钢管混凝土系杆拱桥施工技术

近年来，钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点，被广泛应用于公路工程。但该桥型技术复杂，施工难度大，已经暴露和潜在的问题还很多，亟待广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善，本文将结合工程实践就有关问题做简要阐述。
　　
　　一、支承系统
　　
　　1.功能。系杆拱桥支承系统宜选用WDJ齿碗扣型多功能支架，该系统具有支架竖向组合微调功能，主要以工具支架和特制微调座组成。
　　2.地基处理。WDJ齿碗扣型多功能支架必须搭设在经处理的坚实地基上，地基须高出原地面0.5~0.8m，做好防水，避免雨季浸泡。在立杆底部铺设垫层和安放底座，垫 层可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的钢筋混凝土或厚度≮5cm的木板。
　　3.预压。支架使用前须全程预压，不能以一孔预压取得的经验数据推概全桥。静压5d(120h)以上及达到沉降稳定状态2d(48h)以上，沉降稳定标准：24h沉降不超过1mm。
　　
　　二、主拱肋拱轴线控制系统
　　
　　1.以激光照准和精密测标组成定位系统；监测项目为拱肋的线形变化、拱脚位移和拱脚沉降。
　　2.建立测量控制网。在每节拱肋端头设置固定的测量控制点，控制点设在拱肋中线位置。施工放样及检查都采用全站仪进行，每架设一节段拱肋，对全部控制点都要进行观测。此外，对拱座的偏位进行观测。钢管拱对温度，特别是日照影响非常敏感。为了减少温度和日照对线形控制的影响，标高的测量包括合拢时间都安排在凌晨。
　　3.施工控制。
　　(1)在扣索塔架顶部设有扣、锚索调整装置千斤顶，通过改变扣索的张力，并采用在拱段之间的内法兰盘接头处抄垫钢板的方法来实现拱段接头标高的调整(跨径较小的拱肋可利用WDJ支撑系统高度及其竖向微调功能实现)。
　　(2)设置临时横撑固定拱肋。每架设一节拱肋，就利用钢管拱的横联钢管临时焊接固定上下游拱肋，特别是在合拢段基肋端一定要设置临时支撑。
　　(3)在焊接拱肋接头外包板时，对称布置的焊缝，采用成双焊工对称施焊，这样可使各焊缝所引起的变形相抵消；非对称焊缝，先焊缝少的一侧，这样可使先焊的焊缝变形部分抵消。
　　(4)为保证钢管拱在吊装过程中的横向稳定性，在每吊装一节段拱肋时，采用通过对称设置两道浪风绳来调整和控制拱段就位中线位置，减少拱肋自由长度，增大横向稳定。控制浪风绳长度基本相同。
　　
　　三、钢管混凝土配制
　　
　　1.选材
　　(1)设计高性能微膨胀混凝土应选择525R早强型水泥为主体，其用量不宜过大，初凝时间以8~12h为宜。
　　(2)配制高性能微膨胀混凝土须使用干净的河砂并严格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎值，一般选用细度模数2.6-3.1的中砂为宜。不宜用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对混凝土的膨胀率影响极大。
　　(3)粗骨料石质对高性能微膨胀混凝土影响很大，主要体现在骨料一砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料强度。在考虑混凝土可泵性的同时，要考虑混凝土的早强性和后期强度。碎石需二次破碎，使其基本无棱角，并减少针片状颗粒的含量。选用时应严格控制含泥量、强度、弹性模量和粒径≤30mm。
　　(4)粉煤灰与水泥“二次水化反应”产生的凝胶封堵了混凝土的毛细管路，增强了密实性，提高了耐久性。“二次水化反应”只有Ⅰ级粉煤灰和磨细粉煤灰可以彻底完成：“使混凝土升温降低15%~35%；应严格控制粉煤灰SO3含量，以0.5%~1.5%”为宜；粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定。
　　(5)选择外加剂一定要经过多次试验。试验表明，缓凝型减水剂会降低混凝土膨胀率，所以应反复试验，膨胀率合适才可使用；高效减水剂还应具有缓效凝作用和缓凝剂掺配作用，且是非引气型、低气泡减水剂；其质量应符合现行标准《混凝土外加剂》规定。
　　(6)膨胀剂在有钢管约束条件下，在结构中建立0.2~0.3MPa预应力，可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而提高抗裂能力。选择时一定要多试验几个品种，膨胀剂应对混凝土后期强度及质量无害，与所用水泥适应性好。我国主要使用U型膨胀剂、复合膨胀剂及明矾石膨胀剂。
　　2.设计高性能膨胀混凝土的三个问题
