大跨度钢管混凝土拱桥成套技术

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1、大跨度钢管混凝土拱桥成套施工技术中铁十七局集团二公司 张振华一、工程概述(一)工程概况承德市南环桥主桥结构形式为单跨中承式钢管混凝土拱桥，跨径170m，桥面宽28m。拱肋拱轴线采用m=1.3的悬链线，矢高36m，矢跨比f/L=1/4.72。拱座基础采用扩大嵌岩基础，基底设计为四台阶形式。桥台基础为1000群桩承台基础，台身为肋板式桥台。全桥分两榀拱肋，二榀拱肋间距17.2m。地面以上每榀拱肋横截面为四肢75014mm钢管组成的等高度横哑铃形桁式结构，拱肋高3.50m、宽1.8m，腹杆采用40012mm钢管，两钢管拱肋之间共设置7道一字横撑，主弦管内和缀板间填充C45混凝土，拱肋与桥面交接处两拱

2、肋间共设置2道肋间钢横梁。地面以下拱肋采用C40钢筋砼结构，横截面为40002200mm矩形截面，两现浇拱肋间采用2道斜撑和1道横系梁进行连接。钢结构材料均为Q345qE，除锈等级为Sa3，涂装体系为无机水性富锌底漆环氧云铁中间漆聚铵脂面漆。桥面系采用吊杆吊住预制C50吊杆横梁，其上纵置T型C30先简支后连续的桥面板，吊杆采用7mm109镀锌高强钢丝索加双层PE防护套。(二)工程特点1、本桥结构设计新颖、造型美观。2、本桥地处市区武列河的河滩上，河床常年无水，河滩开阔平坦，受外界干扰少，施工条件好。3、拱座基坑开挖深度大（河床面至基底深16m），基坑渗水量大（渗水量达到4000 m3/h），基

3、坑排水是本工程的难点之一。4、本桥拱座大体积混凝土施工、现浇拱底模设计、钢结构加工与吊装、填充混凝土施工、钢管拱加载等施工工艺复杂，是本工程的关键工程和重难点工程。5、本地区昼夜温差大，钢结构材料特殊，涂装体系为重防腐新型材料，因此，大体积砼温控、钢结构温度变形、焊缝质量、涂装基层处理和吊装合拢是本工程的关键控制工序。二、拱座基础施工技术(一)基坑土石方施工拱座基坑最大开挖深度为16.0m，011.0m范围内为渗水强的砂卵石层，11.016.0m范围内为砂砾岩层，基坑渗水为强渗水，渗水量为4000m3/h。1、土方开挖基坑砂卵石层开挖采用明挖法进行施工，采用二台PC2000单斗液压挖掘机进行分

4、层开挖，10吨自卸汽车运输，每层开挖深度为2.5m，四周边坡坡率按1:1施工。2、石方开挖由于施工地处城市居民区，石方采用松动控制爆破法进行施工，并采用双层钢板网加压砂袋进行覆盖防护，根据基坑实际情况钻爆设计采用75型深孔控制爆破法，起爆方式为毫米网络微差起爆，装药为底部连续装药，用药量控制在0.35kg/m3，起爆顺序为先在中部设计一组6孔掏槽眼，间距按0.4m布置，然后按1.5m排距、1.0m间距布置中间眼，四周按0.8m布置周边眼。网络采用毫米导爆管连接，每排间依次按1、3、5、7、9、11段的微差间隔。根据基底标高详细确定每个位置炮孔深度，孔底低于设计标高20cm。爆破完成后，采用挖掘

