钢管混凝土拱桥施工技术

钢管混凝土拱桥施工技术

韩东禄

中建八局第一建设有限公司，济南250000

[摘要内容] 钢管混凝土拱桥的拱肋是以受压为主的构件，且一般具有跨径大及宽跨比比较小的特点。随着交通事业的快速发展，新建项目不可避免的需要上跨既有的交通线路。受限于既有项目通行净空、远期规划，以及新建项目纵坡需求，钢管拱桥在新建交通项目特别是铁路项目中圆满满足了上述需求。常见的钢管混凝土拱桥跨径为80m、96m、112m、128m、140m，本文就莱荣高铁跨省道S209特大桥1-112m下承式钢管混凝土系杆拱桥为例，介绍标准跨径下系杆拱桥的施工方法。

[关键词] 高铁，系杆拱桥，112m，钢管混凝土拱桥，下承式

一、引言

钢管混凝土拱桥跨度一般比较大，所以拱肋都必须采用高强度材料，钢管混凝土具有很高的承载能力，既可以减少桥梁的自重，也可以改善大跨度拱桥的抗风能力和抗震能力，还可以获得拱肋所必须的结构刚度，在保证构件整体稳定性的基础上，使拱肋结构避风面积小，所受风荷载减少，到达改善桥梁横向稳定性能的目的。

二、工程简介

新建莱西至荣成铁路工程为设计时速350公里无砟双线高速铁路，其ZQSG-1标跨S209省道特大桥第106孔（105#-106#墩）设计为1孔112m双线下承式钢管混凝土系杆拱桥。

三、施工流程

（1）主孔基础及墩身施工；搭设支架，混凝土浇筑前支架需预压。

（2）支架现浇系梁及拱脚混凝土，张拉第一批纵向预应力索。

（3）在系梁上搭设支架，支架预压；在支架上对称安装第一段拱肋钢管。

（4）对称安装第二段拱肋钢管；调整焊接二、三段接头焊缝。

（5）安装合拢段拱肋钢管；安装拱顶横撑；泵送拱肋上管管内混凝土；泵送拱肋下管管内混凝土；分仓、对称、均匀灌注拱肋腹板内混凝土。

（6）待管内混凝土达到设计强度的90%后，拆除系梁临时支架；安装2#、2‘#吊杆并张拉，单根吊杆初张力1200KN。

（7）一次安装张拉其余吊杆，其张拉顺序为4#、4‘#——6#、6‘#——8#、8‘#——10#、10‘#——3#、3‘#——7#、7‘#——9#、9‘#——11#、11‘#——12#、12‘#——5#、5‘#——1#、1‘#。

（8）拆除系梁支架，安装桥面线上设备（二期恒载）；检测并调整吊杆力至设计值；施工拱脚二次混凝土；钢管外表面涂装；施工完成，验收，准备运营。

流程一                            流程二

流程三                            流程四

流程五                            流程六

流程七                            流程八

四、施工技术

系梁采用支架法现浇，拱肋及横撑安装采用支架配合吊车安装，支架均采用梁柱式支架。以上方案均需通过专家论证。

因省道S209要求通行净空为5m，系梁完成面净空：88.286（梁底高程）-81.92（路面高程）=6.366m，若使用标准贝雷梁无法满足通行要求。替代贝雷梁方案为：制作非标1.2m贝雷梁或采用I56工字钢作为主梁，综合经济及安全方面跨路段采用I56工字钢作为纵向主梁。

系梁支架结构：由上及下依次为18mm厚清水模板+（10×10）cm小方木楞+I14工字钢（分配梁）+I56工字钢纵连（跨路段）+贝雷梁纵梁（公路两侧）+双拼或三拼I56工字钢主梁+Φ630*10mm螺旋钢管钢立柱+条形基础或桩基础。

拱肋支架结构：由上及下依次为[20槽钢斜撑+双I56工字钢横梁+Φ529*8mm螺旋钢管钢立柱+系梁。

立柱横纵向连接采用Φ150*6mm钢管或[20槽钢，斜撑采用[14槽钢，横、斜撑与钢立柱连接采用钢板焊接。落架结构采用经过验算试验过的落梁架，摒弃加工精度不足、操作不便的沙箱结构。

本支架由西南交通大学李老师带队进行设计，设计原则以安全为原则，支架结构安全储备系数不低于1.3。经过建模计算，满足施工要求。

五、施工要点

（一）系梁支架

1、材料选择：钢材进场应检查有无断裂、扭曲现象，特别是贝雷梁及相关配件，逐套进行检查，肉眼可见外伤的禁止使用。钢立柱接长要求：采取全熔透焊，打磨坡口后进行焊接，为保证强度，在钢管接头处采用尺寸不小于300*120*12mm的钢板进行加强。

2、连接点：本支架进行受力计算时，钢立柱上下均考虑铰接，钢立柱平纵联、斜撑均考虑固接。钢立柱上下与临时基础、落梁支架连接时首先考虑高强螺栓，螺栓正反布置，设置双螺母，地脚预埋螺杆Φ20长度不短于500mm。平纵联、斜撑与钢立柱连接时采用连接板增大焊缝长度，焊缝宽度及高度不小于8mm，单条焊缝长度不小于100mm，连接板厚度不小于15mm。

3、I56工字钢：工字钢接长应严格按照《钢结构连接节点设计手册》要求在翼板、腹板利用连接板进行接长操作。钢立柱柱顶横向主梁双拼或三拼I56工字钢，应在钢立柱范围内利用厚度不小于10mm的钢板对腹板进行加固。为增加双拼或三拼工字钢整体稳定性，应将工字钢焊接为整体，间隔1000mm，焊缝长度不小于100mm。

