單肋鋼管拱橋的施工與監(jiān)理

單肋鋼管拱橋的施工與監(jiān)理------xx高速公路孫家凹分離立交橋一、工程概括孫家凹分離立交橋?yàn)榭缭絰x高速公路江北段的一座景觀橋。它的主跨為60m的單肋鋼管拱橋，拱軸線采用m=2.814的懸鏈線，矢高f=8.0385m，高跨比f(wàn)/Lo=1/7.464，拱圈直徑1000mm，壁厚22mm的鋼管內(nèi)填C50混凝土構(gòu)成。拱腳處由于應(yīng)力大，在拱圈上下分別焊接一塊糟鋼，作為主拱圈鋼管加勁肋。橋面板采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，用支架支撐于拱圈上。在拱肋和橋面之間由11片三角架支撐，支撐架是鋼質(zhì)三角支架，基本垂直于拱圈，三角形支撐架帶底座鋼管在工廠加工成型后運(yùn)輸至工地，吊裝加于主拱圈上于拱圈用高強(qiáng)螺栓栓接后，再實(shí)施焊接，接近跨中四根三角支架由于高度較矮，剛度較大，采用鋼箱結(jié)構(gòu)。最外邊緣四根三角支架高度在4.577-9.6474m范圍內(nèi)變化，內(nèi)要灌注C50砼，支架活動(dòng)橫梁采用糟鋼，連續(xù)梁板鋼筋要穿過糟鋼孔，糟鋼埋于連續(xù)梁內(nèi)。全橋形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，只在橋臺(tái)處設(shè)伸縮縫和盆式橡膠支座，橋臺(tái)采用肋式橋臺(tái)，拱座采用擴(kuò)大基礎(chǔ)整體式現(xiàn)澆。全橋長(zhǎng)88.0m,寬9.0m。該橋由中交第二公路勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，由江蘇潤(rùn)揚(yáng)交通工程集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)施工，由東南監(jiān)理公司第五項(xiàng)目部監(jiān)理。該橋型結(jié)構(gòu)施工階段多，施工中存在結(jié)構(gòu)體系和截面特性的不斷變化，工藝要求高，施工難度大，而且是國(guó)內(nèi)第一座單肋鋼管拱橋。為了確保孫家凹分離立交橋的施工安全和施工質(zhì)量，南京市高速公路建設(shè)指揮部多次召集專家會(huì)議，審核設(shè)計(jì)圖紙、審核施工方案，東南大學(xué)交通學(xué)院橋梁與隧道工程研究所承擔(dān)該橋上部結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控。此橋?yàn)榫坝^橋，由于是單肋鋼管拱，專家、施工單位、監(jiān)理公司在進(jìn)行圖紙會(huì)審中，都認(rèn)為主梁抗扭能力很小，恒載因施工誤差引起的偏截和活載，幾乎全由拱承受。拱肋的強(qiáng)度、應(yīng)力和變形等指標(biāo)是否滿足有關(guān)規(guī)范要求，并對(duì)拱側(cè)向穩(wěn)定性提出疑義。經(jīng)設(shè)計(jì)院再次進(jìn)行施工圖紙審查，認(rèn)為在施工階段和使用階段的縱、橫的穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度、抗扭均能滿足現(xiàn)行《規(guī)范》要求，并在設(shè)計(jì)上作了改進(jìn)，將現(xiàn)澆橋面板橫向鋼筋重新配置，加大橫向鋼筋直徑，并形成閉合骨架，三角支架頂部設(shè)置鋼箱橫梁，側(cè)板伸入現(xiàn)澆主梁內(nèi)，鋼箱橫梁對(duì)主梁具有支撐的作用，又與主梁鋼筋錨固，現(xiàn)澆連接，從而增加板的橫向抗彎和抗扭強(qiáng)度。橋面在三角支架頂部增設(shè)三層鋼筋網(wǎng)，抵抗支架頂部的局部承壓應(yīng)力。為確保施工質(zhì)量與施工安全，施工中要確保該橋的拱軸線，拱肋的制作質(zhì)量，安裝質(zhì)量，砼的澆筑程序、落架程序要充分考慮拱的受力特性，主梁預(yù)應(yīng)力張拉嚴(yán)格采用兩端張拉。施工荷載，施工加載程序要充分考慮拱肋的縱橫向穩(wěn)定。施工單位應(yīng)精心組織與施工，監(jiān)理單位認(rèn)真控制施工質(zhì)量。