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備選型和關鍵技術,包括吊車選型、鋼絲繩選型、混凝土泵車選型、支架搭設計算、吊桿安裝施工等。
關鍵詞:配合比 混凝土頂升 設備選型 支架計算
中圖分類號:U448122 文獻標識碼: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,跨越3 條鐵路線路,由北向南分別為沈大下行線、沈大上行線、聯(lián)絡線,3 條線路均為電氣化鐵路,同時有4 條道路與該橋梁連接,橋梁兩側路口均為斜交路口。橋梁結構為一孔下承式鋼管混凝土系桿拱橋,其拱軸線為二次拋物線,矢高9 m ,矢跨比1P4。新建橋梁全長為38 m ,寬度為27 m ,共分兩幅,每幅縱向設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,拱肋鋼管材質為Q370qD 鋼管。拱肋在梁端插入縱梁內(nèi)深為0165 m。
每個拱肋下設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道;整體橋梁鋼拱共四道,每道分五段。
2 施工方案
施工時,按設計將每根鋼管拱肋分為五個節(jié)段,計劃在2006 年7 月1 日—7 月4 日進行鋼管拱肋吊裝,拱肋吊裝前在縱橫梁上搭設臨時支架,采用1 臺120 t吊車在橋北側進行吊裝作業(yè)。至2006 年7 月13 日完成拱肋焊接工作。然后進行拱肋頂升灌注C55 微膨脹混凝土,待拱肋鋼管混凝土強度達到設計強度的85 %后,拆除拱肋臨時支架,張拉縱梁1 # 預應力鋼束,以及空心板縱向3 # 、4 # 鋼索,并進行管道壓漿。最后安裝吊桿,按設計要求調整索力。拱肋節(jié)段見圖1。
3 施工方法
3．1 支架搭設
由于拱肋支撐的需要,需在拱肋相應的縱梁上方搭設支架,拱肋支墩由輪扣支架在橋面上搭設而成。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,各支墩連接支架采用120 cm ×120 cm布設,步距為120 cm。連接支架不承受拱肋重量,方便作業(yè)人員進行安裝吊桿、拱肋涂裝等作業(yè)。作業(yè)鋼板直接焊接在支架頂部,鋼板上部設有直徑650 mm的圓弧形支撐拱肋鋼板,見圖2。
3．2 拱肋支架的驗算
以承重最大的中間拱段支墩來進行檢算: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)定性計算支柱的受壓應力為σ= 87．02 MPa < [σ](2．5 MPa) ,滿足要求。臨界應力σcr = 146．76 MPa >87．02 MPa (實際應力) ,滿足要求。
313 吊車噸位的選擇
由于橋南側上部有高壓線,大噸位吊車站位受影響,因此計劃在該橋北側臺后采用120 t 汽車吊來完成拱肋吊裝。吊車站在北側向南側吊裝拱肋時,吊裝南側2 號段拱肋和中段拱肋難度較大,現(xiàn)計算如下:
1) 吊裝南側2 號段拱肋時,北側橋臺胸墻至南側2 號段拱肋吊點水平距離為29 m ,加上吊車站位距離橋臺前墻距離按7 m 考慮,吊車作用半徑應為36 m ,120 t 汽車吊主臂伸長40．5 m ,作用半徑為36 m 時,起吊能力為51 kN ,大于該段拱肋吊裝時所需的23．6 (拱段重) + 20 (吊鉤及其它) = 43．6 kN ,此時吊車吊鉤距地面距離H = 40．52 - 362 + 3 (吊車高) - 118 (吊鉤長) = 18．64 m , H 大于2 # 段拱肋吊裝時距離地面要求高度的810 m ,滿足要求。
2) 吊車吊裝中段拱肋時,北側橋臺胸墻至中段拱肋吊點水平距離為18 m ,加上吊車站位距離橋臺前墻距離按7 m 考慮,吊車作用半徑應為25 m ,120 t 汽車吊主臂伸長32．5 m ,作用半徑為26 m 時,起吊能力為92 kN ,大于該段拱肋吊裝時所需的52 kN(包括拱段、吊鉤等重量) , 此時吊車吊鉤距地面距離H = 
(吊車高) – 1．8 (吊鉤長) = 2．17 m , H大于中段拱肋吊裝時距離地面要求高度的12．0 m ,滿足要求。
3．4 鋼絲繩直徑的選擇
