2228m钢管混凝土拱桥拱肋架设工法.docx
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2228m钢管混凝土拱桥拱肋架设工法
2×228m钢管混凝土拱桥拱肋架设工法
1前言
近几年，随着桥梁建设事业的不断发展，钢管混凝土拱桥因其受力性能好、跨越能力大，在我国桥梁建设中数量急剧增加。
钢管拱常用的架设方法主要有支架法、缆索吊吊装法、平转法、竖转法、浮吊法以及几种方法综合应用的方法。
本工法是在中铁一局集团桥梁工程公司承建的南昌生米大桥钢管拱架设施工中形成的。
南昌生米大桥主桥为75+228+228+75m双连跨中承式钢管混凝土系杆拱桥，结构为刚性拱柔性系杆结构。
主拱轴线为二次抛物线，桥面以上由四根Φ900mm钢管组成空间桁架结构，拱肋断面高4.6m，宽2.6m。
每根拱肋长188m，重600余吨。
本工法摒弃了传统的缆索吊装，采用门式膺架半拱整体施工方案，创意新颖，工艺先进，符合桥梁大节段吊装施工的发展趋势。
该项技术于2005年3月通过包括中国工程院院士在内的国内知名桥梁专家技术鉴定，2006年3月通过了中国铁路工程总公司科技成果评审，一致认定该成果技术先进，达到国内领先水平，对类似工程有一定的借鉴作用。
2工法特点
2.1在施工期间主孔通航不受限制，对河道通航影响较小。
2.2与传统缆索吊施工相比，门式膺架法整体吊装安全性更高。
2.3拱肋采用两大段吊装，减少了拱肋空中安装时间及焊接次数，施工受桥位处风力的影响概率减小。
2.4将大量工地焊接工作转移至厂内进行，减少了现场空中焊接及线形调整工作量，确保成桥后钢管拱的线形精度，保证了钢管拱施工质量。
2.5吊装设施为大型龙门，起吊能力远大于缆索吊。
2.6工艺简单，施工周期短。
3适用范围
3.1适用于无支架法施工的下承式、中承式、上承式拱桥施工。
对于跨度较大的拱桥，其优越性更明显。
3.2适用于工期较短的公路、市政桥梁施工。
4工艺原理
经计算，在钢管拱合理吊点处施工桩基，其上拼装万能杆件门式膺架。
拱圈分段在厂内加工制作，按1/4拱段运输至桥址后，每两片1/4拱段在驳船拱胎上焊接成1/2拱段。
先利用三角区的小龙门和门式膺架两点起吊半幅拱圈水平上升，为了避免钢管拱与临时铰相碰撞,在拱肋提升到一定的高度后,后吊点沿小龙门顶滑板向立柱方向滑移,继续起吊钢管拱,待钢管拱提升高度与临时铰平齐时,后吊点再沿小龙门顶滑板滑回设计吊点位置,将拱脚与临时铰连接，继续起吊拱肋跨中吊点，直至拱肋达到设计位置时停止，同理起吊另半幅拱肋就位，调整拱顶千斤顶，使拱顶标高达到设计位置，调整，焊接合拢段，形成整体，完成拱圈安装。
5工艺流程及施工要点
5.1工艺流程
门式膺架半拱整体吊装钢管拱施工工艺流程如下：
厂内制作1/4钢管拱拱节段—→施工架拱临时设施—→1/4拱节段运输就位—→1/4钢管拱节段顶升—→两片1/4拱节段对接形成1/2拱—→1/2拱节段提升—→1/2拱节段拱脚临时铰销接—→两片1/2拱合龙—→另半幅拱圈合龙—→安装风撑。
5.2施工总体布置及吊装设备
5.2.1施工总体布置
两跨钢管拱架设，共采用7台吊装设备，其中固定式门式膺架4座，活动式龙门3台。
其中三角区活动龙门作为两跨的公用设施。
其总体布置如图1。
图1施工总体布置
固定式门式膺架作为1/2拱跨中起吊设备，活动式龙门作为1/2拱拱脚起吊设备。
5.2.2吊装设备
