150米跨梁拱组合体系桥梁钢管拱安装方法创新.docx
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150米跨梁拱组合体系桥梁钢管拱安装方法创新
150米跨梁拱组合体系桥梁钢管拱安装方法创新
中建七局“兰州元通大桥项目”QC小组
一、工程概况
兰州市元通黄河大桥，主桥（80+150+80）=310m，主桥为下承式连续梁拱组合桥。
主梁采用连续梁，支点梁高7m，跨中及端部梁高2.5m，主跨设计采用钢管混凝土拱，钢管拱跨径150m，与主梁共同承担通车后恒载及汽车、人群活载作用。
本工程北起靖远路，引桥横跨北滨河路，主桥横跨黄河至南滨河路平接，建成后将成为兰州市主城区进入城北庙滩子地区重要通道。
二、小组简介
兰州大桥项目QC小组简介表-1
课题名称
150m跨径梁拱组合体系桥梁钢管拱安装方法创新
起止时间
2013.03～2013.11
课题类型
创新型
小组名称
兰州大桥项目QC小组
注册时间
2013.03.16
小组注册号
JTQC-13-16
活动次数
每周1-2次
教育时间
人均68小时
小组人数
8
序号
姓名
性别
文化程度
组内职务
技术职称
组内分工
1
刘金峰
男
大专
组长
高级工程师
组织管理
2
周东坡
男
本科
副组长
工程师
技术管理
3
庄厚良
男
大专
组员
高级工程师
施工协调
4
王垚
男
本科
组员
助工
实施
5
陈世伟
男
大专
组员
助工
实施
6
李志武
男
本科
组员
助工
实施
7
张红元
男
本科
组员
助工
实施
8
杨海霞
女
大科
组员
工程师
记录资料整理
三、选题课题
制表人：
杨海霞制表时间：
2013年03月16日
2.提出问题
图1课题研究背景
制图人：
周东坡制图时间：
2013年03月16日
本工程主桥结构型式为连续梁-拱组合体系。
采取“先梁后拱”的施工工艺，即主桥连续箱梁施工完成后，在主跨箱梁上进行钢管拱安装。
首先，连续箱梁不仅作为钢管拱安装施工场地，同时也作为钢管拱安装支架的基础。
在钢管拱安装时，主跨钢管拱施工荷载高达近1000t，需要采取措施加以控制，不能造成对梁体的损伤；其次，采用的钢管拱设计拼装方案，要确保钢管拱安装精度及施工安全稳定性。
在这种复杂的受力条件要求下的钢管拱安装施工是我们首次遇到的。
3.分析问题一般桥梁钢管拱安装的施工方法，分为异位拼装法、缆索吊装法、少支架法等三种。
针对本工程而言：
异位拼装法需要在桥位外搭设支架拼装钢管拱，本工程场地有限，其次，整体就位经济成本、安全稳
定性差。
缆索吊装法：
需要设索塔及后锚装置，本工程施工条件不允许，同时其施工投入较大。
少支架法：
较以上方法，具有支架重量轻，投入少等优点，是较适宜的施工方法，但传统的少支架法，
需要控制连续梁的稳定性、梁体下挠量，确保不会受到损伤，控制钢管拱安装精度。
4.确定课题
由于传统的施工方法不能满足施工作业条件和施工过程中结构合理的受力要求，我们必须寻找新的途径，立足现有条件，在钢管拱安装施工方法上进行创新。
因此小组确定课题为“150m跨径梁拱组合体系桥梁钢管拱安装方法创新”。
四、设定目标
1.课题目标小组认真仔细分析了业主要求及各方面及环境条件等，结合设计技术要求，根据常规钢管拱安装工程
施工的经验，确定了本次活动的目标是：
2013年11月01日前完成钢管拱安装及拱肋混凝土压注施工任务。
2.目标可行性分析项目重新进行了技术方案优化和施工资源调配，经过调查与方案比选，目标可行性分析如下：
有利条件：
