鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)難題及對策

摘 要 ：  

　　對鋼管混凝土系桿拱橋施工中經(jīng)常出現(xiàn)的技術(shù)問題進(jìn)行了剖析，并結(jié)合工程實踐，汲取 經(jīng)驗教訓(xùn)，詳細(xì)地闡述了科學(xué)、實際、有效的防治對策。  

關(guān)鍵詞： 鋼管混凝土 系桿拱 施工 難題 對策 

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，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 員在實踐中不斷探討和完善，本文將結(jié)合工程實踐就有關(guān)問題做 簡要闡述。  

2 鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)難題及對策  

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)處理的堅實地基上，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 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)和精密測標(biāo)組成定位系統(tǒng)；監(jiān)測項目為拱肋的線 形變化、拱腳位移和拱腳沉降。  

2.2.2建立測量控制網(wǎng)  

　　在每節(jié)拱肋端頭設(shè)置固定的測量控制點，控制點設(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，對全部控制點都要進(jìn)行觀測。此外，對拱座的偏位進(jìn)行觀 測。鋼管拱對溫度，特別是日照影響非常敏感。為了減少溫度和 日照對線形控制的影響，標(biāo)高的測量包括合攏時間都安排在凌 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)功能實現(xiàn))。  

　　(2)設(shè)置臨時橫撐固定拱肋。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)置臨時支撐。  

　　(3)在焊接拱肋接頭外包板時，對稱布置的焊縫，采用成雙 焊工對稱施焊，這樣可使各焊縫所引起的變形相抵消；非對稱焊 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，采用通過對稱設(shè)置兩道浪風(fēng)繩來調(diào)整和控制拱段就 位中線位置，減少拱肋自由長度，增大橫向穩(wěn)定?？刂评孙L(fēng)繩長度基本相同。  

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2.3鋼管混凝土配制  

2.3.1選材  

　　(1)設(shè)計高性能微膨脹混凝土應(yīng)選擇525R早強型水泥為主 體，其用量不宜過大，初凝時間以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、機制砂、海砂，此 類砂對混凝土的膨脹率影響極大。  

　　(3)粗骨料石質(zhì)對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)強度、骨料彈性模量和骨料強度。在考慮 混凝土可泵性的同時，要考慮混凝土的早強性和后期強度。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 時應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量、強度、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，增強了密實性，提高了耐久性?！岸嗡磻?yīng)”只 有Ⅰ級粉煤灰和磨細(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。試驗表明，緩凝型減 水劑會降低混凝土膨脹率，所以應(yīng)反復(fù)試驗，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。選擇時一定要多試驗幾個品種，膨脹劑應(yīng)對混凝土后期 強度及質(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)計高性能膨脹混凝土的三個問題  

　　(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土設(shè)計方法進(jìn)行配制強 度計算，不必計算后將強度提高一個等級作為配制強度，關(guān)鍵在 于施工配合比的施工現(xiàn)場驗證。設(shè)計時應(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，否則會造成頂升壓力過大而失敗。在設(shè)計 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)許多工程實踐認(rèn)為鋼管混凝土設(shè)計為微應(yīng)力時，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)計技術(shù)和成功經(jīng)驗的廠家；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上進(jìn)行，采用埋 弧自動焊；腹板安裝采用CO2氣體保護焊；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至工地組焊成吊裝段，運至 施工現(xiàn)場，最后用跨墩龍門吊機或其它起重設(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，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  

　　預(yù)拼成型的安裝節(jié)段必須對接口進(jìn)行地面預(yù)接和必要的技術(shù) 處理，拱肋每一個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)安裝好拱腳臨時鉸， 懸拼過程中允許拱肋繞鉸轉(zhuǎn)動。每吊裝一個階段除安裝好橫撐及臨時橫撐外還要設(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)。再對焊主拱鋼管、燒掉螺栓，用加勁鋼板補焊拱肋鋼管接頭，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)到強度后拆除扣 索；  

　　(6)泵送壓注填充管內(nèi)C50微膨脹混凝土。  

2.4.4跨徑較小的橋梁可用WDJ支撐系統(tǒng)配合吊車、攬繩完成拱 肋組拼。  

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2.5波紋管堵塞  

　　系桿拱橋橫梁、系梁多為群錨后張預(yù)應(yīng)力混凝土，于是防治 波紋管堵塞，避免鋼鉸線局部拉伸率、應(yīng)力超標(biāo)是施工中不容忽 視的大問題。對此我們的預(yù)防措施是：  

　　(1)波紋管固定后，將半硬性塑料管穿入波紋管內(nèi)，其外徑小 于波紋管內(nèi)徑8~10mm，長度大于波紋管長4~6m；  

　　(2)指派專人，在澆筑混凝土過程中不停抽動塑料管至混凝土 澆筑完畢；  

　　(3)抽出塑料管，清除其表面灰漿，擦凈備用。抽動半硬性塑 料管法，可從根本上解決波紋管堵塞問題。  

2.6支座墊石鋼板懸空  

　　預(yù)埋支座墊石鋼板下混凝土懸空，既影響下部結(jié)構(gòu)受力，又 危害上部結(jié)構(gòu)荷載均勻傳遞和受力平衡，也就是說，出現(xiàn)這種現(xiàn) 象是很危險的，其主要原因是混凝土在澆筑流動過程中，預(yù)埋鋼 板下的氣體無法排除，形成了空洞，為避免該現(xiàn)象的發(fā)生，可在 鋼板中心用電鉆打一個直徑5mm的“排氣孔”，澆筑預(yù)埋鋼板處混凝土?xí)r，濃水泥漿由“排氣孔”冒出即可。  

