钢管混凝土拱安装定位及混凝土灌注施工工法.docx

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钢管混凝土拱安装定位及混凝土灌注施工工法

钢管拱制作安装定位及钢管混凝土灌注施工工法

1.前言：

钢管拱桥是一种造型优美的桥型，它的主要特点是能充分发挥材料的受压性能，而钢管混凝土的特点是在钢管内填充混凝土，由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。

同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。

与钢结构相比，钢管混凝土在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节约钢材50％左右，并减少大量焊接工作，提高结构的耐火性动力性及稳定性，与普通钢筋混凝土结构相比，虽然用钢会增加，但施工用钢可相应减少，在承载力相近，混凝土和构件自重减少约50％，构件的截面可减少约一半。

特别是在大跨度拱桥中钢管混凝土解决了材料高强度的难题，因而其跨越能力较之钢筋混凝土大许多。

为跨越江河、海湾和山谷，建造安全、经济和轻盈美观的大跨桥梁提供一种可靠的形式，很有推广价值。

XX桥工程为主跨40m的中承式钢管拱混凝土拱桥，这是河北省第一座钢管拱混凝土拱桥，其施工方法保证了工程的顺利进行，在XX桥施工经验的基础上进行了总结，形成了本工法。

2.特点

2.1钢管制作及安装技术

在钢管混凝土拱桥施工中，钢管拱制作精度是安装控制成功的前提，钢管拱的安装是一个至关重要的环节，它是拱桥施工成功与否的关键，同时它也是拱桥施工的最大难点。

为了使钢管拱的安装，安全、准确、快速、保质保量的完成，我们摒弃较原始的测量控制技术，采用先进的施工测量系统及高精度的免棱镜全站仪，对钢管拱的安装和加载沉降值进行观测，用全站仪同时控制轴线和高程。

安装过程中采用预留抛高值的方法，连续、顺序安装各拱段，加快安装进度。

钢管合拢时，保证实现设计规定的合拢温度，夜间进行合拢焊接，减少安装时的温度应力。

2.2钢管混凝土的配制及灌注技术

泵送顶升混凝土施工技术灌注钢管混凝土，通过试验掌握了混凝土顶升工艺，配制微膨胀自密实混凝土，选用高压泵，在泵车上安装压力表，输送泵管道直径采用125mm，进料管与拱轴线成45度角减小混凝土对钢管拱的直接冲击，在压注口设置倒流截止阀，在拱顶点设置隔板和排气增压孔，采用停顿法保证混凝土的密实度。

3.适用范围

3.1三滚轴卷板机械滚圆的钢管制作；

3.2适用于河道水流量不大，适合吊车进行吊装的中承式钢管拱桥的拱肋安装；

3.2各种钢管拱肋混凝土的灌注控制。

4.工艺流程及施工要点：

在钢管混凝土拱桥施工中，钢管拱的制作安装是一个至关重要的环节，它是拱桥施工成功与否的关键，同时它也是拱桥施工的最大难点。

4.1钢管的制作

钢管拱肋采用图纸钢材，钢带采用直缝焊接成管，分段长度1800mm，成管后对接成形。

4.1.1钢板的验收

每批钢板必须具有“质量保证书”和出厂合格证书，进场后随机进行抽样委托有资质的单位进行力学试验和化学分析试验，试验合格后才允许进行加工预处理。

4.1.2钢板的预处理

经检验合格后，钢板做好标记后，即可对钢板进行表面除锈处理，处理等级必须达到国标（GB8923-88）规定的S2.5级。

为防止在钢板加工过程中生锈，在表面除绣后8小时内涂一层车间过程底漆。

涂漆时应在焊缝边缘预留60mm不涂漆。

4.1.3钢板的切割

钢板采用半自动焰割机和剪板机切割为主，直线切割以剪切为主，带弧线的部分以半自动气割为主，对焊缝处进行坡口处理。

4.1.4钢管卷制

钢管的卷制成型基本分成预弯头、对接和板面弯曲三个过程，卷板前必须熟悉图纸、工艺、精度、材料性能等技术要求，然后选择合适卷板机，并确定冷卷、热卷还是温卷，检查板材的外形尺寸、坡口加工、剩余直边和卡样板的正确与否，检查卷板机的运转是否正常，并向注油孔内注油。

由于在卷板机上弯曲时两端总有部分剩余直边，因此要对板边进行预弯，下料后的每块钢板两端各150mm（理论值6-20t，t为板厚）直线段压成弧形，半径与钢管半径一致；本工程钢管采用配厚弧板预弯头（见图4）。