a.本小组成员结构合理，在以往工程中坚持开展QC活动，特别是在大型桥梁施工方面积累了一定的创新和攻关经验，是活动开展的组织保障。
ｂ.本项目配备专业技术人员，在大跨径桥梁、跨河大桥工程等方面施工经验丰富，例如在祁临高速桥梁工程、杭浦高速桥梁工程等均有参与，攻克了一些技术难题，是活动开展的技术保障。
c.本项目施工中，业主方对工期完成有奖励，设计方、施工监控单位也能对方案提供有关计算验证方面的支持，是活动开展的经济和技术的保障。
不利条件：
a.钢管拱安装需要在连续箱梁上进行安装，施工过程中需要对连续梁采取有效的稳定措施。
b.本次活动属于施工工艺创新，具有一定的不可预见性和一定风险因素存在。
综合有利条件和不利条件，通过小组共同努力，施工方法严谨精细设计、合理组织安排，按照科学途
径逐步实施，活动目标能够实现。
五、提出方案，确定最佳方案
1.方案提出针对本项目需要解决的问题，结合现场条件，小组召开了方案分析会，集思广益，运用“头脑风暴法”
充分发表意见，提出各种方案，并使用亲和图归纳整理。
小组将提出的方案进行归纳整理，拟定出以下三种方案:
方案一，异位拼装施工法；方案二，缆索吊装施工法；方案三，少支架施工法。
2.方案深入分析论证
针对上述拟定的三种方案，小组从方案内容、可操作性、成本、安全及等方面进行评估，详见表2：
三种方案分析评估表表-2
名称
方案内容
可操作性
成本评估
安全评估
其他
异位
拼装
施工法
在桥位外侧搭设钢管支架；进行钢管拱异位拼装；拆除临时支架，钢管拱整体吊装或顶推就位；
压注钢管拱混凝土。
1.采用异位拼装，临时支架搭设与主桥下部结构同时施工，工期较短；2.充分利用场地资源，减少交叉作业影响。
1.一次性投入支架租赁增加费40万元；
2.人工增加费7.5元；
3.其他增加费8万元；
合计55.5万元。
1.钢管拱整体吊装或顶推作业稳定性差。
2.钢管拱就位设备性能要求严格。
本工程场地有限，条件不允许。
缆索
吊装
施工法
缆索索塔基础施工，索塔安装；缆索锚碇施工；缆索、起吊行走系统安装；钢管拱吊装；钢管拱拱
肋、横撑安装；钢管拱拱
1.桥梁两端安装索塔、设置锚碇困难，条件不具备；2.缆索吊装施工简单，施工速度快；
3.钢管拱吊索空间定位困难；
4.缆索吊装施工技术复杂，对缆索、天
1.索塔、缆索及锚碇等设备材料及设备租赁增加费65元
2.人工增加费8.5万
元；
1.缆索吊装索塔高度高，安全性较差；2.吊篮高空焊接钢管拱，人员安全保障性
差。
组织流水施工，施工作业面较大。
肋混凝土压注。
车、索塔及锚碇等技术要求较高。
3.其他增加费15万元。
合计88.5万元。
少支
架施工法
支架临时墩安装；支架纵梁安装；钢管拱支架作业平台安装；钢管拱安装；钢管拱与支架脱离；压注钢管拱混凝土；拆除支架。
1.少支架法，支架占用桥面施工作业面较小，利于钢管拱吊装设备作业；2.按运输车辆、吊装设备机械作业参数及设计要求，合理划分钢管拱节段，便于充分发挥机械设备功能；3.少支架采用钢管立柱，稳定性、刚度满足钢管拱安装要求；4.少支架法施工，支架重量较轻，利于
连续梁体稳定性控制.。
1.机械租赁及支架设备材料投入增加费15.5万元；
2.人工增加费3.5元；
3.其他增加费2.3万
元。
合计21.3万元；
1.支架钢管立柱焊接后，采用吊装设备整体吊装，施工安全；2.支架立柱根部与梁体力锚固，纵梁连接，整体稳定性好。
组织流水施工，施工作业面较宽。
3.方案选定
制表人：
周东坡制表时间：
2013年06月20日