市高指并委托東南大學(xué)交通學(xué)院橋梁與隧道工程研究所承擔(dān)監(jiān)控任務(wù)，主要的工作是根據(jù)施工控制需要與有關(guān)工程測(cè)量規(guī)格要求，建立可靠和精度較高的平面與高程測(cè)量控制網(wǎng)，負(fù)責(zé)對(duì)施工過程中的撓度理論值和測(cè)試結(jié)果分析計(jì)算，提交縱梁現(xiàn)澆施工的立模標(biāo)高值及拱肋吊裝合攏標(biāo)高值，負(fù)責(zé)進(jìn)行全橋主要斷面的應(yīng)力分析計(jì)算測(cè)試工作。二、施工方案及施工中的監(jiān)理控制1、主拱圈三角支架制作鋼管拱的加工制作和現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量直接決定橋梁的功能和使用壽命，選擇有資質(zhì)、有能力、有經(jīng)驗(yàn)和有條件的生產(chǎn)廠家在工廠內(nèi)加工制作1）、鋼板備料以及鋼箱三角架等鋼材必須符合設(shè)計(jì)要求，具備完整的產(chǎn)品合格證明和材質(zhì)試驗(yàn)報(bào)告，卷管時(shí)要求對(duì)板進(jìn)行質(zhì)量整平、除銹清邊、開坡口等處理，焊接坡口應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求，對(duì)焊接人員進(jìn)行上崗證檢查，對(duì)焊接材料進(jìn)行質(zhì)量檢查。2）、焊接檢查與補(bǔ)焊a、強(qiáng)度檢查，需作抗剪、抗壓、抗彎及疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)等必須保證大于或等于母材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。b、檢查鋼管的彎曲度和失圓度，要求彎曲度f(wàn)≤d/1000且f＜10，失圓度f(wàn)≤3d/1000。c、對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查，檢查其有無夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤裂縫等缺隙。d、焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)對(duì)接接頭焊縫和角焊縫應(yīng)100%進(jìn)行超聲波探傷和5-10%的射線探傷，試驗(yàn)檢測(cè)不合格的焊縫應(yīng)返修，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)補(bǔ)焊，同一部位返修次數(shù)不得超過2次，監(jiān)理組派有經(jīng)驗(yàn)的熟悉鋼結(jié)構(gòu)制作的工程師進(jìn)駐工廠監(jiān)督檢查，并督促施工人員作好相應(yīng)試驗(yàn)資料，并進(jìn)行必要的抽檢。市高指還委托第三家檢測(cè)單位對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行了檢查，結(jié)果全部抽檢焊縫質(zhì)量均為Ⅰ級(jí)。監(jiān)理到鋼管拱制作廠家對(duì)三角支架、橫梁、鋼管拱肋的直徑進(jìn)行了尺寸測(cè)量和復(fù)測(cè)。生產(chǎn)廠家根據(jù)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)線形坐標(biāo)表、預(yù)拱度表等文件資料在工廠內(nèi)預(yù)拼臺(tái)座上，將鋼管拱以1：1比例放出施工大樣，量取各構(gòu)件的設(shè)計(jì)下料尺寸，然后制作各段構(gòu)件，主拱肋管線型的成型采用以直代曲方法，通過大樣坐標(biāo)在剛性胎架上將32根（長(zhǎng)度小于2m）直管拼接成型，并形成5個(gè)階段（見圖一）。構(gòu)件制作完畢后在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的坐標(biāo)（包括預(yù)拱度）在計(jì)算機(jī)上轉(zhuǎn)換便于測(cè)量的坐標(biāo)，監(jiān)理親自核對(duì)驗(yàn)收。2、主拱圈的安裝主拱肋共分5個(gè)階段，全橋共設(shè)6個(gè)臨時(shí)支墩，其中拱腳兩個(gè)臨時(shí)支墩布置在擴(kuò)大基礎(chǔ)上，其余4個(gè)臨時(shí)支墩布置在95區(qū)路基頂，需進(jìn)行支架安全性及基礎(chǔ)安全性驗(yàn)算（見圖2）。