5、机装车，自卸汽车运输出渣。岩层边坡坡率按1:0.35控制，边坡和基底由人工用风镐找平到位。3、运输道路在基坑边坡上设置不超过1:15的“S型”坡道，由自卸汽车经运输坡道将开挖土石方运出基坑。4、基坑排水基坑采用2台350型和3台150型电动抽水机集中抽排基坑内渗水，为了保证工程附近民用建筑的安全，在基坑以外20m按环型布置4个10103m的蓄水池，将基坑抽出的水储存于蓄水池内进行回灌，以保证城市居民区地下水位。基坑开挖尺寸四周考虑0.5m的排水沟和2个332m的积水坑，排水沟与积水坑均置于基坑设计尺寸以外。(二)拱座混凝土施工拱座基础全桥共2个，每个基础为2100m3的C30钢筋混凝土，长、宽

6、、高分别为28m、15m、8m，属于大体积混凝土施工。基础钢筋现场加工，人工就地绑扎，20mm以上钢筋接头采用直螺纹套管接头进行连接。模板采用2.01.5m大块钢模板拼装，背带采用160型槽钢按40cm间距布置，采用200mm原木做外支撑固定于基坑内壁，模内按3.03.0m间距设计10钢筋内拉筋。1、原材料选定1.1水泥：采用承德市建龙水泥，标号为普通硅酸盐32.5，该种水泥为旋窖水泥。1.2砂子：采用双峰寺河砂，规格为中粗砂，含泥量小于2.4%。1.3碎石：为连续级配碎石，粒径为531.5mm，含泥量小于0.5%1.4粉煤灰：滦河II级低钙粉煤灰。1.5外掺剂：采用石家庄RB-2多功能复合膨

7、胀剂。2、材料组织2.1砼材料：砼制作所用材料（水泥、碎石、砂等）所备数量必须满足基础施工要求，所用材料在施工前必须进行检验合格。水泥、粉煤灰等材料要进行防雨防潮处理。2.2施工用电：主要采用承德市电，在基坑西侧100m处设有一台500KW的变压器，由地下埋设电缆引至用电点，作为主要施工电源。另外备用2台120KW发电机作为备用。2.3施工用水：采用由基坑内排出的未经污染的地下水作为施工用水，由水泵分别抽至三台砼拌和站进行使用，砼养护采用基坑内的地下水直接进行使用。3、施工方法3.1施工平面布置详见拱座基础砼施工平面布置示意图，图2-1。现场平面布置时，考虑到布置施工机械设备一侧的基坑边坡是干

8、码片石的回填边坡，稳定性比原土差，所以在机械布置时要布置在原基坑开挖边线以外，以保证施工期基坑边坡的稳定性。3.2施工工艺流程详见拱座基础砼施工工艺流程框图，图2-23.3主要施工方法3.3.1施工准备：首先请现场监理工程师对基础钢筋和模板施工情况进行检验，合格后及时进行签证；其次是对基础内三层冷却水管进行提前注水试验，保证每层冷却水管均不漏、不渗，并水流畅通，满足降低砼水化热的要求。其三是按照要求埋设各测点的测温电阻探头，并将导线引至砼以外。其四是全部施工机械设备（包括备用机械设备）进行试运行，正常后报请监理工程师对砼浇注前的准备工作进行检查。准备工作检查包括人员准备情况、机械设备准备情况、

9、材料准备情况、施工条件准备情况等，检查内容均能满足砼施工要求，并有保证措施后才能开始浇注砼。3.3.2上料：砼的粗、细骨料由装载机进行运输和上料；水泥、粉煤灰和外加剂先由装载机运到拌和站旁，再由人工进行按比例加料。3.3.3材料计量：砼的粗细骨料和水的加入量由拌和站的电子称进行每盘计量，然后通过拌和站的电脑进行统一控制。水泥、粉煤灰、外加剂是袋装成品，所以确定每盘用料时应以整袋为单位，由人工进行控制数量。3.3.4砼的拌和：用JS500（JS1000）的拌和站进行强制搅拌，时间控制在3-4分钟，确保所拌砼料颜色一致，骨料均匀，和易性良好，坍落度合格。3.3.5砼质量检验：砼拌和均匀后，项目部试