根据价值工程理论：
价值V=功能F/成本C，小组成员对三种方案分别从可操作性、安全性、适用性三个方面进行功能评分，确定最优方案，结果见表3：
方案价值工程选择评价表表-3
方案
小组成员评分
功能评分
F
成本
C
价值
V
评价准则
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
一
可操作性
4
4
4
4
4
4
4
4
93
55.5
1.7
适用性
4
4
4
3
4
5
3
4
安全性
4
3
4
4
3
4
4
4
二
可操作性
3
3
4
3
3
4
4
4
87
88.5
1.0
适用性
4
4
4
4
3
4
4
3
安全性
4
4
3
4
4
3
4
3
三
可操作性
5
4
5
4
5
5
4
5
109
21.3
5.1
适用性
4
5
4
5
5
4
4
4
安全性
5
4
5
4
5
4
5
5
制表人：
杨海霞制表时间：
2013年03月20日
拱脚钢管安装及拱座混凝土浇筑
钢管拱支架临时墩设置
支架临时墩与箱梁锚固
临时墩稳定性控制
根据小组成员的综合评价选定“方案三”为最佳实施方案。
4.方案进一步分析和细化小组为了有效达成目标，对方案三进行了优化、分解，制定出方案分解图（图2）。
平衡连续梁力矩、控制连续梁变形
钢管拱吊装与定位
钢管拱混凝土压注
图2方案分解图
制图人：
周东坡制图时间：
2013年06月20日
4.1拱脚钢管拱安装及拱座混凝土浇筑设计要求拱脚混凝土分二次浇筑完成，第一次浇筑时将拱脚钢管安装完成，焊接第一节拱肋后，将拱
脚与第一节拱肋接缝浇筑在第二次拱脚混凝土浇筑中，完成拱脚钢管拱的安装。
经小组讨论分析后，确定了拱座混凝土浇筑及拱脚钢管安装如下两种方案：
方案一：
拱座二次浇筑，拱脚与第一节拱肋分次安装；方案二：
拱座一次性浇筑，拱脚与第一节拱肋
钢管整体安装。
小组成员将两种方案进行对比分析，结果见表4
方案对比分析表表-4
方案
分析
方案1：
拱座二次浇筑，拱脚与第一节拱肋分次安装
方案2：
拱座一次性浇筑，拱脚与第一节拱肋整体安装
优点
有利于拱脚钢管安装，能够较好的控制钢管拱拱脚钢管坐标。
拱座结构整体性好；节约第一节钢管拱安装时间，总体工期短；
拱脚钢管与拱肋钢管焊接施工方便，有利于钢管焊接质量控制；拱座混凝土外观较好。
缺点
二次浇筑混凝土，拱座结构整体性较差；总体施工工
期较长；施工序较多。
钢管拱及拱脚钢管定位较需要增加措施。
其他
组织管理上较繁琐
工序简单，组织管理方便
方案选择
不选
选定
制表人：
周东坡制表时间：
2013年06月25日
此方案的优点是：
一次性完成拱座混凝土浇筑，结构整体较好，工序上简单。
拱脚钢管、第一节拱肋钢管一次性安装完毕，在很大程度上节约了施工时间，工期上较前者合理。
4.2钢管拱支架临时墩设置按拱肋分段情况，每个拱肋节段点设置临时墩一个。
临时墩采用的施工方案为：
近拱脚位置1、2、3、
9、10、11#临时墩高度较小，采用贝雷梁搭设，其余墩采用钢管搭设。
钢管临时墩是用25#槽钢将钢管对焊联接形成桁架体系；贝雷梁双拼栓接，形成框架柱。
此方案的优点是：
采用钢管柱与贝雷梁相结合的方案，全部利用的是原栈桥材料，无需增加其它材料，成本上最小；贝雷梁安装拆除方便，施工速度快，可以一定程度上减少支架搭设时间。
4.3支架临时墩与箱梁锚固设置
拱临时墩安装在连续箱梁上，跨中最高墩高度在27m以上，需要很好的抗倾覆能力，临时墩要与箱梁锚固成整体，确保临时墩支架稳定。
