摘要:介紹大連北崗橋鋼管混凝土拱肋施工中,拱肋吊裝和頂升灌注的設(shè)備選型和關(guān)鍵技術(shù),包括吊車(chē)選型、鋼絲繩選型、混凝土泵車(chē)選型、支架搭設(shè)計(jì)算、吊桿安裝施工等。
關(guān)鍵詞:配合比 混凝土頂升 設(shè)備選型 支架計(jì)算
中圖分類(lèi)號(hào):U448122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
1 工程概況
本新建橋梁位于大連市現(xiàn)有北崗橋的東側(cè),跨越3 條鐵路線(xiàn)路,由北向南分別為沈大下行線(xiàn)、沈大上行線(xiàn)、聯(lián)絡(luò)線(xiàn),3 條線(xiàn)路均為電氣化鐵路,同時(shí)有4 條道路與該橋梁連接,橋梁兩側(cè)路口均為斜交路口。橋梁結(jié)構(gòu)為一孔下承式鋼管混凝土系桿拱橋,其拱軸線(xiàn)為二次拋物線(xiàn),矢高9 m ,矢跨比1P4。新建橋梁全長(zhǎng)為38 m ,寬度為27 m ,共分兩幅,每幅縱向設(shè)兩根鋼管混凝土拱肋,全橋共4 根。拱肋均為<600 mm、壁厚16 mm 的鋼管,鋼管內(nèi)灌注C55 微膨脹混凝土。
每幅兩根拱肋間設(shè)兩道一字形橫撐, 采用直徑500mm、壁厚14 mm 的鋼管。各鋼管均采用螺旋焊接鋼管,拱肋鋼管材質(zhì)為Q370qD 鋼管。拱肋在梁端插入縱梁內(nèi)深為0165 m。
每個(gè)拱肋下設(shè)8 根吊桿,順橋向吊桿間距均為4 m。建成后通行能力為雙向六車(chē)道;整體橋梁鋼拱共四道,每道分五段。
2 施工方案
施工時(shí),按設(shè)計(jì)將每根鋼管拱肋分為五個(gè)節(jié)段,計(jì)劃在2006 年7 月1 日—7 月4 日進(jìn)行鋼管拱肋吊裝,拱肋吊裝前在縱橫梁上搭設(shè)臨時(shí)支架,采用1 臺(tái)120 t吊車(chē)在橋北側(cè)進(jìn)行吊裝作業(yè)。至2006 年7 月13 日完成拱肋焊接工作。然后進(jìn)行拱肋頂升灌注C55 微膨脹混凝土,待拱肋鋼管混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85 %后,拆除拱肋臨時(shí)支架,張拉縱梁1 # 預(yù)應(yīng)力鋼束,以及空心板縱向3 # 、4 # 鋼索,并進(jìn)行管道壓漿。最后安裝吊桿,按設(shè)計(jì)要求調(diào)整索力。拱肋節(jié)段見(jiàn)圖1。
3 施工方法
3．1 支架搭設(shè)
由于拱肋支撐的需要,需在拱肋相應(yīng)的縱梁上方搭設(shè)支架,拱肋支墩由輪扣支架在橋面上搭設(shè)而成。立桿布置縱橫向間距均為60 cm ×60 cm ×60 cm ,步距采用120 cm。支架在拱肋節(jié)段連接處鋪設(shè),各支墩連接支架采用120 cm ×120 cm布設(shè),步距為120 cm。連接支架不承受拱肋重量,方便作業(yè)人員進(jìn)行安裝吊桿、拱肋涂裝等作業(yè)。作業(yè)鋼板直接焊接在支架頂部,鋼板上部設(shè)有直徑650 mm的圓弧形支撐拱肋鋼板,見(jiàn)圖2。
3．2 拱肋支架的驗(yàn)算
以承重最大的中間拱段支墩來(lái)進(jìn)行檢算:已知: <48 mm ×315 mm 鋼腳手: A = 4．89 cm2 ,Ix = 12．19 cm4 ,Wx = 5．08 cm3 ,回旋半徑ix = 1．579 cm。按穩(wěn)定性計(jì)算支柱的受壓應(yīng)力為σ= 87．02 MPa < [σ](2．5 MPa) ,滿(mǎn)足要求。臨界應(yīng)力σcr = 146．76 MPa >87．02 MPa (實(shí)際應(yīng)力) ,滿(mǎn)足要求。
313 吊車(chē)噸位的選擇
由于橋南側(cè)上部有高壓線(xiàn),大噸位吊車(chē)站位受影響,因此計(jì)劃在該橋北側(cè)臺(tái)后采用120 t 汽車(chē)吊來(lái)完成拱肋吊裝。吊車(chē)站在北側(cè)向南側(cè)吊裝拱肋時(shí),吊裝南側(cè)2 號(hào)段拱肋和中段拱肋難度較大,現(xiàn)計(jì)算如下:
1) 吊裝南側(cè)2 號(hào)段拱肋時(shí),北側(cè)橋臺(tái)胸墻至南側(cè)2 號(hào)段拱肋吊點(diǎn)水平距離為29 m ,加上吊車(chē)站位距離橋臺(tái)前墻距離按7 m 考慮,吊車(chē)作用半徑應(yīng)為36 m ,120 t 汽車(chē)吊主臂伸長(zhǎng)40．5 m ,作用半徑為36 m 時(shí),起吊能力為51 kN ,大于該段拱肋吊裝時(shí)所需的23．6 (拱段重) + 20 (吊鉤及其它) = 43．6 kN ,此時(shí)吊車(chē)吊鉤距地面距離H = 40．52 - 362 + 3 (吊車(chē)高) - 118 (吊鉤長(zhǎng)) = 18．64 m , H 大于2 # 段拱肋吊裝時(shí)距離地面要求高度的810 m ,滿(mǎn)足要求。
2) 吊車(chē)吊裝中段拱肋時(shí),北側(cè)橋臺(tái)胸墻至中段拱肋吊點(diǎn)水平距離為18 m ,加上吊車(chē)站位距離橋臺(tái)前墻距離按7 m 考慮,吊車(chē)作用半徑應(yīng)為25 m ,120 t 汽車(chē)吊主臂伸長(zhǎng)32．5 m ,作用半徑為26 m 時(shí),起吊能力為92 kN ,大于該段拱肋吊裝時(shí)所需的52 kN(包括拱段、吊鉤等重量) , 此時(shí)吊車(chē)吊鉤距地面距離H = 
(吊車(chē)高) – 1．8 (吊鉤長(zhǎng)) = 2．17 m , H大于中段拱肋吊裝時(shí)距離地面要求高度的12．0 m ,滿(mǎn)足要求。
3．4 鋼絲繩直徑的選擇
每根拱肋均采用單點(diǎn)吊裝,以最重的中段拱肋計(jì)算,考慮鋼絲繩等附加荷載10 kN ,最大起重量為33kN。吊裝時(shí),鋼絲繩采用套扣吊裝的方法,可得知鋼絲繩受拉力為33 kN。依據(jù)規(guī)定鋼絲繩安全系數(shù)取14倍,所以要求鋼絲繩最小破斷拉力為462 kN。計(jì)劃選用6 ×37 型直徑32．5 mm 的鋼絲繩(鋼絲繩公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度為1 550 MPa) 。6 ×37 型直徑32．5 mm 鋼絲繩的允許拉力[ Fg ] = 34．71 kN > 33 kN(最大起重量) 。確定選用鋼絲繩為6 ×37 型直徑> 32．5 mm 的鋼絲繩。
3．5 拱肋整體焊接
首先焊接主拱肋分節(jié)點(diǎn)對(duì)接接口,該焊縫是全橋的關(guān)鍵焊縫,而且是全位置焊接,因此采用手工電弧多層焊接。焊后24 h 后進(jìn)行超聲波探傷和X 射線(xiàn)探傷。1 # ～5 # 節(jié)段拱肋管焊接完成后進(jìn)行鋼橫撐的手工電弧對(duì)稱(chēng)分布焊接。焊接完畢后對(duì)焊縫處進(jìn)行打磨除銹,并按要求做好防腐涂裝。
3．6 拱肋混凝土的施工
全橋共4 條拱肋,每條拱肋中的混凝土為C55 微膨脹混凝土10．5 m3 ,頂升法施工時(shí)泵送混凝土兩邊對(duì)稱(chēng)頂升,當(dāng)拱頂排氣孔有砂漿及混凝土排出且拱頂管內(nèi)混凝土密實(shí)后應(yīng)盡快封閉管頂。管內(nèi)混凝土灌注質(zhì)量以超聲波檢測(cè)為主,人工敲擊為輔的方法加以檢測(cè)。
3．7 混凝土配合比
鋼管混凝土采用C55 微膨脹緩凝混凝土,根據(jù)大連市原材料的情況,優(yōu)選出的配合比為:水泥∶粉煤灰∶UEN(膨脹劑) ∶砂∶石(5～20 mm 碎石) ∶減水劑(FDN) ∶水= 1∶0．12∶0．13∶1．10∶2．17∶0．013∶0．38 。其坍落度為180 mm ,在室內(nèi)30 ℃環(huán)境下,混凝土初凝時(shí)間24～28 h ,終凝時(shí)間40～46 h。
3．8 拱肋混凝土泵車(chē)能力的確定
泵送頂升混凝土的關(guān)鍵是混凝土泵車(chē)提供的最大泵送頂升壓力能夠使鋼管內(nèi)的混凝土達(dá)到鋼管的頂端,因而泵車(chē)的性能、混凝土的特性與頂升的高度是決定施工機(jī)具選型的主要條件。
