钢管混凝土拱桥拱肋施工技术

发表于2011-12-19 2174人浏览 1人跟帖总热度:103

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1　前言
　　
　　最早将钢管混凝土应用于拱桥结构之中的是1937年的前苏联。1990年，中国第一座钢管混凝土拱桥，跨径110m的四川旺苍东河大桥建成。由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点，钢管混凝土拱桥在我国得以迅速发展。
　　钢管混凝土拱肋是钢管混凝土拱桥施工中重要的内容和施工质量控制的关键，一般应由较强钢结构加工能力的单位完成，土建施工单位配合施工。本文结合萍乡市鹅湖桥的工程实践，介绍了钢管混凝土拱肋的施工技术及应该注意的问题。
　　鹅湖桥为跨径60m的下承式钢管混凝土系杆拱桥，是一座跨萍水河的城市桥梁，由于下承式拱桥的造型特征，该桥成为萍乡市的一道重要景观。本桥钢管拱肋由萍乡市机械厂加工。
　　
　　2　钢管拱肋制作
　　
　　2．1　钢管拱肋制作工序
　　本桥拱肋钢管在混凝土地坪上，放整拱大样焊接组装。制作工序如下：
　　钢板下料、切割、倒坡口→用卷板机卷管→在专用夹具上校正成型，焊接成管→检查和校正失圆度，保证组装精度→画线切割，倒角度→定位和组装作节段焊接→焊隔仓板，开混凝土浇注及振捣孔→焊接头加劲肋和连接装置等→预制件移位→作观测标志。
　　每一吊装段分三段制作，以便翻身焊接钢管，组合腹板，在地槽上进行吊装段组合焊接，按预制组装好的半拱作预拼，并检查组合精度。
　　
　　2．2　钢管拱肋制作要求
　　拱肋钢结构制造工艺除应符合TBl0212－98的要求外，钢管拱肋及相应横撑补充以下规定。
　　钢管制作补充要求。
　　1)卷管方向应与钢板压延方向一致，卷制钢管前应根据要求将板端开好坡口。焊缝按TBl0212－98的要求进行检查，焊缝质量应达到TBl0212－98的超声波探伤内部质量I级标准，焊缝外观质量也应满足TBl0212－98的要求。
　　2)本桥采用螺旋缝埋弧焊钢管。管端严格放样，注意考虑拱肋预拱度的影响；钢管整体校圆可在卷板机上进行，也可在夹具上进行：局部校圆则用已制作好的弧形样板内衬钢管，对不密贴处按TBl0212－98进行矫正：钢管弯曲按TBl0212－98第4.3条执行。
　　3)坡口可采用机加工或精密切割，坡口尺寸应按照设计图、并由焊接工艺确定。腹杆与弦杆端头的坡口按图1进行加工。钢管与钢管对接的坡口按图2进行加工。
　　拱肋分段组装补充要求。
　　1)桁片划分及编号：各桁片要分别编号，桁片的长度可由实际管料规格、加mm艺等因素综合考虑，原则上各桁片段段口应避开吊杆孔及腹杆接头位置。
　　2)分段的划分：每个分段由若干上弦桁片、下弦桁片和腹杆组成，每一分段为一吊装节段。
　　3)桁片内钢管的对接：每个分段可先在模架上对接成整体。对接时各节钢管的焊缝位置错开150mm以上，并且置于平联板空腔内。焊接和焊接检验按TBl0212－98进行，焊缝质量应达到TBl0212－98的超声波探伤内部质量l级标准，焊缝外观质量应满足TBl0212－98的要求。
　　3)连接钢板焊接：上、下钢管及吊杆处吊点的所有连接钢板与钢管间的焊缝推荐采用埋弧焊，焊接和焊接检验要求同桁片内钢管的对接。
　　4)圆管接头的焊接：主拱拱肋弦杆与腹杆等的接头采用部分焊透对接焊缝，焊缝按TBl0212—98的要求进行检查，焊缝质量应达到TBl0212—98的超声波探伤内部质量II级标准。
　　5)分段组装：分段组装应在组装工作平台上进行，工作平台按半拱竖向预拼设置。组装前应对工作平台进行检验，工作平台胎架与样板的线形应吻合，误差不大于3mm。
　　
　　3　钢管拱肋制作精度
　　
　　依据设计要求及TBl0212—98有关条款，由钢结构制造单位制定相应的工艺检查卡片供监理检查，各种工艺评定试验报告还应由业主确认。本工程中对TBl0212－98允许偏差补充如下。
　　