10、验人员按每一班抽一组的比例进行抽取砼试件，人工振捣和标识后，一组送试验室进行标准养护，另一组在现场和实体进行同条件养护；然后根据砼拌和情况随机抽查砼料的坍落度，严格将砼坍落度控制在配合比报告要求的范围值内；项目部试验人员全过程监控拌制砼的均匀度、水灰比、材料计量情况，确保每盘砼质量检验合格后再入仓浇注。3.3.6砼输送入仓：将拌制合格的砼料由滑槽进入汽车式砼输送泵，再由输送泵的管道利用泵压送至砼浇注点上。3.3.7砼分层平整：砼的分层厚度原则上控制在0.5m以内，具体详见施工顺序的安排。砼的大范围分层、平整由砼输送泵完成，局部的砼平整由人工进行。3.3.8砼振捣：人工用插入式振捣器对已分层、平

11、整的砼进行振捣密实，作业要求是振捣器插入点距模板7.5D，两插入点间距为15D，D为振捣器的直径，上层振捣时要插入下层已密实的砼中5-10cm。砼振捣标准是颜色均匀一致、表面泛浆但不分层不离析、砼不再下沉、砼料不再冒气泡为止。3.3.9浇注点的移动：一个浇注点施工完成后，由浇注指挥人员指挥泵车提起输送管，由钢筋顶移至下一个浇注点后，由顶部2个专人负责固定伸入点位置，指挥泵车将输送管下降至钢筋笼内，再由2个专人负责将输送管移至浇注点，就位后指挥泵车开始泵送砼。砼浇注点严格按照施工顺序的排列要求和位置进行确定。3.3.10冷却管灌水：在每一层冷却水管被砼覆盖后，由100mm水泵将基坑内积水泵送至进

12、水口进行注水，同指定专人检查出水口的水流情况，保证冷却管内的循环水畅通。3.3.11砼表面平整：由于拱座基础顶后坡面为不立模的外露面，在砼浇注完成后初凝前，先由人工将砼表面找平，再用抹子将砼表面压光。3.3.12砼覆盖养生：砼终凝后，在砼顶部先用一层塑料布覆盖，再用二层麻布进行覆盖，在砼顶部用双层塑料布搭保温棚，由人工专门将冷却水管的出水浇至砼表面进行养护。3.3.13拆除侧模：在砼强度达到设计强度的60%后，由人工将砼外侧模板进行拆除。3.3.14砼温度的检测：砼浇注前，在砼的内部中间、1/4宽度、距左侧0.5米处三个断面共设25个测温点，测温点埋设专用测温的电阻片，导线引至砼以外。砼浇注完

13、成后，由项目部试验人员每天三次采用综合感应器对每个测温点的砼温度进行测量和比较，保证内外温差不超过25度，若超标时，将采用强化措施进行及时处理，确保砼内部和表面均无开裂现象。3.4施工顺序根据我们所选择的砼拌和能力和砼输送能力，结合拱座基础的结构尺寸，沿高度方向共分成22层进行浇注，施工顺序为由下向上进行。每层的横向分别在宽度的1/3处和2/3处做为浇注点，每层的纵向施工顺序均为从东西两侧向中间作业，每次横向浇注点的距离为6.6米，其具体施工顺序详见图2-3和图2-4。4、质量保证措施4.1防止大体积砼裂纹的保证措施4.1.1采用普硅32.5的旋窖水泥,其质量稳定,安定性能良好,细度模量均匀,

14、可以有效地提高砼的抗裂性能。4.1.2采用连续级配的粗骨料，将粗、细骨料的含泥量控制在最低限度，不但拌制的砼料均匀，结构合理，而且和易性良好，抗裂性能良好。4.1.3砼配合比中掺入II级低钙粉煤灰，不仅减少了水泥用量，降低了水化热，而且和易性良好，易于泵送，输送过程中不易出现离析现象，对保证砼质量、防止水化热过高造成砼裂纹能起到有效的作用。4.1.4砼配合比中选用RB-2多功能复合膨胀剂外加剂，不仅有缓凝作用，保证大体积砼施工的的连续性，对砼起减水作用，使砼流动性、和易性良好，可以防止砼输送过程中离析和泌水现象，而且有膨胀性能，可以减小砼收缩变形，对砼在强度增长过程中开裂起到预防作用。4.1.