驗(yàn)算如下：受力驗(yàn)算橫桿豎向間距1.2m，每根立根承受荷載3t，按最重的二四節(jié)鋼管驗(yàn)算，其重量為8.315t，每個(gè)臨時(shí)支墩共布置立桿16根，則立桿承受荷載16×3=48t＞8.315×1.3=10.81t支架穩(wěn)定驗(yàn)算每個(gè)立桿承受荷載8.315×1.3/16=0.676tP臨時(shí)=Л2EL/（2L）2=3.142×2.06×1011×10-8/（2×1.2）2=4.3t＞0.676t地基承載力驗(yàn)算P/A=0.676×104/（0.14×0.14）=0.34MPa＜20MPad、12#工字鋼驗(yàn)算q=8.315×1.3/4×0.9=3.00264×104N/mM=ql2/8=3.00264×0.9×0.9/8=0.304×104W=57.4cm3σ=M/W=0.304×104/57.4×10-6=52.96MPa＜[σw]=140MPa驗(yàn)算完畢。四個(gè)支架要進(jìn)行預(yù)壓，算出每個(gè)階段對(duì)支架承受的重量，計(jì)算出彈性變形。安裝標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+預(yù)拱度+彈性變形。用水箱進(jìn)行預(yù)壓，支架頂標(biāo)高需低于階段接頭下限30cm，以便加裝限位馬（見圖三）。控制接頭位移，支架基礎(chǔ)要具有足夠的剛性，且具備足夠的抗側(cè)移能力。在現(xiàn)場(chǎng)我們要求施工單位增加斜向支撐。拱腳拼裝時(shí)，用兩部吊車分吊上下兩個(gè)吊點(diǎn)，提升到拱腳平面，略超出混凝土平面，然后移至基礎(chǔ)上方慢慢將拱腳底版套入預(yù)埋螺栓，拱腳與預(yù)埋螺栓連接，注意在套入時(shí)將螺紋處用膠布包好，不得拉傷，用經(jīng)緯儀確定拱腳大接頭坐標(biāo)后，將自由端裝焊限位裝置與合攏支架連接，控制拱腳發(fā)生位移，然后將螺帽按圖紙要求擰緊（要求用測(cè)扭距扳手操作）應(yīng)采用初擰、復(fù)擰、終擰的工藝方式制作，要求初擰扭距為終擰扭距的50%終擰后要求每只螺栓產(chǎn)生225KN的預(yù)拉力。繼續(xù)安裝其它階段的拱肋，并準(zhǔn)備焊接，仍然現(xiàn)場(chǎng)要進(jìn)行焊縫自檢和抽檢（委托第三方）并進(jìn)行三角支架拼裝，操作人員進(jìn)入拱肋鋼管內(nèi)部栓接螺栓，定位必須作到四面剛性固定，確保三角架不得偏移，調(diào)整好再進(jìn)行焊接。安裝順序，從拱腳向上逐段安裝，安裝實(shí)測(cè)項(xiàng)目見橋梁規(guī)范。（見表）三、關(guān)于主拱圈混凝土1、砼配合比確定，砼設(shè)計(jì)必須是早期強(qiáng)度高且高流態(tài)，緩凝可泵并摻有微膨脹劑，現(xiàn)場(chǎng)必須作好砼塌落度試驗(yàn)，作好砼試塊，以及監(jiān)理抽檢試塊，xx高速公路設(shè)計(jì)的配合比使用的JM-SCC外加劑高效減水劑，塌落度在26-28cm，不理想,易離析造成石子集中，堵塞閥門使用備用泵才壓注成功，在溧陽(yáng)鋼管拱橋設(shè)計(jì)的砼配合比塌落度在18cm左右和易性比較好，需作塌落度損失試驗(yàn)和初凝、終凝試驗(yàn)。2、在泵送施工過程中，砼應(yīng)連續(xù)泵送，盡量避免停泵，當(dāng)砼供應(yīng)不足時(shí)，應(yīng)降低泵送速度，每隔4-5min開泵一次，以防止砼拌和物出現(xiàn)離析和堵管，為確保拱圈澆筑滿足均勻?qū)ΨQ，慢速低壓要求，要派專人定時(shí)敲擊拱圈，調(diào)整泵送速度有效控制砼的上升高度，拱圈兩側(cè)砼頂面高差不得大于1m，對(duì)稱灌注基本同時(shí)到拱頂。3、入口應(yīng)設(shè)壓注口以及備用泵壓口，待灌注完畢用桿板或用閥門關(guān)死，閥門要耐得住高壓，一定要有備用泵壓口（見圖）在拱頂開設(shè)直徑15cm排漿孔，并直立焊接一根直徑150mm鋼管，高出拱肋1.5m，泵管布置應(yīng)盡量減少?gòu)澒?，尤其?0°彎管，以減少砼泵送阻力，當(dāng)砼從排漿孔冒出時(shí)，不能立即停止泵送，還應(yīng)繼續(xù)泵送約1m3砼，直到砼中排出新鮮的砼拌和物。4、環(huán)境氣溫高于40℃、鋼管溫度高于60℃，應(yīng)采取措施降低鋼管溫度，盡量選擇氣溫較低時(shí)灌注。5、泵送砼前應(yīng)壓入清水澆管，潤(rùn)濕內(nèi)壁，管內(nèi)不得有油污和繡蝕物。