2.7拱腳混凝土空洞  

2.7.1拱腳混凝土振搗  

　　拱肋與系桿節(jié)點——拱腳之鋼筋構(gòu)造縱橫交錯、交叉重疊，混 凝土澆筑困難，振搗棒無法正常工作，混凝土密實成了問題。一般 采用剛度較大的鋼模，澆筑混凝土?xí)r，先用一巨型扁鏟(其寬度≥ 振搗棒直徑)在振搗棒插入處，臨時將鋼筋間距撥寬，至振搗棒順 利插入、正常振搗為止，可確?；炷琳駬v密實；待振搗棒拔出后， 開啟固定于模板兩側(cè)的附著式振動器，一方面有助于被撥動的鋼 筋恢復(fù)原來位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助于混凝土密 實、均勻。  

2.7.2拱腳混凝土預(yù)防裂縫  

　　為預(yù)防拱腳混凝土裂縫，可選用鋼纖維混凝土，鋼纖維用量 一般為60kg/m3。  

2.8空腹式端橫梁澆筑工藝  

　　端橫梁為封閉式變斷面空心梁，其施工有兩種方法：一種方法 是采用木模或其它一次性芯模，不考慮翻番周轉(zhuǎn)，此類模板只側(cè) 重考慮其強度，滿足混凝土幾何尺寸需要即可；另一種方法是采 用鋼模或其它可周轉(zhuǎn)性芯模，澆筑混凝土?xí)r在梁頂預(yù)留“天窗”， 待拆除芯模后再二次澆筑混凝土，將天窗堵死，但應(yīng)注意兩期混凝 土的結(jié)合牢固問題。  

2.9鋼管混凝土“緊箍效應(yīng)”落空  

　　由于施工工藝和混凝土收縮，混凝土總是無法完全充滿鋼管， 使得“緊箍效應(yīng)”無法實現(xiàn)，混凝土達(dá)不到三軸壓縮的理想效果。 防治該問題的一般方法有兩種： 

　　(1)預(yù)防。微膨脹混凝土隨著齡期增長，混凝土的收縮仍然不 可避免，為防止這類問題發(fā)生，在混凝土配合比設(shè)計時，在添加 UEF微膨脹劑的同時增添“聚丙烯腈纖維”。  

　　(2)處置。待混凝土大于28d齡期后，用小錘對拱肋進(jìn)行全面 敲擊檢查，發(fā)現(xiàn)空隙，則確定準(zhǔn)確位置，鉆孔并壓注環(huán)氧樹脂水 泥漿進(jìn)行補救。  

2.10其它問題  

　　近年來，系桿拱橋普遍出現(xiàn)系梁混凝土于吊桿處裂縫、吊桿 護套提前開裂、下端預(yù)埋管進(jìn)水、錨頭及鋼絲提前腐蝕和拱肋 鋼管腐蝕等嚴(yán)重問題，危及橋梁的安全。  

2.10.1防腐  

　　(1)拱肋防腐可用經(jīng)濟、實用，便于現(xiàn)場施工和后期維護的 方案——有機環(huán)氧富鋅涂料，分為3層，底層富鋅涂料、中層環(huán)氧云鐵、面層聚胺酯噴涂。涂裝時環(huán) 境溫度宜控制在5℃~35℃之間。  

　　(2)防腐鋼絞線應(yīng)用較多的有鍍鋅鋼絞線和環(huán)氧噴涂鋼絞線， 前者，經(jīng)鍍鋅處理后，機械性能均有所下降，且一旦被刮傷則傷處 的陰極反應(yīng)會使腐蝕速度加快；后者，機械性能與原鋼絞線基本 上沒有差別，而且在生產(chǎn)過程中進(jìn)行了充分的表面處理和再次穩(wěn) 定處理，其抗拉強度和延伸率較普通鋼絞線稍有提高。故此應(yīng)盡 量用環(huán)氧噴涂鋼絞線。  

2.10.2吊桿處系梁縱向鋼筋的處理  

　　系梁鋼筋是通長的，而結(jié)構(gòu)設(shè)計需要吊桿穿過系梁，如此以 來，系梁縱向通長鋼筋就必然被截成數(shù)段，勢必影響結(jié)構(gòu)受力，為 解決這一矛盾，可采用于吊桿處設(shè)置“方形環(huán)筋”，系梁縱向鋼筋截斷后分別與其焊接，吊桿在其方形環(huán)筋中穿過。這樣，即可以 保證系梁縱向通長鋼筋的連續(xù)，又可以保證吊桿與系梁聯(lián)結(jié)位置 準(zhǔn)確。  

2.10.3橫撐與拱肋節(jié)點處應(yīng)力集中的預(yù)防  

　　為避免鋼管橫撐與主拱肋結(jié)合部，在使用環(huán)境中開焊，影 響橋梁整體性能，一般采用在其結(jié)合部增設(shè)4個加強聯(lián)結(jié)鋼 板，按90o間隔均勻布設(shè)，焊接牢固。  

3 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。