鋼管砼系杆拱橋浮託施工技術
1、概述
1.1、工程概況
京杭運河高郵二橋位於江蘇省高郵市通湖路西首，橫跨京杭運河高郵段**水域。東接高郵城區，西連高郵湖，為實現高郵市東擴西進的戰略部署起著舉足輕重的作用。京杭大運河高郵段為ⅱ級航道，橋位位於航道彎道附近，河寬約150m，河底寬約60m，河床穩定，京杭運河水位受諸多因素影響，一般常年水深（4～6）m。
京杭運河高郵二橋主橋上部結構採用鋼管砼系杆拱，結構為剛性系杆、剛性拱。計算跨度82.88m。成型總長度84.48m,寬度12.4m,高度18.176m。
系杆為預應力鋼筋砼矩形截面，樑高1.9m、寬1.2m，採用c50砼，縱向預應力採用ry=1860mpa的低鬆馳鋼絞線，共12束，由6束7φ15.
24和6束9φ15.24的鋼絞線組成，控制張拉應力=0.75ry。
分兩次張拉，先張拉頂底板束共8束，第二次張拉其餘的4束。
拱肋採用q345b鋼板卷成鋼管，直徑1.1m，壁厚16mm，內充c40微膨脹砼；拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/5。
吊桿採用外徑245mm，壁厚10mm的無縫鋼管；內穿外徑90mm無縫鋼管，豎向預應力鋼絞線採用ry=1860mpa的低鬆馳鋼絞線，每根吊桿1束由6φ15.24的鋼絞線組成。橋面橫坡通過墊石和橫樑變高形成，橋面縱坡通過系杆調整。
橫樑先預製，再與系杆採用現澆接頭相連。每根橫樑內穿4束鋼絞線，每束由6φ15.24的鋼絞線組成，採用ry=1860mpa的低鬆馳鋼絞線。
橫樑上鋪行車道板，行車道板現場預製，8t汽車吊安裝。1.2、工程特點
根據現場條件、設計要求及我單位施工經驗，分析該工程有以下特點：
（1）本橋橫跨京杭運河為ⅱ級航道，且位於彎道處，過往船舶繁多，水位變化較大，場地狹窄，施工干擾大。
（2）鋼管加工、拼製要求精度高，現場拼裝、焊接在20多公尺的高空作業，施工操作和技術控制難度較大。
（3）大跨度系杆拱結構的架設為我單位首次接觸，施工方案的設計技術難度大，施工過程不可預見因素較多。
（4）大直徑鋼管砼採用幫浦送頂公升施工，砼配比設計和砼質量控制難度較大。2、專案來由、研究目的及內容2.1、專案的來由和研究的目的
自上世紀九十年代以來，鋼管砼拱橋在我國發展迅速。結構形式多種多樣，跨度從幾十公尺到幾百公尺不等。目前我國對鋼管砼結構的研究，無論從理論上還是應用上，均處於世界領先地位。
鋼管砼拱橋因其造型美觀，結構輕巧，造價適中，在城市周圍、風景名勝地區的橋梁中被廣泛採用，發展前景良好。
我公司中標京杭運河高郵二橋工程後，考慮到首次施工82.88m鋼管砼系杆拱橋，設立了「京杭運河高郵二橋鋼管砼系杆拱橋施工技術研究」科研專案。
目的是通過該項目的研究，填補我公司鋼管砼拱橋施工的空白，以我公司多年在橋梁施工方面的經驗，謀求在該型別橋梁施工方面的突破。2.2、研究的內容
研究內容按施工的步驟分為以下三點。
（1）拱肋鋼管的焊接質量、管節的加工精度、鋼管拱架的拼裝精度是該研究專案的工藝難點。
（2）鋼管砼拱橋的架設是該研究專案的技術重點。
（3）拱肋砼採用自下而上的幫浦送頂公升澆築工藝。選用合適砂石料、減水劑、微膨脹劑和其它外加劑調製砼的配比；合理選擇砼幫浦送裝置、合理布置砼輸送管道都是工程的關鍵所在，也是本研究專案的又一工藝難點。2.