結(jié)合以上分析,混凝土泵送頂升機(jī)具選型主要是泵車(chē)能提供的壓強(qiáng)與泵送頂升壓力的比較。具體計(jì)算時(shí)將鋼管的垂直高度折算成水平距離,利用求出的單位長(zhǎng)度水平管產(chǎn)生的壓力損失值,計(jì)算出所需的泵送混凝土壓強(qiáng),考慮自重壓力、泵車(chē)內(nèi)部的壓力損失值后即可進(jìn)行泵送機(jī)具的選型。根據(jù)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)資料,計(jì)算出按施工中2 倍的計(jì)算值選用,即選用6．3 MPa 以上的泵車(chē)。
3．9 頂升混凝土的施工
全橋4 根鋼管拱的混凝土在嚴(yán)密的組織、嚴(yán)格的質(zhì)量控制以及保持每根拱管連續(xù)澆筑的條件下順利地完成全部泵送作業(yè)。每根鋼管都保持了兩岸同步連續(xù)泵送,由于拱頂未設(shè)計(jì)隔板,因此,在拱頂排氣孔設(shè)專(zhuān)人觀測(cè),一側(cè)混凝土先頂升到位時(shí),先停止泵送,待另一側(cè)混凝土頂升到位時(shí),再同時(shí)頂升,直到排氣孔出漿并有混凝土排出時(shí),維持泵壓并立即關(guān)閉閘閥以保證混凝土的嚴(yán)密充實(shí)。
3．10 吊桿施工方法
工藝流程為:安設(shè)5 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)于橋面上→穿掛吊桿于吊桿鋼管拱肋→張拉索體→擰緊螺母→內(nèi)力調(diào)整張拉→檢測(cè)吊桿內(nèi)力→封閉防護(hù)。
操作方法為: ①擰出吊桿上端螺母,安放在拱肋待穿吊桿的上端錨墊板。②將牽引鋼絲繩由待穿吊桿的預(yù)留鋼管放下。③將牽引鋼絲繩的連接頭與吊桿上端的錨杯連接起來(lái)。④啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī),緩慢將吊桿牽引向上,穿出拱肋預(yù)留鋼管,擰上上端螺母。⑤卸下?tīng)恳B接頭。⑥重復(fù)①～ ⑤步驟,以同樣方式進(jìn)行下一根吊桿的安裝。⑦待吊裝就位,擰下下端螺母,將下錨桿穿進(jìn)橫梁的預(yù)留鋼管內(nèi),再擰上下端螺母。⑧張拉時(shí),在連接支架頂部搭設(shè)工作平臺(tái),按順序安裝撐腳、張拉桿、千斤頂、張拉螺母、油電管線(xiàn)。⑨啟動(dòng)油泵,緩慢加壓,開(kāi)始張拉,同時(shí)注意監(jiān)控油表讀數(shù),一旦到設(shè)計(jì)索力值,立即停止。⑩擰緊螺母。
4 施工注意事項(xiàng)
1) 合龍前對(duì)拱肋進(jìn)行全面的線(xiàn)形、位置測(cè)量及調(diào)整,并盡可能選擇溫度變化幅度較小的時(shí)間段合龍。合龍后對(duì)拱肋線(xiàn)形及位置實(shí)施精測(cè),調(diào)整合格后固定合龍裝置,進(jìn)行各扣段連接縫焊接工作,完成拱肋的正式合龍。
2) 焊接宜采用小電流,多道焊的方法,以提高焊接接頭的韌性。
3) 過(guò)量氣孔、夾渣、未熔合、裂紋等缺陷,采用碳弧氣刨和砂輪打磨的方法清除不合格焊縫,然后補(bǔ)焊。
4) 頂升混凝土?xí)r,每個(gè)灌注孔備用1 臺(tái)輸送泵,防止泵車(chē)中途出現(xiàn)故障,避免管內(nèi)混凝土凝固。
5) 灌注前用水或蒸汽濕潤(rùn)管壁。
6) 輸送過(guò)程中的泵壓宜控制在< 3．5 MPa ,最大宜≤4 MPa ,以免頂裂管壁。
7) 在混凝土灌注前、灌注過(guò)程中、灌注后對(duì)拱肋．LP8～7LP8 點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量和橫向位移觀測(cè)。
8) 混凝土灌注24 h 后,對(duì)拱肋澆水降溫養(yǎng)護(hù)。
9) 混凝土澆筑完成后,對(duì)吊桿實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。
5 結(jié)語(yǔ)
鋼管拱橋施工中最關(guān)鍵的是混凝土配合比的控制,特別是膨脹劑的摻量要控制準(zhǔn)確,如果不能使混凝土達(dá)到微膨脹效果,鋼管拱肋在受力時(shí),鋼管內(nèi)的混凝土由于收縮與鋼管有間隙,不能夠達(dá)到三向受力的效果,從而不能夠提高其彈塑性工作性能。另外,泵送頂升機(jī)具的選擇至關(guān)重要,若因其頂升能力不足,頂升不到位而返工,將會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