15、5砼配合比选择时，28天试验强度选定为C50，不仅可以提高实际施工中砼强度的保证率，而且大大提高了砼自身的抗裂性能。4.1.6按照设计要求，在砼内部均匀铺设六层冷却水管，通过管内水流将砼内部的水化热带出砼以外，确保砼的内外温差不超标准要求，防止砼内外温差过大而形成内部及外表面开裂。4.1.7砼施工过程中，尽量在砼初凝时间允许的时间内多分层，迟覆盖，争取在施工中尽可能多地释放砼内部的水化热，避免砼内部温度过高。4.1.8在砼初凝后，立即用塑料布对砼外露面进行封闭，上面再用双层麻布进行覆盖，上部用双层塑料布搭设保温棚，采用外储的方法降低砼的内、外温差，防止砼开裂。4.1.9在砼内部共设置16个测温

16、孔(如图2-5所示)，安排专人每天三次定时对砼内、外温度进行测量和比较，若发现温差超过25度以上时，立即采取有效措施进行降低温差。其应急措施主要有：4.1.9.1加高冷却水管的进水口高度，加大进、出水口的高差，从而加大冷却水的流速，进一步降低砼内部的温度。4.1.9.2增加砼外表面的覆盖厚度，减小砼的内、外温差。4.1.9.3在砼初凝后，采用冷却水管出水进行保养砼，提高砼表面温度并保湿养生。4.2防止砼出现施工缝的保证措施4.2.1为了保证拱座大体积砼施工的连续性，避免出现施工缝，除了安排砼施工的二班人员外，另外还准备了50人（预制厂施工人员）的应急队伍，确保砼一次连续地施工完成。4.2.2由

17、于拱座砼施工平面面积较大，每一层的施工时间较长，在砼选定配合比时，外掺了具有超缓凝作用的RB-2多功能复合膨胀剂，并在砼中掺入了低钙的粉煤灰，进一步延长砼的初凝时间，这样有利于砼的分层间连接，施工过程不影响砼的强度增长。4.2.3砼施工顺序安排时，尽量将分层厚度降到最低，减少每层砼施工数量，加快每层施工速度，缩短分层间隔时间，保证砼的整体均匀连续性。4.2.4为了加快砼施工进度，避免上层施工对下层已初凝砼的扰动，施工方案中选择了两台JS500和一台JS1000的强制式拌和站同时供料，采用两台汽车式砼输送泵分东西两侧将砼直接入仓浇注，避免了采用砼地泵或导管浇注时移管和人工换接口占用时间的现象，进

18、一步加快了砼浇注速度，保证了砼的连续性。4.2.5为了防止施工机械出现故障影响砼的连续性，大部分施工机械考虑备用因素。 第 52 页 共 52 页0号拱座基础砼施工平面布置示意图 图2-1拱座基础大体积砼 泵 泵拌拌石砂石砂碎石场砂 场水泥水泥粉煤灰外加剂水 泥粉煤灰集水坑集水坑水泵水泵出水口进水口进水口拌石粉煤灰外加剂泵砂拱座基础大体砼施工工艺流程 图2-2钢筋模板检验合格机械设备运行正常砂石料上料拌和站计量、拌和汽车泵输送砼入仓人工分层平整砼插入式振捣器振捣移到下一浇注点砼浇注完成监理检验签证抽取砼试件检测砼坍落度冷却水管灌水砼表面平整压光拆除侧模板定期测温砼顶覆盖养生拱座砼竖向浇注顺序图