3、研究的方法
（1）拱肋鋼管的焊接、管節、管段的加工、系杆拱拱架的拼裝方面，有公司組織有經驗的技師，並聘請對鋼管砼拱橋鋼結構施工有豐富經驗的無錫船廠技師，共同完成。（2）鋼管砼拱橋的架設是該研究專案的技術難點，該方面的研究主要是通過大量的收集鋼管砼拱橋的施工資料，調研類似環境下的施工方法，充分發揮我公司橋梁施工方面多年總結的經驗，設計最合理的施工方案，聘請有經驗的專家進行嚴格論證，實地把關。
（3）拱肋砼灌注方面的研究主要是利用我公司多年在砼配比方面的經驗，調查周圍原材料的詳細情況，收集國內市場上的砼新增劑，進行反覆的配製，挑選最佳配合比。按照工地情況合理選擇砼攪拌機、砼輸送幫浦，布置砼幫浦送管道。3、主要專案的研究與實施3.
1、總體施工方法敘述
在工廠製作拱肋段、系杆、吊桿、風撐等構件；在河岸上搭設拼裝平台，拼裝系杆拱鋼骨架；河面上組裝浮體，浮拖系杆拱鋼骨架；接著進行吊桿、拱肋、系杆砼的灌注；最後完成內橫樑、橋面板的安裝。
見下頁「施工流程圖」,流程圖三個虛線框分別表示施工過程的三個階段即製作拼裝階段，浮拖階段，砼灌注階段。
3.2、系杆拱鋼骨架的製作3.2.1、焊接工藝評定
京杭運河高郵二橋系杆拱鋼結構材質均為q345b，屬於我們不常使用的焊接母材，並且鋼管拱肋焊縫質量、拼裝精度直接影響到整座橋梁的使用效能，是本研究專案的工藝難點和重點。因此，我們在焊接前進行焊接工藝評定，確定最佳焊接引數，保證焊接接頭拉伸試驗、彎曲試驗、常溫衝擊試驗等均符合要求。3.
2.2、工廠製作
(1)拱肋製作：在鋼管製作流水線上，把鋼板卷材卷製成拱肋管節，管節長度依鋼板的短邊寬度1.8m為準，用自動焊機焊接，管口人工校圓。
在1：1放樣台上，把拱肋外緣分成每段1.8m的長度，對應量取內緣長度，對管節端頭進行切削並分別編號；依次在放樣台上組拼拱肋，按照40t吊車的吊裝能力對拱肋分段，人工焊接。
(2)其他構件的製作：系杆角鋼、鋼板按設計加工成配件；吊桿無縫鋼管按設計長度擷取；風撐也用鋼板捲製。
(3)驗收保管：工廠加工全過程嚴格控制，焊接完成後按設計要求進行焊縫外觀質量檢查和超聲波與x射線檢測。不合格的刨掉重焊，全部合格後進行除繡、塗裝。3.2.3、工地拼裝
(1)拼裝順序：提前搭設拼裝平台、鋪設滑移軌道。拱肋段、吊桿、風撐及系杆運至工地後，在施工平台下進行試拼檢查，超出允許誤差先進行校正。在拼裝平台上先人工焊接系杆、臨時橫樑。
搭設拱肋拼裝支架，吊裝拱肋段，先進行組拼，然後作固定性點焊，在拱肋初步形成後對其幾何尺寸作詳細檢查，發現問題，及時調校，符合要求後人工焊接。最後吊裝吊桿，人工焊接。
(2)標高控制與調整:採用在接頭正下方地基上,設定水準點,鋼尺豎直量高,利用支架可調頂撐及工字鋼橫樑上方的木楔進行調整。
(3)軸線偏位控制:安裝過程中隨時用經緯儀,測距儀檢查拱軸線位置,一旦偏位,立即用攬風繩及橫樑上木楔進行調整。
(4)焊縫全部用超聲波檢查，達不到要求的及時返工。3.3、鋼管砼系杆拱浮拖法施工
(1)系杆拱加強：通過對系杆拱鋼骨架分析知，系杆拱鋼骨架整體剛度較低，為避免移動中結構變形，兩系桿間加設了5道臨時橫樑進行加強。