小组专门召开会议讨论，确定临时墩与箱梁锚固可采用如下两种方案：
方案1，螺栓锚固方式；方案2：
精轧螺纹钢锚固方式。
小组成员将两种方案进行对比分析，结果见表5
方案对比分析表表-5
方案
分析
方案1：
螺栓锚固方式
方案2：
精轧螺纹钢锚固方式
优点
螺栓锚固简单，不需要其它材料，投入较少，施工速
度较快。
充分利用梁体预应力及预留孔道，锚固强度高，同时增设
了临时墩底座，稳定性很大程度的提高。
缺点
螺栓需要提前预埋，预埋位置精准性难以控制，对螺
栓性能要求较高，稳定性不好。
增加底座材料及精轧螺纹钢，安装过程中，需投入少量吊
装设备。
其他
对梁体混凝土会造成影响
不会对梁体混凝土造成影响。
方案选择
不选
选定
制表人：
周东坡制表时间：
2013年06月26日
4.4临时墩稳定性控制
钢管拱最高点距梁顶面30m，跨径150m。
采用少支架法施工，整体性较差，确保钢管支架临时墩稳定，才能更好控制钢管拱安装精度。
小组经过讨论分析，支架临时墩采用缆索固定和纵梁联系固定两种方案，如下：
图3方案1图4方案2
制图人：
周东坡制图时间：
2013年06月26日
小组成员将两种方案进行对比分析，结果见表6
方案对比分析表表-6
方案
分析
方案1：
贝雷纵梁稳定固定方式
方案2：
风缆稳定固定方式
优点
临时墩与贝雷纵梁形成整体结构，稳定性好；纵梁拼装
后整体吊装，施工简单。
施工简单，不需大型吊装设备；施工速度快，可以节约工期。
缺点
贝雷梁为标准配节，与墩联结需使用型钢做非标准节段。
缆索布置位置不容易确定，索力不易调整，可能会出现缆索受力不平衡。
其他
贝雷梁无需购置，投入成本较低
缆索需重新购置，成本较高
方案选择
选定
不选
制表人：
周东坡制表时间：
2013年06月26日
此方案的优点是：
采用贝雷纵梁结构，临时墩联结成整体，受力稳定；纵梁的拼装，吊装均与临时墩施工相同，便于施工管理。
贝雷梁为原栈桥材料，不用购置材料，施工成本无需再投入。
4.5平衡连续梁力矩，控制主跨箱梁下挠由于主桥结构为梁拱组合体系，采用先梁后拱的施工工艺。
钢管拱安装的过程中的施工荷载、钢管拱
重量，均会使梁体产生下挠，从而影响到钢管拱安装精准定位。
经小组讨论分析，确定采用平衡连续梁力矩的方法，控制主跨箱梁下挠的方案。
连续梁边跨分别加载配重，根据梁体线型监控数据及主跨钢管施工进度，按主跨荷载变化，及荷载位置。
分段分次增加或减少配重量，确保连续梁线型满足设计要求，同时能更好控制钢管拱轴线线形。
另外，整个施工过程中按工序节点进行测量监控，确定最有利配重量及配重位置。
4.6钢管拱吊装及定位采用汽车吊进行拱肋分段吊装作业。
钢管拱吊装就位后，放置在临时墩顶预先焊接的临时底托上。
通
过小型牵引设备调整钢管轴线及标高。
符合要求后，在拱段上端与底托焊装钢性支撑结构，用螺栓连接定位钢板并紧固。
钢管拱轴线及标高的调整过程中的安全性、稳定性是控制重点。
经小组讨论分析，钢管拱定位调整采用如下两种方案：
方案1，倒链+千斤顶拱肋调整；方案2，门架+倒链拱肋调整。
小组成员将两种方案进行对比分析，结果见表7
方案对比分析表表-7
方案
分析
方案1：
倒链+千斤顶拱肋调整
方案2：
门架+倒链拱肋调整
具体做法
安装节段拱肋后管口嵌入前段钢管管口定位钢板中。
在汽车吊吊装保护的情况下，前管口先采用倒链将钢管拱迁引至设计拱轴线坐标，再采用千斤顶将拱肋顶升至设计标
高。
符合要求后，在底托与拱肋间填补钢板，焊接固定。
安装节段拱肋后管口嵌入前段钢管管口定位钢板中。