在三滚轴卷板机上进行常温卷圆，卷管方向与钢板压延方向一致，卷板过程中严格控制管端平面与管线轴线垂直。

卷管时尽量分次卷制成型，由于钢管在卷制过程中，内层纤维被挤压，外层纤维被拉伸，承滑移的塑性变形方式，使金属的硬度和强度提高，塑性和韧性下降，这一过程就是通常所说的冷作硬化，卷制后表面硬度冷硬层深度将随卷压力和次数的增加而加大，一般经卷制加工后表面硬度可提高5％-50％，但此时钢板内部也存在着较大的残余应力，如果应力过高将会导致过量的塑性变形从而导致生产裂纹或断裂，卷制钢管时应尽量少压一些多卷几次，以减少冷作硬化影响。

4.1.5校圆

原钢板卷至一圈后，需用卡样板检查曲率，为了能获得准确实际曲率，必须在不受约束的自由部位，卡样板位置尤为关键，左侧因板重力下坠的情况下，此时曲率大于实际曲率，左侧因弧长较短，基本上处于自由状态，固卡样板能真实反映真正的曲率，示意图如图5。

点固前各种缺陷的处理：

点固前主要的缺陷是错边和错口，其次是间隙不均匀，采取措施对缺陷进行处理后，才能进行下一道工序。

圆管成型纵缝采用手弧焊打底，埋弧自动焊盖面。

4.2钢管拼接

根据设计要求，钢管弯制成二次抛物线加直线形式，以3号桥为例每个钢管拱分成五个节段，第1节段长1.536m直线段，为1＃预埋段（2段），第2节段2＃（水平投影长度8.5m）吊装段（2段），第3节段2＃（水平投影长度8.5m）吊装段（2段），第三段长3m（水平投影）为4＃吊装段（1段）。

钢管焊接，环缝采用手弧单面焊，对接应将纵焊缝错开250mm以上。

4.2.1钢管的弯制

钢管的弯制采用热煨弯成型。

 其加工制作程序是：

下 料 ----煨弯成型----冷却成型----大样工装检验----管肋弯曲曲线符合性检查----验收

将制作好的每段钢管水平放置在工装胎上，用丙烷火焰圈加热的方法，利用钢管的自重和外加力下沉，达到使钢管弯曲成要求的弧度，加热顺序为先两端慢慢向中间推进，火焰温度控制在900度以内，在温度下降到800度之前结束煨弯。

加热前钢管内提前装满黄砂与生石灰的混合物，一端封闭，另一端用千斤顶顶住，管内设置活动钢板，进行加压使混合物密实，以防止钢管弯曲时出现凹凸不平的现象。

煨弯工装是钢管拱拱肋制作的关键，工装的精度和刚度直接影响到钢管拱肋煨弯质量（工装示意图见图6）。

弯曲曲线按设计要求的二次抛物线，检查必须合格，否则须重新修改煨弯曲线进行修正，本过程须经质量认可。

煨弯时先选择较小的回弹量，煨好第一根后，根据测量出的煨弯成形情况，重新确定较理想的回弹量，并修正好第一条拱肋，然后煨弯其他拱肋。

经煨弯好的拱肋，认真做好工序测量记录，并做好拱段及拼装位置标记。

图6热煨工装示意图

加力节结合部

拱肋钢管

I-III-IIIII-III

4.2.2双哑铃拱肋组装

将已经加工完成的各零部件或半成品杆件装配成独立的单元成品。

严格按工艺焊接装配，当有隐蔽焊缝时，应预先施焊，经检验合格后方可覆盖。

组装前零件、部件检查合格。

精确放样是拱肋组装制作的基础，根据施工图设计，将拱肋在放样台上用坐标法进行1：

1精确放样，先放出拱肋的轴线，然后放出钢管的轴线，在大样图上放出压注孔、排气孔、吊杆、风撑，加劲肋及单元节段间接头位置，按管节尺寸进行排列，管节的环缝避开上述位置，各管节的纵向焊缝位置相互错开250mm，并将焊缝全部设在拱肋两侧，大样图检查合格后取样下料加工，通过计算确定预拱度，本工程预拱度取2.5cm。

根据设计图主拱各点相对标高，制作出整个主拱平面位置的立体组装胎，各块腹板预先打好坡口，将各段已经弯制成型的钢管放在组装胎上，将每块腹板组装到位，并点焊牢固，整体组装完成并点焊牢固后，检查复核几何尺寸和拱肋轴线，严格保证轴线的精度，合格后进行焊接，焊接采用两侧对称焊接。