(2)浮體的組裝：用兩隻300t鐵駁船、貝雷梁、鋼管柱等組合成浮體。浮體重心的確定根據鐵駁船的實測幾何尺寸、吃水深度及船艙容量通過計算來確定，每只船艙內用四排雙層貝雷梁加強。
頂部滑道與岸上滑道結構完全相同，高度根據與當地航道部門協調確定的浮拖時水位計算，保證了浮拖時與岸上對接成功。
(3)浮體的水壓試驗：浮體組裝完畢後，用大計量水表與水幫浦對浮體進行水壓試驗。繪製排水量與吃水的關係曲線，方便系杆拱上、下船時調整浮體平衡。
(4)浮體上的滑道與岸上的滑道連線：在航道部門批准的時間內，浮體靠近拼裝平台，連線滑道。
(5)滑移上船：先抬高船上滑道高出岸上3cm，上船過程平穩緩慢，隨著系杆拱向浮體上移動，軌面下沉至與岸上平時，開始船艙排水，控制浮體上的滑道標高與岸上的滑道標高差在（+4～-1）cm之間，超出（+5～-2）cm時停止滑移進行調整。
(6)滑移軌道的解開：滑移到位後用木楔鎖定滾槓，用導鏈方木聯結系杆與滑道，使系杆拱與浮體形成乙個整體，拉緊系杆拱上纜風繩、船上地錨，從而減少滑道斷開時繫杆拱與浮體的晃動。精確調整浮體標高、中線，拆除貝雷片聯結銷子、軌道聯結板斷開滑道。
(7)浮拖：浮拖與一般浮拖相似，控制拖拉用力均勻，執行平穩，前端偏離中線不大於0.2m，標高差不大於5cm。
(8)浮體上的滑道與對岸主墩的搭接：系杆拱及浮體接近對岸時，減緩系杆拱前進速度，前端滑道逐漸搭上對岸主墩，兩側滑道前端各設人注意觀察，避免滑道碰掛對岸主墩上搭設的主副枕木垛。精確調整滑道中線位置，符合要求時浮船灌水壓艙，滑道落至主枕木垛上。
收緊浮體上的地錨，滑道、浮體與對岸主墩聯結，形成乙個較穩定的整體。
(9)滑移上岸：拆除系杆拱與滑道之間的聯結及滾槓鎖定裝置，拖拉捲揚機拉動系杆拱平穩緩慢移動到對岸主墩上，拉緊拱肋上纜風繩。
系杆拱前進過程中，嚴格控制滑道中線、水平。移動前先調整浮體上軌面標高平墩上軌面標高，移動中浮體上的軌面標高比岸上的軌面標高差控制在（+4～-1）cm之間，到+3cm時開始灌水壓艙，超過+5cm時停止滑動進行調整。移動時本岸捲揚機鋼絲繩始終處於收緊狀態，緊隨對岸捲揚機收放鋼絲繩，確保系杆拱架定位準確。
(10)拱架落到支座上：在副垛上用千斤頂支起系杆拱前端臨時橫樑，系杆離開滑道，抽出滾槓，解除浮體、滑道與橋墩的聯結，排水調整滑道與主、副枕木垛及系杆拱離開，通過浮船上地錨移走浮體、滑道。立即在主垛上接高枕木垛支起系杆拱，再分層下落拱架到支座上。
(11)人員組織：以上操作前先合理組織人員，定崗定人，分組演練，材料、機械專
人負責，擺放到位，確保浮拖時配合協調，操作熟練。3.4、鋼管砼系杆拱砼施工3.4.1、施工順序
系杆拱鋼骨架就位後進行砼施工，先澆注拱腳及端橫樑砼，同時壓注吊桿砼。拱腳砼強度達到要求後，有兩端分別對稱壓注拱肋砼。在角鋼系杆上搭設砼灌注吊模，拱肋砼強度達到設計強度的80﹪後，澆注系杆砼。
提前在岸上預製內橫樑，系杆砼強度達到設計強度的80﹪後，拱肋上安設滑車，吊裝內橫樑，澆注溼接頭。提前在岸上預製行車道板，內橫樑溼接頭砼強度達到設計強度後，用8t汽車吊由兩端對稱吊裝行車道板。最後進行橋面鋪裝。
3.4.2、拱肋砼施工