采有汽车吊将门架吊装至临时墩顶作业平台上，与临时钢管支架焊接。
在汽车吊吊装保护的情况下，倒链安装至门架横梁上，调节拱肋前口位置及
标高。
符合要求后，焊接固定切割拆除门架。
优点
操作简单，不需吊装设备配合，投入较少，施工灵活方便。
稳定性好，倒链安装可多位置调整，调整精度好，速度快。
缺点
调整速度慢，调整控制精度效果较差，稳定性不好。
门架加工安装需要吊装设备配合，门架与临时墩固定需增加措施，
成本投入大，施工时间长。
方案选择
选定
不选
制表人：
周东坡制表时间：
2013年06月28日
此方案的优点是：
施工操作简单，灵活性好，可以在拱肋吊装就位后立即进行轴线、标高调整，施工作业连续，总体作业时间短；较门架法调整投入少，不需吊装设备配合。
4.7钢管拱混凝土压注
拱肋混凝土采用C55微膨胀混凝土，压注采用从低处往高处的泵送顶升法，弦管内混凝土采用一级泵送，缀板内混凝土采用两级泵送。
泵送顺序为先上管、后下管、再缀板。
混凝土顶升采用HBT-80型混凝土输送泵，混凝土压注入口及出浆口采用闸阀，确保混凝土压注质量。
5.确定最佳方案
经过对各个环节的深入分析，小组确定了以下最佳方案工艺流程，见图5：
六、制定对策
图5方案分解图
在制定方案实施对策时，小组成员认真研究，反复讨论，针对每一步深入细化，使之更具备可操作性，并按“5W1H”方法制定相应对策，见表8：
对策表表-8
项目
对策
目标
措施
地点
完成时间
负责人
1.拱脚钢管拱安装及拱座混凝土浇筑
拱座一次性浇筑，拱脚与第一节拱肋钢管整体安装
钢管拱拱座结构尺寸满足设计要求；拱脚与第一节钢管拱横向偏移±5mm，竖向偏移
±10mm
1.钢管拱拱脚采用12根63*63*8角钢固定，预埋至梁体60cm；
2.搭设第一节拱肋钢管拱临时墩；
3.拱脚钢管临时固定稳定后，与第一节钢管拱焊接，焊缝无损探伤检测；检查拱脚钢管、第一节拱肋钢管轴线及标高；3.按设计要求完成拱座全部钢筋安装，一定性完成拱
座混凝土浇筑。
施工现场
2013.08.01
--2013.08.10
周东坡王垚
2.钢管拱支架临时墩设置
贝雷梁双拼框架柱+螺旋钢管桁架柱
双组贝雷梁采用加强片拼装；钢管立柱型钢焊接，成桁架结
构
1.贝雷梁单组成型后，采用花架将两组贝雷梁联接成框架柱；2.两根钢管立柱用型钢焊接成片，两片再由型钢焊接形成临时墩。
主跨钢管拱施工场
地
2013.08.01
--2013.09.13
周东坡张红元
3.钢管拱临时墩与箱梁锚固设置
支架临时墩与箱梁精轧螺纹钢锚固连接
临时墩与梁体锚固牢固，满足临时墩抗倾覆能力；确保临时墩垂直受力
1.双拼25号工字钢，焊接成井字形临时墩底座；
2.临时墩底座下垫砂浆，确保底座与梁面全面接触；
3.底座四角水平，确保临时墩垂直受力；
4.底座与钢管拱根部采用三角钢板四周焊接；
5、双拼18号槽钢作为压梁，精轧螺纹钢穿过预留孔或采用精轧螺纹钢连接器与腹板竖向预应力连接，将底座与箱梁锚固牢固。
主跨钢管拱施工场地
2013.08.01
--2013.09.13
庄厚良陈世伟
4.临时墩稳定性控制
支架临时墩纵向贝雷梁连接
纵向贝雷梁将临时墩之间联系成整体，确保支架稳定
1.贝雷梁拼装栓接完成后，采用汽车吊吊装安装；
2.临时墩间间距不能满足贝雷梁标准节段时，采用型钢焊接非标准节段，将临时墩与贝雷梁连接成整体；3.第4、5、6、7、8#墩之间采用双道纵梁；
4.贝雷纵梁连接上、下弦杆均需与临时墩连接，才能
满足稳定性要求。
主跨钢管拱施工场地
2013.08.10