　　3．1　焊接钢管单元的矫正
　　目前按制作工艺，一般在形成构架单元前的钢管应事先进行矫形对接焊，管单元的焊接变形也需要矫正。其矫正允许偏差：弯曲度：f≤L/100且f≤8mm；椭圆度：f/d≤3/1000
　　
　　3．2　温度对结构制作及拼装精度的影响
　　采用级50m钢卷尺放样，标准校准温度180c，拉力98N，测量数据应考虑温度的影响。
　　
　　3．3　结构平面组装精度
　　根据本桥的特点，结构平面组装精度受节段制作精度累积的影响：
　　1)节段单元控制精度：接头错位(钻孔处)：σ≤1mm；钻孔直径偏差：±0～0.5mm(φ24孔)
　　2)试拼装几何精度：节点坐标：±2.5×节段数(mm)；试装长度：±2.0×节段数(mm)；接头错位(钻孔处)：σ≤1.0mm；直线度：≤±8.0(mm)。
　　
　　3．4　结构施工精度
　　1)钢板卷圆与样板的偏差：f≤±1.0mm；样板的偏差：±0.3mm
　　2)钢管椭圆度：f/D≤311000
　　3)钢管端部不平度：f/D≤1/500且f≤3mm
　　4)弦管组合误差：d/b≤1/1000：拱肋宽度误差：±3mm
　　5)腹杆组合误差：△/L≤1/1000；竖腹杆中心距误差：±3.0mm
　　6)板件局部翘曲：f≤2.0mm
　　7)拱肋高度偏差：±3.0mm
　　8)拱肋节段断面扭曲偏差：△≤1 mm/m：节段最大不超过：5mm；节段断面对角线误差±4.0mm；拱肋节段L(m)旁弯：(3+0.1L)mm：拱肋节段弧线与理论弧线差：±3mm；安装时各拱肋节段接缝错位：不大于1.5mm
　　9)吊杆孔水平间距误差：±3mm
　　10)拱轴线长度误差：△≤20mm
　　11)吊装合龙后横向偏位：±10mm
　　12)吊装合龙后竖向偏位：±15mm
　　13)吊杆长度偏差：±10mm
　　
　　4　钢管拱肋煨弯及安装
　　
　　4．1钢管煨弯
　　根据本桥的具体情况，拱肋钢管加热煨弯采用红外线陶瓷电加热技术。
　　1)钢管煨弯准备
　　在钢管拱肋的拼装平台(或计算机)上放出拱肋大样，合理确定各根主弦管煨弯节段长度。分节时要综合考虑各设计的长度情况，使各节段的长度接近。
　　对每一分节弦管建立独立的坐标系，量取其拱度，按确定的钢管超弯量对托架进行设计。
　　钢管煨弯所要求的温度范围根据交通部《公路桥涵施工技术规范》的规定：热矫温度应控制在600－800℃，矫正后钢材温度应缓
慢冷却。
　　2)钢管煨弯胎座加工
　　为方便钢管在煨弯完成后吊运至拱肋拼装平台进行拼装，宜将弯管胎座与拼装平台布置于同一制作场内，使场地龙门吊的吊运范围能覆盖整个拼装平台和弯管胎座上方。
　　3)钢管煨弯设备：
　　(1)加热设备：每套设备由一台主控箱连接三个加热箱构成。
　　(2)保温设备：在加热箱两侧的一定长度范围内给钢管包裹上厚度为3cm左右的玻璃棉；而在管内，将玻璃棉绑贴在钢丝网上，做成既有一定刚度又有一定弹性的、与钢管内壁密贴的保温管(筒两端也封上玻璃棉)，保温筒的长度应能覆及连续三个钢管加热环带。
　　(3)顶压设备及辅助工件：顶压设备采用手摇螺旋式千斤顶。螺旋式千斤顶具有行程容易准确控制的特点，可根据不同的速度要求施加或停止施加顶压力。
　　(4)辅助设施：钢管煨弯过程中还要结合现场特点配备一些必要的辅助设施，如千斤顶操作平台、加热箱吊运架、防雨篷等。
　　4)钢管煨弯加热、压弯程序：
　　(1)加热环带的布置：根据所需煨弯钢管的拱度资料，调整好各定型托架，然后将直钢管吊运至弯管胎座上正确就位，安装好各反力架和千斤顶。利用两端千斤顶将钢管调整至水平。此时，钢管只与胎座中央最高的一个托架接触。两千斤顶的力能使钢管稳定即可，不宜过大。
　　(2)加热程序：钢管的煨弯顺序为从管中向管端逐个环带进行。先从管中往一端煨弯，完成后再将加热箱移至另一侧，从管中往另一端煨弯。
　　(3)压弯时机的掌握及压弯量的控制：加热后，钢材的温度由原有值逐渐升高，钢材的塑性应变增大；然而在250℃左右，钢材反而会变脆(这种现象称为“蓝脆”)，应注意不要在此温度下进行加工，以防钢材出现裂纹。