19、 图2-334.0m1.0m31.0m3.593m4.684 m4.568m(1)(6)(5)(3)(10)(9)(7)(16)(20)(15)(17)(18)(19)(20)(22)侧立面(14)(13)(12)(11)(4)20.5m20.5m140.34m0.53+1m说明：1、图中(1)至(22)为砼分层的层数。2、每一层的纵向浇注顺序均为从东西两侧向中间。3、在每一层的横向分两个浇注点。(2)(21)(8)拱座砼平面浇注顺序图 图2-41点2点3点顺桥方向基础纵向浇注顺序1点2点3点4点5点6点1点2点3点4点5点6点第一台汽车泵浇注范围第二台汽车泵浇注范围拱座砼平面浇注顺序序说明：

20、1、图中1点至6点为平面浇注顺序点。2、 点表示每次砼输送泵管头的固定点位置。3.3m6.6m6.6m6.6m3.3m2.2mm4.3mm4.3mmm2.2mmm拱座砼测温点布置图 图2-5距左侧6米截面测温孔布置布置中间截面测温孔布置12354679128101113增设的冷却水管距边20cm4.0m4.0m4.0m2.0m0.5m232425距左侧0.5米截面测温孔布置布置141621151718192022三、现浇钢筋混凝土拱施工三、现浇混凝土拱施工技术南环大桥设计共包括0号和1号两段现浇砼拱肋，每段现浇砼拱包括两根现浇拱、两根斜撑和一根横系梁，现浇拱设计为C40钢筋砼结构。由于现浇拱、

21、斜撑、横系梁结构均位于拱座基坑内的半空中，所以在施工中的底模设计和支撑是施工成败的关键。根据现场实际情况，经多次分析比较采用拱座基坑回填做土拱底模，这样既保证了结构施工中的稳定性，又保证了拱底的回填密实度，同时采用土拱底模可使后续工程连续施工，不受现浇拱底模拆除时间的影响，充分利用现场基坑开挖的土方材料，避免了大量的底模板与支撑等周转材料的投入。(一)现浇拱底土拱底模施工技术根据现场的实际情况，确定现浇拱、斜撑、横系梁做一起性施工，其底模、钢筋、侧顶模板和砼浇注均同时进行，这样可以避免相互连接部位出现施工接缝，也可以加快施工进度。其底模及支撑部分计划采用土拱模进行施工，现浇拱的底模及支撑部分采

22、用砂砾土和片石回填，再做15cm的素砼底模；斜撑和横系梁采用砂砾土夯填后做15cm的素砼底模。下面以现浇拱为例说明其细部做法，具体情况详见图3-1。1、片石砌拱脚部分人工配合机械将基坑爆破的石块在底部基岩面上铺一层，为了排除地下水，第一层片石缝内不灌砂砾土，连续再做第二层片石，由人工用6%的水泥砂砾土开始灌缝和找平面层，然后依次分层砌筑片石和水泥砂砾灌缝找平，直做到砼设计标高以下15cm为止。2、分层夯填砂砾土人工清理基坑基岩顶面，利用基坑内开挖出的砂砾土做回填料，按30cm分层进行摊铺，在原土地基处人工开挖出台阶，再用蛙式打夯机进行夯实，为了保证夯填实度，在夯实前先将摊铺砂砾表面浇水湿润，再

23、依次进行夯实，采用沉降对比法检测不再沉降为止，然后再做第二层，夯填到拱底以下65cm及斜撑底以下15cm为止，其余部分同步填筑。3、砌筑片石由人工在拱底部分将砂砾土表面开挖出分层台阶，人工配合机械利用基坑爆破出的片石在夯填砂砾土表面分层砌筑片石，缝隙内采用6%水泥砂砾土进行灌缝和找平，直砌到拱底以下15cm为止。4、浇注C15素砼垫层和底模先立模按放样标高浇注10cm厚的C15素砼垫层，平板振捣器进行振捣密实，在垫层砼终凝后再立模按放线位置和标高浇注5cm厚的C15底模砼，其宽度、位置、标高按现浇拱底要求进行控制，底模砼内按50cm间距预埋2.5cm的塑料管做为侧模的拉筋孔,表面由人工进行抹光