1固定式门式膺架
固定门式膺架应满足吊装跨度、高度及起吊重量的要求。
结构形式如图2。
图2固定式门式膺架结构
固定式门式膺架由门式膺架、桩基承台基础及缆风绳三部分组成。
门式膺架由立柱、横梁两部分组成，均由N型万能杆件拼装而成。
立柱横桥向宽度4m，顺桥向为变截面，由12m递减至4m。
立柱杆件根据受力采用双拼、三拼、四拼形式。
横梁断面高度4m，宽度4m，采用三拼形式。
门式膺架基础：
为了保证结构稳定性，门式膺架基础采用桩基承台结构形式。
主要承担门式膺架自重及起吊钢管拱1/2拱段时前吊点的反力。
应根据结构受力确定承台及桩基的配筋。
门式膺架缆风绳：
缆风绳设置在门式膺架两侧，分为顺桥向和横桥向两种方向。
顺桥向缆风绳锚固于主墩承台。
横桥向缆风绳锚固于门架横向上下游120m远处的水中锚上。
缆风绳根据吊装过程中的受力大小，确定钢丝绳的规格及数量。
图3门式膺架缆风绳布置图
门式膺架缆风绳布置见图3。
2活动式龙门
活动式龙门除了在吊装钢管拱拱肋时做为后吊点外，还兼作三角区施工设备。
因此活动式龙门安装有动力走行设备。
活动式龙门由立柱、横梁、走行轮三部分组成。
江心滩活动龙门走行轨道设置于混凝土条形基础上，水上活动龙门基础设置于混凝土拱肋临时桩桩侧牛腿上。
活动式龙门结构形式如图4。
3连续提升系统
图4活动式龙门结构图
提升系统选用提升千斤顶作为提升系统连续千斤顶主设备，其特点是结构紧凑，体积小，重量轻。
提升系统主要由五部分组成:
1.千斤顶2.主控台、泵站3.提升钢绞线及收线器4.纠偏器5.吊具。
提升系统总体布置见图5。
图5提升系统总体布置图
千斤顶：
千斤顶作为连接提升系统的工作部分，由两台穿心顶组合而成。
千斤顶结构及安装见图6。
主控台、分泵站：
主控台是连接提升系统的控制部分，由控制电路组成。
提升钢绞线及收线器：
提升钢绞线标准为270级，公称直径φj15.24mm（标准强度1860MPa），左右旋应均布；收线器由钢管制成，具体见图7。
图7收线器示意图
图6千斤顶结构及安装图
纠偏器：
纠偏器防止提升过程中钢绞线出现死弯。
吊具：
主要由上横梁、耳板、下横梁三部分组成。
见图8
5.3
钢管拱架设施工步骤
5.3.1钢管拱浮运就位
图8吊具结构图
单片主拱肋分为四段在工厂内拼装焊接并检查合格后，用铁驳船运至施工现场桥位处，半跨两个1/4拱沿开挖好的河道方向拖至设计位置。
即拱脚段1/4拱靠近三角区，跨中段1/4拱靠近门式膺架。
5.3.21/4拱顶升及对接
在两个1/4拱合龙端旁边搭设八三军用墩支架并使用两台油顶同时顶升钢管拱，并逐层垫至设计高度。
将另1/4钢管拱顶升到位后将两艘船牵引对接，调整船体位置，使两片1/4拱轴线在一条直线上。
将两艘船上的固定桁架连接，使两艘船形成整体。
5.3.31/4拱合拢为1/2拱
通过油顶微调钢管拱立面线型，使钢管拱精确对位，其轴线和合拢点标高满足规范要求。
将拱端外法兰按厂内预拼时的位置对齐，安装连接板。
在安装连接板时，全部使用过眼销钉，并保持50%留在孔中。
待高强螺栓安装完毕后，取掉保留的销钉，用高强螺栓代替。
由于外法兰连接后已成为厂内预拼时状态，其轴线标高已与设计相吻合。
再次进行复测，完全符合要求后将其按要求焊接，形成1/2拱圈。
焊接包括腹杆相贯线、主弦管对接环缝、缀板嵌补段焊接。
焊接完后对焊缝进行100%超声波探伤检查合格后半幅主拱肋成型待吊。