4、对于纵向主梁I56工字钢，为防止受压后失稳，用Φ20及以上钢筋将相邻工字钢翼缘板进行焊接连接，间距1000mm，焊缝长不小于10mm。利用U型卡扣将纵向I56工字钢与I14工字钢分配梁进行固定。梅花型布置，保证每根I56工字钢不少于3个U型卡扣，卡扣的位置应尽量避开纵向方木的位置的位置。

5、预埋件：墩柱及承台施工时应预埋连接钢板，用于靠近墩柱的钢立柱与其相连，增加支架稳定性。省道S209两侧的临时基础采用桩基础，桩基施工前需预制桩顶范围1m钢筋笼并焊接连接钢板和锚栓，桩顶混凝土需进行振捣并清除浮浆，保证桩顶混凝土强度。

6、钢立柱间距无法按照贝雷梁长度的模数进行布置，造成部分贝雷梁竖杆未处于横向主梁之上。需利用[10槽钢对贝雷梁进行竖杆加强，同时在横向主梁处用[10槽钢对贝雷梁进行横向限位。

7、系梁两侧实心段位于墩柱范围内，因其荷载大，可采用钢管支架、细沙、工字钢等进行搭设。

系梁浇筑完成，混凝土达到设计要求时，需按设计要求对部分预应力束进行张拉。系梁在预应力的作用下，部分截面会产生上浮或下沉，支架的受力进行重分配。拱肋安装需在系梁梁面搭设钢立柱支架，系梁支架的受力状态在初张拉改变后，会随着拱肋支架的安装再次重分配。因此系梁初张拉后，应对系梁支架进行全面检测，特别是受力面最大处及附近纵横连接焊点、纵横向限位装置等，若发现异常需进行受力检算后制定相应方案进行处理。系梁支架经检查无问题后方可进行拱肋支架搭设。

（二）拱肋支架

1、防止钢立柱受力时对柱脚附近系梁截面产生破坏，需增大柱脚处系梁受力面积或者对系梁进行加强。可以采取增加柱脚临时钢筋混凝土基础（横向4000mm*纵向2000mm*高度500mm）增大系梁受力面积或者在系梁箱室钢立柱下方利用型钢构件对系梁梁面进行加强。

2、拱肋支架应设置在钢管拱连接部位，空间需能够采取千斤顶对拱肋进行上下调节，并能满足焊接作业空间，方便钢管拱的焊接作业。因钢管焊接作业要求高，需将焊接作业空间进行包围，减小焊接作业时风的影响。

3、因拱肋高度较高，支架进行受力检算时应考虑风荷载，特别是横桥向风荷载。除必要作业围护，系梁梁面以上严禁设立增加横风受力面的任何设施，若拱肋混凝土安排在冬季施工，风荷载受力检算需考虑养护结构的影响。为增加支架稳定性，建议系梁施工时预埋钢筋或螺栓与钢立柱柱脚或柱脚底座混凝土相连，并将支架进行横向连接。

4、拱肋支架搭设应纵横向对称搭设，支架材料在梁面临时存放时不得堆积造成局部荷载过大，使梁体偏载。

（三）钢管拱加工

1、分段长度设计有要求时，需严格按照设计要求长度进行加工。设计无要求时，需考虑运输及安装需求。

2、钢管接口位置需避开吊杆拱肋预埋套管，接口位置确定后方可进行拱肋支架设计。

3、相邻钢管接口需设置对中及临时固定装置，可采用在接口位置焊接临时对中钢板，带钢管接口焊接完成后将对中钢板割除。

4、钢管拱加工严格按照设计要求进行，设计未涉及的依据《铁路钢桥制造规范》有关规定办理，并从严控制。

5、钢管拱加工时，需预留泵送混凝土检查孔及排气孔，施工单位及监理单位需派人驻厂监造。

（四）钢管拱安装

1、编制安装方案时，在场地允许的情况下，优先考虑吊车不上桥吊装，若吊车需上桥，需对梁面进行吊车各作业工况的受力分析，采取必要措施减小梁面集中荷载造成梁面损坏。

2、吊车在桥上行走、作业及钢管在梁面临时放置时重心需与梁体轴线，居中，不得造成梁体偏载。

3、钢管安装需自两侧拱脚向拱顶对称安装，横桥向钢管安装也需对称进行。

4、钢管拱泵送混凝土开始前需用饮用水进行泵送试验，检验合格后方可进行钢管混凝土泵送。

5、钢管混凝土强度达到设计要求后，依据施工流程进行吊杆安装及张拉及桥上线上设备，检测并调整吊杆力至设计值，施工拱脚二次混凝土，并进行成桥检测。

六、结束语

钢管混凝土拱桥为交通设计者提供了很好的跨路、跨河结构，其跨径大的特点可以客服很多复杂的地形，目前在建的最大跨境上承式钢管混凝土拱桥——天峨龙滩特大桥，主跨跨径大600m，随着技术的进步，钢管混凝土拱桥将越来越多的出现在工程实例中。

参考文献

[1] 韩涛;付欣荣;;拱形钢管混凝土的制备与施工及质量控制[J];中国水运(下半月);2010年06期

[2] 管斌君,丁庆军,胡曙光;江汉三桥钢管混凝土设计与施工技术[J];河南建材;2000年03期

[3] 吴剑波;;钢管混凝土桥梁技术控制研究[J];交通科技;2013年S1期

韩东禄，装饰公司，业务经理，济南市历下区文化东路中建文化广场B座19楼，18505316961，276929578@qq.com