6、澆筑拱肋監(jiān)理全過程旁站。7、澆筑完畢必須檢查灌注混凝土與鋼管內(nèi)壁間空隙，通過敲擊聲檢查，必要時(shí)用超聲波檢查。8、鋼管拱肋混凝土澆筑質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)必須符合規(guī)范（見表）。附表一：鋼管拱肋實(shí)測(cè)項(xiàng)目項(xiàng)次檢測(cè)項(xiàng)目規(guī)定值或允許偏偏差檢查方法和頻率率1鋼管直徑（mmm）±D/500及±±5尺量：每管檢查查1-3處2鋼管中距（mmm）±5尺量：每管檢查查2-3處3內(nèi)弧偏離設(shè)計(jì)弧弧線（mmm）8樣板：每段測(cè)11-3點(diǎn)4拱肋內(nèi)弧長(zhǎng)（mmm）0、-10尺量：每段檢查查5節(jié)段對(duì)接錯(cuò)邊（mm）2尺量：檢查各對(duì)對(duì)接段面6節(jié)段平面度（mmm）3拉線測(cè)量：每段段檢查1處7豎桿節(jié)間長(zhǎng)度（mm）±2尺量：檢查每個(gè)個(gè)節(jié)間焊縫尺寸符合設(shè)計(jì)要求量規(guī)：檢查全部部焊縫探傷超聲：檢查全部部，射線：：按設(shè)計(jì)規(guī)定，設(shè)設(shè)計(jì)未規(guī)定定按5%抽查附表二：鋼管拱肋安裝實(shí)測(cè)項(xiàng)目項(xiàng)次檢測(cè)項(xiàng)目規(guī)定值或允許偏偏差檢查方法和頻率率1軸線偏位（mmm）L/6000經(jīng)緯儀檢查5處處2拱圈高程（mmm）±L/3000水準(zhǔn)儀檢查5處處對(duì)稱點(diǎn)高差（）允許L/3000水準(zhǔn)儀檢查各接接頭點(diǎn)極值L/1500，且且反向4拱肋接縫錯(cuò)臺(tái)（mm）0.2壁厚，且且≤2尺量：每個(gè)接縫縫焊縫尺寸符合設(shè)計(jì)要求量規(guī)：檢查全部部焊縫探傷超聲：檢查全部部，射線：按設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)定，設(shè)計(jì)計(jì)未規(guī)定按按5%抽查附表三：鋼管拱肋混凝土澆筑實(shí)測(cè)項(xiàng)目項(xiàng)次檢測(cè)項(xiàng)目規(guī)定值或允許偏偏差檢查方法和頻率率1混凝土強(qiáng)度（MMPa）符合設(shè)計(jì)要求按規(guī)定檢查軸線偏位（）L≤60m10經(jīng)緯儀檢查處L=200m50L＞200mL/40003拱圈高程L/3000水準(zhǔn)儀檢查5處處對(duì)稱點(diǎn)高差（）允許L/3000水準(zhǔn)儀檢查各接接頭點(diǎn)極值L/1500，且且反向四、關(guān)于橋面板施工主梁現(xiàn)澆三角架頂預(yù)拱度可采用拱肋預(yù)拱度，作好地基處理和滿裳支架預(yù)壓，消除非彈性變形。確定立模標(biāo)高。審核施工單位設(shè)計(jì)的滿堂支架的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定度。監(jiān)理必須檢查鋼筋和鋼鉸線坐標(biāo)位置，鋼筋必須按設(shè)計(jì)制作，橫向鋼筋需形成閉合骨架。砼澆筑程序由中間向兩端為宜，對(duì)稱施工，主梁預(yù)應(yīng)力張拉采用兩端張拉，按圖紙要求順序張拉。并進(jìn)行雙控，以應(yīng)力控制為主，按橋梁規(guī)范施工預(yù)應(yīng)力。監(jiān)理必須對(duì)理論伸長(zhǎng)度和張拉力表對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行審核，方可張拉。由于鋼鉸線比較長(zhǎng)，要求在鋼鉸線曲線頂部增設(shè)壓漿出口，確保壓漿飽滿。落架時(shí)臨時(shí)支架與橋面支架一起拆除，由兩端向中間拆除。設(shè)計(jì)單位并要求橋面板預(yù)應(yīng)力鋼束張拉結(jié)束15天后才拆除施工支架。五、施工難點(diǎn)和施工重點(diǎn)1、重視施工過程中三維坐標(biāo)監(jiān)測(cè)，確保拱肋的安裝軸線無偏位，高程在安裝后，拱圈壓注前后以及橋面板澆筑前后，支架拆除后均要認(rèn)真測(cè)量，確保規(guī)范允許撓度為L(zhǎng)/3000mm，約2cm，經(jīng)測(cè)量最大只有7mm-10mm。2、必須有必要措施確保拱肋和拱腳的穩(wěn)