跨度大、結(jié)構(gòu)輕、造型美、省建材等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于公路工程。但該橋型技術(shù)復(fù)雜，施工難度大，已經(jīng)暴露和潛在的問題還很多，亟待廣大工程技術(shù)人員在實(shí)踐中不斷探討和完善，本文將結(jié)合工程實(shí)踐就有關(guān)問題做簡(jiǎn)要闡述。

2 鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)難題及對(duì)策

2.1 支承系統(tǒng)

2.1.1 功能

系桿拱橋支承系統(tǒng)宜選用WDJ齒碗扣型多功能支架，該系統(tǒng)具有支架豎向組合微調(diào)功能，主要以工具支架和特制微調(diào)座組成。

2.1.2 地基處理

WDJ齒碗扣型多功能支架必須搭設(shè)在經(jīng)處理的堅(jiān)實(shí)地基上，地基須高出原地面0.5~0.8m，做好防水，避免雨季浸泡。在立桿底部鋪設(shè)墊層和安放底座，墊層可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的鋼筋混凝土或厚度≮5cm的木板。

2.1.3 預(yù)壓

支架使用前須全程預(yù)壓，不能以一孔預(yù)壓取得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)推概全橋。靜壓5d(120h)以上及達(dá)到沉降穩(wěn)定狀態(tài)2d(48h)以上，沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：24h沉降不超過1mm。

2.2 主拱肋拱軸線控制系統(tǒng)

2.2.1 以激光照準(zhǔn)和精密測(cè)標(biāo)組成定位系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為拱肋的線形變化、拱腳位移和拱腳沉降。

2.2.2 建立測(cè)量控制網(wǎng)

在每節(jié)拱肋端頭設(shè)置固定的測(cè)量控制點(diǎn)，控制點(diǎn)設(shè)在拱肋中線位置。施工放樣及檢查都采用全站儀進(jìn)行，每架設(shè)一節(jié)段拱肋，對(duì)全部控制點(diǎn)都要進(jìn)行觀測(cè)。此外，對(duì)拱座的偏位進(jìn)行觀測(cè)。鋼管拱對(duì)溫度，特別是日照影響非常敏感。為了減少溫度和日照對(duì)線形控制的影響，標(biāo)高的測(cè)量包括合攏時(shí)間都安排在凌晨。

2.2.3 施工控制

(1)在扣索塔架頂部設(shè)有扣、錨索調(diào)整裝置千斤頂，通過改變扣索的張力，并采用在拱段之間的內(nèi)法蘭盤接頭處抄墊鋼板的方法，來實(shí)現(xiàn)拱段接頭標(biāo)高的調(diào)整(跨徑較小的拱肋可利用WDJ支撐系統(tǒng)高度及其豎向微調(diào)功能實(shí)現(xiàn))。

(2)設(shè)置臨時(shí)橫撐固定拱肋。每架設(shè)一節(jié)拱肋，就利用鋼管拱的橫聯(lián)鋼管臨時(shí)焊接固定上下游拱肋，特別是在合攏段基肋端一定要設(shè)置臨時(shí)支撐。

(3)在焊接拱肋接頭外包板時(shí)，對(duì)稱布置的焊縫，采用成雙焊工對(duì)稱施焊，這樣可使各焊縫所引起的變形相抵消；非對(duì)稱焊縫，先焊縫少的一側(cè)，這樣可使先焊的焊縫變形部分抵消。

(4)為保證鋼管拱在吊裝過程中的橫向穩(wěn)定性，在每吊裝一節(jié)段拱肋時(shí)，采用通過對(duì)稱設(shè)置兩道浪風(fēng)繩來調(diào)整和控制拱段就位中線位置，減少拱肋自由長(zhǎng)度，增大橫向穩(wěn)定?？刂评孙L(fēng)繩長(zhǎng)度基本相同。

2.3 鋼管混凝土配制

2.3.1 選材

(1)設(shè)計(jì)高性能微膨脹混凝土應(yīng)選擇525R早強(qiáng)型水泥為主體，其用量不宜過大，初凝時(shí)間以8~12h為宜。

(2)配制高性能微膨脹混凝土須使用干凈的河砂并嚴(yán)格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和壓碎值，一般選用細(xì)度模數(shù)2.6-3.1的中砂為宜。不宜用砂巖類山砂、機(jī)制砂、海砂，此類砂對(duì)混凝土的膨脹率影響極大。

(3)粗骨料石質(zhì)對(duì)高性能微膨脹混凝土影響很大，主要體現(xiàn)在骨料一砂漿界面粘結(jié)強(qiáng)度、骨料彈性模量和骨料強(qiáng)度。在考慮混凝土可泵性的同時(shí)，要考慮混凝土的早強(qiáng)性和后期強(qiáng)度。碎石需二次破碎，使其基本無棱角，并減少針片狀顆粒的含量。選用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量、強(qiáng)度、彈性模量和粒徑≤30mm。

(4)粉煤灰與水泥“二次水化反應(yīng)”產(chǎn)生的凝膠封堵了混凝土的毛細(xì)管路，增強(qiáng)了密實(shí)性，提高了耐久性?！岸嗡磻?yīng)”只有Ⅰ級(jí)粉煤灰和磨細(xì)粉煤灰可以徹底完成：“使混凝土升溫降低15%~35%；應(yīng)嚴(yán)格控制粉煤灰SO3含量，以0.5%~1.5%”為宜；粉煤灰應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定。