24、并洒水养护。5、承载力和变形验算5.1现浇拱底模承载力验算5.1.1拱肋重力G=2.542.2=22T，再考虑其它施工荷载10，自重力G24.2T5.1.2由于拱肋斜面导致自重力与法向分力的夹角arctg（1195415000）3833095.1.3拱肋底面的自重应力ZGcos/b24.210cos383309/2.286kPa5.1.4松散中砂层的容许承载应力Z150kPaZ，承载力验算满足要求.计算得其允许承载力为150Kpa，而现浇拱底面产生的最大应力为86Kpa，远小于其允许应力，所以底模的承载力可以满足现浇拱的施工要求。5.2砂土层压缩变形计算5.2.1拱肋基底回填砂层的计算厚度，即

25、hi19.1852sin(4.683.5)cos=6m5.2.2砂石回填层的变形模量E0按中密取值为28MPa，则压缩模量ESE0/28/0.931MPa5.2.3砂石回填层的压缩量计算公式：S（Zi/ESi）hi5.2.4砂石回填层各分层顶面的附加应力为Z186kPa，Z256.3kPa，Z342kPa，Z433.4kPa，Z527.8kPa，Z623.7kPa，Z720.8kPa5.2.5各分层中心的附加应力为（取各分层上下面附加应力的平均值）Z171.1kPa，Z249.1kPa，Z337.7kPa，Z430.5kPa，Z525.8kPa，Z622.2kPa对应各分层的压缩量为：s12.

26、29mm，s21.58mm，s31.22mm，s40.98mms50.83mm，s60.72mm5.2.6最终压缩变形即沉降量为Ssi7.6mm砂土层的压缩变形（沉降量）计算结果为最大压缩变形量0.76cm，由于考虑到砂土层的变形模量取值极保守,因此在施工时，现浇拱底可以不考虑其沉降的影响。 (二)现浇拱钢筋混凝土施工1、钢筋筋制安钢筋采用现场加工，由人工就地在完成的土拱底模上进行标准绑扎，为保证主受力筋的接头质量，20mm以上主筋接头采用直螺纹套管接头进行连接。现浇拱、斜撑、横系梁的钢筋就地起进行绑扎成型。2、侧内模施工 全部侧模采用2.0m1.5m大块钢模板拼装而成，背带采用160型槽钢按

27、4040cm的间距进行连接和加固，外侧采用200mm以上原木按1.5m1.5m的间距进行支撑。考虑到斜撑和横系梁的较低侧模板为部分承重模板，所以背带间距采用3030cm，原木外支撑间距采用1.01.0m，并与上侧设置10mm钢筋做拉筋。由于横系梁设计为封闭式空心结构，内模为一次使用，所以在钢筋绑扎时采用125kg/m3的泡沫块做横系梁内模并加以固定。由于全部结构顶部均为斜面，所以均设置封顶模板，并在顶模上按3.0m间距开设1.01.0m的方型孔做为进人、进料浇注和检查孔。现浇拱的曲线控制按1.0m长度的以直代曲进行施工控制。3、混凝土施工 3.1现浇拱、横系梁、斜撑的混凝土浇注要一次连续性完成

28、，相互之间不设施工缝，因此混凝土要求坍落度控制在20020mm范围内，混凝土初凝时间控制在8小时以上，保证施工全过程混凝土处于流动状态。3.2 C40混凝土采商品混凝土集中拌和，4台8m3内混凝土搅拌运输车进行运输，汽车式混凝土泵进行分层浇注，人工进行内部插入式振捣密实。浇注顺序为由低到高依次进行，混凝土浇注孔和进人孔均设在顶模上部，浇注混凝土面到达进人和浇注孔后及时封闭该孔。3.3考虑到土拱底模混凝土施工过程中的不确定因素的沉降变形，所以沿拱轴线设置沉降观测点，混凝土浇注过程中测量人员及时对沉降点进行观测，发现异常现象及时进行加固或调整施工方法，确保现浇拱的合理拱轴线位置。3.4根据设计要求