5.3.41/2拱段提升
船体平移到位后，上好前、后吊具。
首先利用门式膺架和三角区活动龙门两点同时水平起吊焊接好的1/2钢管拱。
待拱刚脱离刚性胎架后，停滞15分钟，指派专人对门式膺架、龙门吊及吊具、浪风绳等设备关键部位进行检查。
检查无误后，仅启动前吊点连续油顶，通过钢绞线缓慢提升钢管拱。
在提升过程中吊点在上升的同时逐步后移，因此船只需要随着1/2拱提升逐渐前移，确保吊点大致位于油顶正下方。
待1/2拱起吊到轴线与理论轴线基本平行时，启动后吊点，前后吊点同步提升钢管拱。
5.3.5拱脚销接
待拱脚临时铰到达设计高度时，调整拱脚位置，穿入临时铰销轴。
缓慢提升前吊点并随时测量标高，使拱轴线与理论轴线重合，完成半拱安装。
同理完成另1/2拱安装。
5.3.6拱顶合拢
两个1/2拱吊装到位后，在拱顶两个腹箱处各安装一个油顶。
启动油顶使油顶抵住另半个拱圈。
逐渐松开前吊点，使油顶受力。
通过油顶给油或回油调整拱顶标高及线形，待达到要求，且温度介于10～20℃时，根据拱顶尺寸，切割预留钢管并安装就位进行焊接，完成拱圈合拢。
5.3.7缆风绳设置
拱圈合拢后，为了防止桥位处风力影响，在拱圈每侧设置4道缆风绳，前吊点位置通过钢丝绳与门式膺架连接。
5.3.8风撑安装
在左右两幅拱圈均安装完毕后，在两幅拱脚处安装卷扬机，通过导向轮，将卷扬机钢丝绳引至风撑安装位置，绕过主拱腹杆垂至风撑运输船正上方。
连接钢丝绳与风撑吊点。
两台卷扬机同步启动，将风撑起吊至设计位置。
精确调整风撑位置，焊接风撑短接头，完成风撑安装。
主拱安装步骤如下（见图9）：
步骤1：
两片1/4拱圈浮运就位。
步骤2：
两片1/4拱圈顶升、对接及合龙。
步骤3：
1/2拱段提升。
步骤4：
1/2拱段提升到设计位置后，拱脚销接。
步骤5：
提升另1/2拱段，两片1/2拱段合龙。
步骤6：
安装拱圈缆风绳。
待左右幅拱圈安装完成后，安装风撑。
图9施工步骤图
6机具设备（见表1）
表1主要设备配置
序号
使用项目
名称
单位
数量
备注
1
钢管拱运输
拖轮220KW
艘
2
2
600t平板驳船
艘
4
3
钢管拱拼装
慢速卷扬机10T
台
2
4
交流电焊机
台
4
5
发电机200Kw
台
1
6
汽车吊16T
辆
1
安装吊具
7
吊具
套
4
前后吊点各两套
8
钢丝绳
/
/
根据实际情况配备
9
滑车组
套
2
10
钢管拱提升
300T提升龙门
座
4
11
100T提升龙门
座
3
12
ZLT300连续提升千斤顶
台
8
13
ZLT300提升系统泵站
套
4
14
ZLT300提升系统控制台
套
2
15
YCD60A千斤顶
台
4
拱脚滑移
16
钢绞线
/
/
根据实际情况配备
7质量控制
7.1质量标准
根据《公路桥涵施工规范》（JTJ041-2000）和《公路工程质量评定验收标准》（JTJ071-98）及其他有关规定，制定质量标准如下：
7.1.11/2钢管拱拼装
1轴线误差±10mm，高程误差±5mm。
2钢管拱焊接时其错边量不得大于2mm。
3钢管拱焊缝尺寸及焊缝探伤符合设计要求。
7.1.2钢管拱安装就位
1轴线偏位不得大于L/6000。
2拱圈高程不得大于±L/3000。
3对称点高差不得大于L/3000。
4拱肋焊缝错边量不得大于2mm。
5焊缝尺寸及焊缝探伤符合设计要求。
7.2质量控制措施