拱肋砼採用自拱腳一次對稱壓注至拱頂的方案。每根拱肋砼的灌注必須連續進行，灌注時間不能超出第一盤砼的初凝時間；灌注的砼要求不能出現斷縫、孔洞，管內砼不能與管壁分離。
鋼管砼採用半流動性微膨脹緩凝砼，控制水灰比不大於0.35,塌落度在（16～20）cm之間，加入減水劑減小水灰比、加入微膨脹劑保證砼與管壁的密貼，加入緩凝劑延長砼的初凝時間，摻加適當的粉煤灰以增加砼的和易性降低砼的水化熱，砼的配料強度控制在設計強度的1.15倍。
選用兩台hzs25攪拌機，兩台hbt60砼輸送幫浦，使用一台，備用一台。
連線好攪拌機、輸送幫浦、管道及拱肋後先壓入清水清洗管路，濕潤管壁，檢查管路的封閉情況。灌注砼前先幫浦入水泥漿，潤滑管道，然後連續幫浦入砼。
在拱肋鋼管上緣每隔2m開φ5mm的小孔，以便檢查砼灌注對稱情況及頂公升速度，待砼到位後，用木塞塞嚴。砼頂公升進度兩端相差較大時適當減緩較快一側的速度，控制因砼灌注不對稱引起的拱肋變形。
灌注時環境氣溫高於40℃，鋼管溫度高於60℃時，採取澆水措施降低鋼管溫度。拱頂設排氣增壓管，管口高出拱頂2m，以排出砼頂面浮漿，增加拱頂段砼的壓力，提高砼強度。
砼灌注完成後，關閉灌注口插板，穩定砼至管內砼強度達到設計強度的50％拆除管道接頭完成砼壓注。
4、本課題的研究成果及社會經濟效益
（1）通過鋼管砼系杆拱鋼骨架的加工、製作、拼裝、焊接等工藝的研究，對鋼構件的加工、製作、拼裝積累了有價值的技術引數和經驗，對鋼管系杆拱施工技術、施工控制有了一定的研究，取得了良好的效果，也為我公司施工系杆拱積累了一定經驗。（2）通過對系杆拱的浮拖研究，解決了系杆拱浮拖時結構自身的剛度問題，移動支點問題，上下浮體問題。
（3）通過拱肋砼幫浦送頂公升澆築施工，使我們掌握了拱肋砼壓注施工方法和工藝。為今後類似工程積累了大量的技術引數和寶貴的經驗。
（4）經江蘇省科技查新諮詢中心查證，採用整體浮拖系杆拱柔性結構，快速架設大跨度鋼管砼拱橋的施工方法為全國首例，特別是系杆拱橋在我國快速發展的時期，打出了自己的品牌。為公司在江浙滬地區滾動發展贏得了信譽,開拓了發展空間。（5）浮拖法施工與有支架安裝、纜索吊懸拼相比有工期短、投資少的優點。
在京杭運河江蘇段同期施工的同型別系杆拱橋還有兩座，揚州市一座採用纜索吊懸拼、無錫市一座採用有支架安裝，現場考察了解工期都在4個月以上，有支架安裝用100t浮吊月租金為10萬元，纜索吊懸拼投資也較大。浮拖法施工只需要我公司已有常備材料、機械裝置。
（6）工程施工操作容易、對航道運輸影響小。與有支架安置、懸索吊懸拼施工方法相比，系杆拱拼裝在岸上進行，人員、機械操作都很方便、安全，除浮拖的幾個小時需要斷航外，幾乎對航道沒有影響。據現場考察纜索吊懸拼施工的幾個月，每天要斷航2小時進行拼裝作業，有支架施工的100t浮吊作業時也要限航、斷航。
（7）由於主橋系杆拱施工工期縮短，全橋工期提前二個月，保證了在高郵雙黃鴨蛋節順利開通，獲得業主30萬元的工期獎。為我公司樹立了講信譽、能打硬仗的形象，在當地創出了品牌，站住了市場。
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