每根拱肋均采用單點吊裝,以最重的中段拱肋計算,考慮鋼絲繩等附加荷載10 kN ,最大起重量為33kN。吊裝時,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。計劃選用6 ×37 型直徑32．5 mm 的鋼絲繩(鋼絲繩公稱抗拉強度為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)點對接接口,該焊縫是全橋的關鍵焊縫,而且是全位置焊接,因此采用手工電弧多層焊接。焊后24 h 后進行超聲波探傷和X 射線探傷。1 # ～5 # 節(jié)段拱肋管焊接完成后進行鋼橫撐的手工電弧對稱分布焊接。焊接完畢后對焊縫處進行打磨除銹,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 ,頂升法施工時泵送混凝土兩邊對稱頂升,當拱頂排氣孔有砂漿及混凝土排出且拱頂管內(nèi)混凝土密實后應盡快封閉管頂。管內(nèi)混凝土灌注質量以超聲波檢測為主,人工敲擊為輔的方法加以檢測。
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,混凝土初凝時間24～28 h ,終凝時間40～46 h。
3．8 拱肋混凝土泵車能力的確定
泵送頂升混凝土的關鍵是混凝土泵車提供的最大泵送頂升壓力能夠使鋼管內(nèi)的混凝土達到鋼管的頂端,因而泵車的性能、混凝土的特性與頂升的高度是決定施工機具選型的主要條件。
結合以上分析,混凝土泵送頂升機具選型主要是泵車能提供的壓強與泵送頂升壓力的比較。具體計算時將鋼管的垂直高度折算成水平距離,利用求出的單位長度水平管產(chǎn)生的壓力損失值,計算出所需的泵送混凝土壓強,考慮自重壓力、泵車內(nèi)部的壓力損失值后即可進行泵送機具的選型。根據(jù)《混凝土泵送施工技術規(guī)程》的有關資料,計算出按施工中2 倍的計算值選用,即選用6．3 MPa 以上的泵車。
3．9 頂升混凝土的施工
全橋4 根鋼管拱的混凝土在嚴密的組織、嚴格的質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,由于拱頂未設計隔板,因此,在拱頂排氣孔設專人觀測,一側混凝土先頂升到位時,先停止泵送,待另一側混凝土頂升到位時,再同時頂升,直到排氣孔出漿并有混凝土排出時,維持泵壓并立即關閉閘閥以保證混凝土的嚴密充實。
3．10 吊桿施工方法
工藝流程為:安設5 t 卷揚機于橋面上→穿掛吊桿于吊桿鋼管拱肋→張拉索體→擰緊螺母→內(nèi)力調整張拉→檢測吊桿內(nèi)力→封閉防護。
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。④啟動卷揚機,緩慢將吊桿牽引向上,穿出拱肋預留鋼管,擰上上端螺母。⑤卸下牽引連接頭。⑥重復①～ ⑤步驟,以同樣方式進行下一根吊桿的安裝。⑦待吊裝就位,擰下下端螺母,將下錨桿穿進橫梁的預留鋼管內(nèi),再擰上下端螺母。⑧張拉時,在連接支架頂部搭設工作平臺,按順序安裝撐腳、張拉桿、千斤頂、張拉螺母、油電管線。⑨啟動油泵,緩慢加壓,開始張拉,同時注意監(jiān)控油表讀數(shù),一旦到設計索力值,立即停止。⑩擰緊螺母。
4 施工注意事項
1) 合龍前對拱肋進行全面的線形、位置測量及調整,并盡可能選擇溫度變化幅度較小的時間段合龍。合龍后對拱肋線形及位置實施精測,調整合格后固定合龍裝置,進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,然后補焊。
4) 頂升混凝土時,每個灌注孔備用1 臺輸送泵,防止泵車中途出現(xiàn)故障,避免管內(nèi)混凝土凝固。
5) 灌注前用水或蒸汽濕潤管壁。
6) 輸送過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、灌注過程中、灌注后對拱肋．LP8～7LP8 點進行高程測量和橫向位移觀測。
8) 混凝土灌注24 h 后,對拱肋澆水降溫養(yǎng)護。
9) 混凝土澆筑完成后,對吊桿實際長度進行測量。
5 結語
鋼管拱橋施工中最關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確,如果不能使混凝土達到微膨脹效果,鋼管拱肋在受力時,鋼管內(nèi)的混凝土由于收縮與鋼管有間隙,不能夠達到三向受力的效果,從而不能夠提高其彈塑性工作性能。另外,泵送頂升機具的選擇至關重要,若因其頂升能力不足,頂升不到位而返工,將會造成很大的經(jīng)濟損失。