7.2.1建立可靠的质量保证体系，开展全面质量管理活动，各工序指派专人负责，技术人员跟班作业。
7.2.2架设精度的控制
为测量控制准确方便，设一独立平面、高程控制网。
1布置原则：
以东岸Z2，D4西岸3，4号点为控制点进行加密，加密点既有坐标又有高程。
其中东西两岸Ⅱa型横梁，端横梁上各设一点，独立控制网控制钢管拱架设及拱脚预埋定位，放样时必须使用。
网内控制点作为置镜后视点，坚持以远边后视放样原则，不能设置转点或使用其它点位。
2钢管拱架设纵向轴线控制：
沿拱轴线方向，在主拱拱脚后退50m处及端横梁各设置一点，计算出其坐标。
用独立网控制点放样各点，确保四点一线，钢管拱架设时在拱脚后50m处置镜，后视端横梁控制点，然后控制拱顶位置。
3钢管拱架设高程控制：
架设右拱时，置镜主桥主跨左幅箱梁上，测量各点高程，架设左拱时，反之，测量时尽量前后视距相等，确保测量数据无误，并做好详细记录。
8安全措施
8.1各龙门立柱设爬道，爬道每隔10m设置休息平台。
龙门顶均设置钢管栏杆、安全网、脚手板通道。
8.2提升人员施工必须戴安全帽，穿防滑鞋，并穿救生衣。
8.3提升过程中，提升系统操作人员仔细观察油顶及油表，出现异常立即停止，并通知总指挥。
8.4提升过程中，缆风组地锚观察人员仔细观察地锚，出现异常立即通知总指挥。
9环保措施
由于本工法实施点位于南昌市一级水源保护区内，因此桥位处的环境保护，尤其是水体保护是施工中的重点。
施工中遵照《江西省建设项目环境保护条例》和《江西省环境污染防治条例》，并结合施工的实际情况制定了具体的环境保护措施：
9.1定期组织项目管理人员和现场施工人员认真学习环境保护条例和具体要求，在思想上树立环保意识。
9.2水上施工机械和船只定期严格检查，防止油料泄漏。
9.3严禁将废油、生活垃圾、施工建筑垃圾等随意抛入河水中。
9.4临时桩钻孔泥浆按照环保局规定送到指定地点处理，不直接排入河水中。
施工完后，清理水下钻孔桩，恢复河道原貌。
9.5施工污水、生活污水经过无害化处理后，才可以排入河水中。
9.6严禁将施工剩余混凝土倒入河水中。
9.7材料运输船设置围护，防止材料，尤其是含粉尘材料落入河中。
在南昌市环境监测站定期与不定期的河水监测中，桥位处的水质一直处于受控状态，做到了水中施工不污染水体的要求。
10效益分析
10.1施工进度快。
以南昌生米大桥为例，创造了三个月架设2400吨4榀钢管拱的记录。
10.2采用门式膺架整体吊装钢管拱，避免了大型缆索索塔施工，节省了费用约28万元。
10.3采用门式膺架整体吊装钢管拱，节省了轨索、起重设备、走行设备等约200万元。
10.4采用门式膺架整体吊装钢管拱，节省了地锚约20万元。
11工程实例
南昌生米大桥主跨为2×228m双连跨中承式钢管混凝土系杆拱桥，是目前国内最大的双连拱。
其主拱采用门式膺架半拱整体吊装工艺，属国内首创。
中铁一局集团有限公司桥梁工程公司应用本工法，根据现场的实际情况，在工期紧、任务重的情况下，合理组织、精心施工，制定了门式膺架半拱整体吊装方案，施工速度得到了明显提高，既保证了工期，又节约了资金，得到了业主和地方政府的好评。
先后受到江西省电视台、南昌市电视台、江南都市报、南昌晚报等多家新闻单位的采访和报道，为公司赢得了显著的经济效益和社会效益。
执笔人：
李世清李宏涛
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