　　
　　4．2　钢管拱肋安装
　　经试拼、检验合格后的拱肋节段，可运至桥位处起吊安装。
　　本桥采用三段龙门吊吊装工艺，吊装顺序为从拱脚至拱顶。为了确保吊装调整拱肋过程中不增加次内力，拱肋吊装合龙时拱脚为轴铰，等调整拱轴线满足设计要求后，再封固拱脚铰形成无铰拱。本桥吊装安装为常规方法，在此不再叙述。
　　
　　5　拱肋及系杆安装中横向稳定性的控制
　　
　　在系杆和拱肋安装完毕后的施工中，要随时注意维护已完成结构的稳定性，特别是横向稳定性，因为随着施工荷载的不断增加，对结构的总体稳定要求也就相应提高。如果仅有临时横向缆风绳，不够安全，为此应设法提高结构自身的稳定性。系杆拱的横向稳定理论说明，对横向稳定有利的主要因素是主拱肋间的横撑。为了发挥这个因素作用，就应科学地安排后序施工顺序，使设计中对横向稳定有利的杆件优先安装或浇筑，以尽早发挥作用。例如：要先安装肋间横撑，浇筑部分中横梁后，再考虑预应力束的张拉，根据工程要求，若需提前张拉系杆，可在系杆间设置临时横撑，临时横撑数量必须依桥长而定。总之，要均能起到增强横向稳定的作用，保证结构横向稳定性的提高速度超过施工荷载的增加速度。
　　
　　6　管内混凝土施工
　　
　　管内砼按单拱对称进行，先下管内砼达到设计强度的80％后再泵送腹板及上管内砼，尽量保证整体结构对称施工。
　　管内混凝土采用流态微膨胀混凝土，混凝土缓凝时间不小于6小时，要求水灰比不大于0.45，采用0.5－3cm粗骨料及中粗砂，坍落度不小于15cm。
　　钢管内混凝土采用顶升压注法施工，其顶升工艺流程为：准备工作(机械设备、材料、人员到位)→压注水泥砂浆→连续压注混凝土→间歇→压注混凝土→关闭进料闸阀→拆除固定泵至另一片拱肋。
　　混凝土压注完毕以后，对整个钢管拱混凝土质量进行全面敲击检查，声音沉而哑者，表明混凝土充填饱满。对有异常段进行超声波无损检测，当钢管拱肋混凝土与拱壁剥离间隙超过3mm时，采用钻孔压入水泥浆的方法进行补强处理，然后将钻孔处用电焊补焊封固。
　　本工程在整个灌注过程中，仅上游上弦管发生了堵管，其余均较顺利。经过超声波对钢管内混凝土灌注密实度检测，拱顶段均有3－5mm的脱空，经压注水泥浆补灌后检测，钢管内混凝土饱满度较好，基本达到要求。
　　
　　7　钢管防锈方案
　　
　　本桥设计喷涂铝镁合金的主要工艺为：采用喷砂除锈预处理后，热喷涂200－250um铝镁合金(LF2)，再以锌磺环氧酯底漆作封闭(H06－2)，外涂装采用氯化橡胶面漆，封闭及外涂装涂层厚度各按2度计，共100um左右，设计有效防腐年限可在30年以上。
　　涂层检验要求如下。
　　1)表面处理检验
　　除锈等级达到Sa3级，粗糙度达到Rz40－80um。喷砂除锈后工件表面应干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹。
　　2)各涂层外观和厚度检查
　　热喷锌层应外观均匀，不允许有丰收皮、鼓泡、大熔滴、裂纹、掉块和漏喷等缺陷。
　　3)各涂层附着力检验：按GB9794－88标准，采用划格法检查。涂层附着力应在涂层工艺试验中完成，一般在后期可不再做。
　　整体涂装后的检验方法如下。
　　(1)外观检验：肉眼检查，所有工件100％进行，施工时认真记录，监理单位抽查。
　　(2)厚度检验：采用磁性测厚仪检查，所有工件100％进行，施工时记录，监理单位抽查。对表面积大于2m2的工件，每件测十处，每处测三点取平均值记录；表面积小于2m2的工件，每件测五处，每处测三点，取平均值记录。各处测量值的总平均值在规定厚度的95％以上，最低值在规定厚度的85％以上为合格。
　　(3)附着力检验不作为每个工件的日常必检项目。监理单位可根据情况在不同施工阶段或认为必要时，要求某批工件进行一定数量的抽查，并记入施工记录。

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