--2013.09.20
王垚张红元
5.平衡连
续梁力矩，控制主跨箱梁下挠
边跨配重，平衡主跨施工荷载引起的梁体下挠
主跨钢管拱施工过程中，连续梁体线形满足设计要求，下挠量＜20mm
1.根据主跨施工荷载情况变化，结合线形监控数据调整配重重量；2.控制主跨桥面上施工荷载，运输车辆通行需要限速，严禁高速行驶及紧急制动；3.配重材料采用预制配重块，也可以采用水袋装水配重。
4.主跨钢管拱完成后，临时墩拆除后严禁在桥面上堆
放。
主跨钢管拱施工场地
2013.08.01
--2013.10.28
陈世伟李志武
6.钢管拱吊装及定位
采用汽车吊吊装，采用倒链+千斤顶进行拱肋轴线及标高的定位调整
实测每节段拱肋横向偏移±5mm，竖向偏移
±10mm以内
1.第6节拱肋钢管及第5节横撑采用80t汽车吊吊装，其余节段采用50t汽车吊吊装；2.拱肋吊装到位后，临时放置在墩顶底托上，先采用倒链调整管口坐标，后采用千斤顶调整标高；3.定位调整过程中，钢管拱需要由汽车吊进行吊装保护。
4.钢管拱安装过程中，设计有横撑段拱肋安装后，安装横撑钢管，再继续安装下一节段拱肋，以便进一步
加强支架稳定性。
主跨钢管拱施工场地
2013.08.20
--2013.10.12
周东坡陈世伟
7.钢管拱混凝土压注
采用HBT-80
型柴油混凝土输送泵泵送顶升
钢管混凝土饱满密实，抗压强度符合规范及设计要求
1.泵送顶升混凝土前，支架与钢管拱临时固结拆除；
2.泵送顺序为先上管、后下管、再缀板。
3.从低处往高处的泵送顶升法，弦管内混凝土采用一级泵送，缀板内混凝土采用两级泵送。
主跨钢管拱施工场地
2013.10.22
--2013.10.28
周东坡李志武
制表人：
周东坡制表时间：
2013年06月28日
七、对策实施
实施一：
拱脚钢管拱安装及拱座混凝土浇筑
1.在拱脚及第一节钢管拱拱肋进场后，2013年07月01日开始进行钢管拱拱座钢筋、拱脚及第一节拱肋钢管安装。
2、拱脚钢管定位安装（见图6）与第一节段拱肋支架临时墩搭设同时施工。
在完成拱脚钢管拱定位后，第一节段钢管拱支架临时墩搭完成。
3、采用汽车吊，将第一节拱肋吊装。
拱脚钢管与第一节段拱肋坐标定位完成后，利用拱座钢筋及临时支架对第一节拱肋进行临时焊接固定（见图7）。
4、拱脚钢管与第一节拱肋焊缝进行焊接。
检测合格后，安装拱座模板，7月3日浇筑09#墩上游拱座混凝土浇筑。
7月13日完成所有四个拱座混凝土浇筑及第一节钢管拱安装。
图6拱脚钢管定位安装图7拱脚与第一节拱肋定位安装
实施效果检查一：
拱座混凝土整体性浇筑及拱脚、第一节拱肋钢管同时安装的方案实施，四个拱座采用流水组织作业，在08月10日，全部完成四个拱座的施工。
拱座外观无施工缝，外观质量良好。
拱脚及第一节拱肋安装后横向及竖向偏移均符合设计要求见图16。
实施二：
钢管拱支架临时墩设置1.在钢管拱支架临时墩施工前，按照拱肋分段长度，进行测量放样，测量临时墩中心点桥面标高，计
算每个临时支架墩高度。
在桥面进行临时墩拼装。
2.近拱脚位置1、2、3、9、10、11#临时墩高度较小，采用贝雷梁搭设。
在桥面上先拼装单组贝雷梁，再用花架将两组贝雷梁组装，形成框架柱。
在25t汽车吊配合施工下，08月23日完成上、下游两侧12个临时墩及8道纵梁的拼装架设。
3、第4、5、6、7、8#临时墩采用钢管立柱，材料为φ529mm外径δ=8mm厚螺
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