焊接完毕后进行整体精矫正，使其弧度符合设计二次抛物线要求。

为了确保钢管拱肋的弧度制作精度，在组装前需要制作各段组装胎，用吊车将焊接成型的钢管分段吊入相应的组装胎内，装入隔仓板、吊索盒等，然后吊入上弧板和腹板，为保证两段钢管对接环行焊缝质量，在对接处加焊缝长80mm外直径为372mm的钢管衬垫（见图7尺寸为3号桥数字）。

在钢管拱肋上按图纸尺寸开吊杆锚头孔，导杆孔等，准确铅垂后焊接，锚垫板临时点焊固定，拱肋安装完毕后，在将锚垫板调整至水平位置并重新焊接牢固，组装顶紧后，校合各部位尺寸准确无误后方可进行定位焊接。

各拱段定位焊接后，吊入焊接平台进行组装焊接，首先焊接弧线段环行焊缝，焊接后切割掉引弧板，并修磨平整，然后吊入组装焊接，上、下平板弧度通过组装胎上内外千斤顶调整，焊接严格按工艺评定中规定的参数实施焊接。

工艺要点

为防止形成环形焊缝，上下钢板对焊接与弧形钢板对接焊缝间距大于300mm；

焊剂使用前必须烘干，详见焊接工艺评定，焊接过程中随时清除焊剂中的杂物、铁屑、熔渣等；

焊接环境温度大于5，湿度小于80％，阴雨天不能操作；

焊接应连接不断弧，如有断弧必须在停弧处刨成1：

5斜坡后在搭接50mm继续焊接；

加焊始末断引熄弧板，并在端部80mm处引熄弧，非焊接部位不能引弧；

同一拱肋的四条焊缝尽快连续完成，各段拱肋街接头进行必要的支撑，对于每段拱肋受焊接和温差的影响均引起不同程度的轴向收缩，各段拱肋计算后预留收缩量，同时将验收时实际测量出的各段收缩值经温度改正后累计到合拢段上，以确保拱肋安装精度；

4.2.3构件的矫正

构件在焊接完成后，由于在加工过程中加热不对称，必然会产生各种变形，诸如凹凸不平，马刀形弯曲等，必须经矫正才能保证拱肋的加工质量。

钢梁矫正采用液压矫正和火焰加热矫正两种方法，但火焰加热矫正须控制加热温度在600-800度。

4.2.4附件安装

在钢管拱肋上按图纸尺寸开吊杆锚头孔，导杆孔，定位上导管，准确铅垂后焊接，焊接严格按图纸要求，锚垫板临时点焊固定，拱肋安装完毕后，在将锚垫板调整至水平位置并重新进行焊接。

工艺要点

组装顶紧后，校合各部位尺寸准确无误后方可定位焊接；

定位焊接采用手工焊接，焊条T5073.2mm，焊缝距离60/300mm，

定位焊焊缝起止处应圆滑，始焊缝距离梁端50mm，

定位焊接顺序从梁中间向两端施焊；

定期检查组装前后胎型的外形尺寸是否符合设计要求；

各段拱肋端头在组装胎上定位焊接拼装采用法兰；

加劲箍装入后先点焊，待上组装胎开吊杆孔后，装入锚垫板，准确定位后实施焊接，

4.2.5吊点的设置

吊点的设置既要满足厂内加工的需要，又必须满足现场吊装的要求，每段梁的吊点均设置在梁的负弯矩最小的位置且符合相关规范。

4.3钢管拱的安装

4.3.1钢管拱的运输

半成品构件应标出构件的重心位置和吊点，运输采用公路运输，使用板车，运输必须做好保护，防止损伤涂层，切忌碰撞，许标明长度、重量、重心位置和定位标记，标明吊点位置，运输过程中必须定位牢固有严密的安全措施。

防止构件在运输途中撞击、变形、表面磨损，确保物件安全。

搬运过程中和卸货时注意操作慢、稳、轻，必要时，着力点下放置木枕、软垫。

4.3.2拱段的划分

钢管拱在加工厂进行制作，运输到现场，钢管节段按设计要求进行划分。

编号：

节段1（拱脚段）、节段2……，3号桥划分如下图。

4.3.3钢管拱承重体系的构成

包括起承重作用的钢管拱肋、起联系作用的钢横梁和防止拱肋面外失稳的米字风撑。

4.3.4钢管拱承重体系的安装顺序

首先进行拱脚预埋段的安装，然后是拱肋主拱段—合拢段—钢横梁—米字风撑的安装。

4.3.5拱脚的安装

预制节间1—拱脚的安装，是钢管拱安装的开始，节间1的安装与主墩施工同时进行，节间1预埋在主墩中。

节间1起着承受钢管拱传来得压力和分散这些压力的作用，它处于钢管拱受力的最不利的位置，所以拱脚安装质量