(5)選擇外加劑一定要經(jīng)過多次試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，緩凝型減水劑會(huì)降低混凝土膨脹率，所以應(yīng)反復(fù)試驗(yàn)，膨脹率合適才可使用；高效減水劑還應(yīng)具有緩效凝作用和緩凝劑摻配作用，且是非引氣型、低氣泡減水劑；其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》規(guī)定。

(6)膨脹劑在有鋼管約束條件下，在結(jié)構(gòu)中建立0.2~0.3MPa預(yù)應(yīng)力，可抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，從而提高抗裂能力。選擇時(shí)一定要多試驗(yàn)幾個(gè)品種，膨脹劑應(yīng)對(duì)混凝土后期強(qiáng)度及質(zhì)量無害，與所用水泥適應(yīng)性好。我國主要使用U型膨脹劑、復(fù)合膨脹劑及明礬石膨脹劑。

2.3.2 設(shè)計(jì)高性能膨脹混凝土的三個(gè)問題

(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配制強(qiáng)度計(jì)算，不必計(jì)算后將強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)作為配制強(qiáng)度，關(guān)鍵在于施工配合比的施工現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，將其確定為定值。

(2)混凝土是采用鋼管中頂升灌注，粗骨料在頂升過程中不能因自身重力而下落，否則會(huì)造成頂升壓力過大而失敗。在設(shè)計(jì)混凝土配合比過程中碎石應(yīng)稍微呈懸浮狀態(tài)，不能下沉。所以該種混凝土的砂率可提高一些。

(3)許多工程實(shí)踐認(rèn)為鋼管混凝土設(shè)計(jì)為微應(yīng)力時(shí)，限制膨脹率28天內(nèi)應(yīng)控制在(2~6)×10-4的范圍內(nèi)是合理的。

2.4 主拱肋鋼管的拼裝

2.4.1 鋼管拱肋的制作

(1)鋼管拱主弦管直徑>600mm采用螺旋焊管。

(2)宜選用具有CAD加工設(shè)計(jì)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)的廠家；單元階段制造好后在工廠進(jìn)行平面和立面組拼檢查；螺旋焊管彎曲成型在中頻彎管機(jī)上進(jìn)行，采用埋弧自動(dòng)焊；腹板安裝采用CO2氣體保護(hù)焊；單元階段焊接完成后，若與理論線形不符，可用“火工矯正法”矯正。

(3)鋼管拱單元階段制好后運(yùn)至工地組焊成吊裝段，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，最后用跨墩龍門吊機(jī)或其它起重設(shè)施將吊裝段吊上橋組裝。

(4)為便于調(diào)整拱肋預(yù)埋段制造、溫度引起的偏差，鋼管制造在工廠時(shí)，拱腳預(yù)埋段與拱中段之間預(yù)留80mm調(diào)整量；拱肋合攏鎖定溫度為10℃~15℃。

2.4.2 鋼管拱肋單元構(gòu)件的防護(hù)

預(yù)拼成型的安裝節(jié)段必須對(duì)接口進(jìn)行地面預(yù)接和必要的技術(shù)處理，拱肋每一個(gè)吊裝階段之間采用內(nèi)法蘭連接，法蘭間可抄墊鋼板進(jìn)行微調(diào)；單元制造階段之間采用臨時(shí)外法蘭連接。

2.4.3 鋼管拱肋的懸拼

(1)拱肋吊裝采用懸拼和扣掛施工。拱肋作完后，首先在制作場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)拼，合格后方可吊裝。

(2)拱肋吊裝前應(yīng)安裝好拱腳臨時(shí)鉸，懸拼過程中允許拱肋繞鉸轉(zhuǎn)動(dòng)。每吊裝一個(gè)階段除安裝好橫撐及臨時(shí)橫撐外還要設(shè)置橫向浪風(fēng)索。以利調(diào)整拱軸線和保證橫向穩(wěn)定。

(3)兩階段接頭端面先用螺栓對(duì)接，安裝合攏段前應(yīng)預(yù)先通過扣索調(diào)整拱肋橫向位置，然后再安裝拱頂合攏段。

(4)兩條拱肋全部合攏后，再全面校核一次拱軸線坐標(biāo)，并調(diào)整至誤差容許范圍內(nèi)。再對(duì)焊主拱鋼管、燒掉螺栓，用加勁鋼板補(bǔ)焊拱肋鋼管接頭，以保證受力連續(xù)。

(5)用鋼管焊接封死拱腳臨時(shí)鉸，澆注拱座預(yù)留槽口C50混凝土，形成無鉸鋼管桁架拱，待拱腳混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆除扣索。

(6)泵送壓注填充管內(nèi)C50微膨脹混凝土。

結(jié)語

鋼管混凝土系桿拱橋施工中需要研究的問題還很多，這就需要我們廣大工程技術(shù)人員積極探索，不斷完善，使這一先進(jìn)技術(shù)在公路交通設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

[1]張道平.大跨鋼管混凝土拱橋施工控制研究重慶大學(xué)[D].重慶大學(xué)，2007-10-01.