　　(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土设计方法进行配制强 度计算，不必计算后将强度提高一个等级作为配制强度，关键在于施工配合比的施工现场验证。设计时应严格控制水灰比，将其确定为定值。
　　(2)混凝土是采用钢管中顶升灌注，粗骨料在顶升过程中不能因自身重力而下落，否则会造成顶升压力过大而失败。在 建筑设计混凝土配合比过程中碎石应稍微呈悬浮状态，不能下沉。所以该种混凝土的砂率可提高一些。
　　(3)许多工程实践认为钢管混凝土设计为微应力时，限制膨胀率28天内应控制在(2~6)×10-4的范围内是合理的。
　　
　　四、主拱肋钢管的拼装
　　
　　1.钢管拱肋的制作
　　(1)钢管拱主弦管直径>600mm采用螺旋焊管。
　　(2)宜选用具有CAD加工设计技术和成功经验的厂家；单元 阶段制造好后在工厂进行平面和立面组拼检查；螺旋焊管弯曲成型在中频弯管机上进行，采用埋弧自动焊；腹板安装采用CO2气体保护焊；单元阶段焊接完成后，若与理论线形不符，可用“火工矫正法”矫正。
　　(3)钢管拱单元阶段制好后运至工地组焊成吊装段，运至施工现场，最后用跨墩龙门吊机或其它起重设施将吊装段吊上桥组装。
　　(4)为便于调整拱肋预埋段制造、温度引起的偏差，钢管制造在工厂时，拱脚预埋段与拱中段之间预留80mm调整量；拱肋合拢锁定温度为10~15℃。
　　2.钢管拱肋单元构件的防护。预拼成型的安装节段必须对接口进行地面预接和必要的技术处理，拱肋每一个吊装阶段之间采用内法兰连接，法兰间可抄垫钢板进行微调；单元制造阶段之间采用临时外法兰连接。
　　3.钢管拱肋的悬拼
　　(1)拱肋吊装采用悬拼和扣挂施工。拱肋作完后，首先在制作场地进行预拼，合格后方可吊装。
　　(2)拱肋吊装前应安装好拱脚临时铰，悬拼过程中允许拱肋绕铰转动。每吊装一个阶段除安装好横撑及临时横撑外还要设置横向浪风索。以利调整拱轴线和保证横向稳定。
　　（3)两阶段接头端面先用螺栓对接，安装合拢段前应预先通过扣索调整拱肋横向位置，然后再安装拱顶合拢段。
　　(4)两条拱肋全部合拢后，再全面校核一次拱轴线坐标，并调整至误差容许范围内。再对焊主拱钢管、烧掉螺栓，用加劲钢板补焊拱肋钢管接头，以保证受力连续。
　　(5)用钢管焊接封死拱脚临时铰，浇注拱座预留槽口C50混凝土，形成无铰钢管桁架拱，待拱脚混凝土达到强度后拆除扣索；
　　(6)泵送压注填充管内C50微膨胀混凝土。
　　4．跨径较小的桥梁可用WDJ支撑系统配合吊车、揽绳完成拱肋组拼。
　　
　　五、支座垫石钢板悬空
　　
　　预埋支座垫石钢板下混凝土悬空，既影响下部结构受力，又危害上部结构荷载均匀传递和受力平衡，也就是说，出现这种现象是很危险的，其主要原因是混凝土在浇筑流动过程中，预埋钢板下的气体无法排除，形成了空洞，为避免该现象的发生，可在钢板中心用电钻打一个直径5mm的“排气孔”，浇筑预埋钢板处混凝土时，浓水泥浆由“排气孔”冒出即可。
　　
　　六、拱脚混凝土空洞
　　
　　1.拱脚混凝土振捣
　　拱肋与系杆节点——拱脚之钢筋构造纵横交错、交叉重叠，混凝土浇筑困难，振捣棒无法正常工作，混凝土密实成了问题。一般采用刚度较大的钢模，浇筑混凝土时，先用一巨型扁铲(其宽度≥振捣棒直径)在振捣棒插入处，临时将钢筋间距拨宽，至振捣棒顺利插入、正常振捣为止，可确保混凝土振捣密实；待振捣棒拔出后，开启固定于模板两侧的附着式振动器，一方面有助于被拨动的钢筋恢复原来位置，另一方面可避免混凝土漏振，有助于混凝土密实、均匀。
　　2.拱脚混凝土预防裂缝
　　为预防拱脚混凝土裂缝，可选用钢纤维混凝土，钢纤维用量一般为60kg/m3。
　　
　　七、空腹式端横梁浇筑工艺
　　
　　端横梁为封闭式变断面空心梁，其施工有两种方法：一种方法是采用木模或其它一次性芯模，不考虑翻番周转，此类模板只侧重考虑其强度，满足混凝土几何尺寸需要即可；另一种方法是采用钢模或其它可周转性芯模，浇筑混凝土时在梁顶预留“天窗”，待拆除芯模后再二次浇筑混凝土，将天窗堵死，但应注意两期混凝土的结合牢固问题。
　　
　　八、钢管混凝土“紧箍效应”落空
　　
　　由于施工工艺和混凝土收缩，混凝土总是无法完全充满钢管，使得“紧箍效应”无法实现，混凝土达不到三轴压缩的理想效果。防治该问题的一般方法有两种：
　　1.预防。微膨胀混凝土随着龄期增长，混凝土的收缩仍然不可避免，为防止这类问题发生，在混凝土配合比设计时，在添加UEF微膨胀剂的同时增添“聚丙烯腈纤维”。
　　2.处置。待混凝土大于28d龄期后，用小锤对拱肋进行全面敲击检查，发现空隙，则确定准确位置，钻孔并压注环氧树脂水泥浆进行补救。
　　总之，钢管混凝土系杆拱桥施工中需要研究的问题还很多，这就需要我们广大工程技术人员积极探索，不断完善，使这一先进技术在公路交通设施建设领域发挥更大作用。