29、，拱轴线在空载下和承载下位置的不同，施工过程在跨中部设置190mm的预拱度，并按双曲余弦公式分配到现浇拱上，因此，现浇拱在测量放样时要考虑预拱度的设置。现浇拱土拱底模结构示意图 图3-1现浇砼拱肋（模板和钢筋）5cm素砼底模 + 10cm厚260cm宽素砼垫层50cm厚300cm宽片石，缝隙灌6%水泥砂砾30cm厚分层夯填砂砾石土原土地基，刷出台阶现有坡面拱脚处用片石砌筑，缝隙内灌水泥砂砾原土地基30cm厚分层夯填砂砾石土四、钢管拱分段加工制作 (一) 总体施工方案1、全部钢材根据施工详图尺寸在钢厂进行“双定尺”定轧，然后由汽车运至施工现场进行制作。2、钢结构制作和拼装全部在施工现场进行完成。

30、3、钢管拱主弦管按1.52.0m管节采用“以直代曲”的方式加工。4、拱轴线预拱度考虑三次加载、温差、混凝土徐变等因素确定为190mm。5、钢管拱小拼、中拼、大拼均采用“卧式”方式加工。6、钢管拱涂装层在吊装前完成底层重防腐漆、中间漆和一道面漆，吊装完成后再喷涂最后一道面漆。(二)总体施工流程钢管加工制作过程过程分为准备阶段、分段加工制作阶段、拼装阶段等三个阶段。1、准备阶段流程设计图 施工详图 设计审核 钢材定轧 原材料实验 焊接工艺评定 台模制作 作业人员资格审查 检测单位资格审查 预拱度的确定2、分段加工制作阶段流程单管节钢板下料 单管节钢板矫正 单管节钢板卷制 单管节纵缝焊接 单管节校圆

31、 单管节纵缝无损检测 主弦管内加劲板焊接 单管拼接 单片腹杆焊接 单片外观尺寸检验 管节环缝和腹杆相关线焊缝检验3、拼装阶段流程 底层单片对接 上层单片对接 缀板焊接 弦管间加劲板焊接 锚箱焊接 横撑钢梁预焊段焊接 外观尺寸检查 焊缝检查 打砂除锈 涂装层 (三)施工准备1、拱肋分段1.1吊装段的分段拱肋吊装段的分段主要考虑吊装条件、结构对称性、即时合拢的原则，根据现场实际情况，将一榀拱肋划分成六大段和一个合拢段。具体划分情况见图4-1。1.2单片分段考虑到场内运输条件、焊接变形、拼装方便等原则，单片的分段长度控制在810 m范围内，具体分段为：段分成三段：1段、2段、3段；段分成三段：1段、

32、2段、3段；段分成二段：1段、2段，中间合拢为单件进行安装。吊装段分段图 图4-1 段23.5m 段27m 段18 m 段18 m 段27m 段23.5m 3.0 m1.3主弦管节分段主弦管分段主要按1.52.0m进行分段，并且考虑到主弦管环缝距腹杆、钢梁、钢横撑等接头相关缝200mm以上，上下左右的主弦管接头错开200mm以上，按此原则排出详细的施工详图。2、台模制作2.1根据总体施工方案的要求，要在地面上放出1：1的半跨大样图，所以台模尺寸按7020m做。2.2同时用150mm厚C20混凝土硬化四块台模场地，其中两个做单片拼装用，另两个做吊装段预拼用。2.3用全站仪在硬化场地上按考虑预拱度

33、后的拱轴线坐标精确放样，分别定出拱肋上弦上边、下弦下边、拱肋中心的三条拱轴线，再按设计图纸分别定出各腹杆位置，如图4-2所示。2.4在各接头位置埋设钢板，单片台模要在内外焊设平面限位槽钢，在吊装段拼装台模上设置钢管架空支架。台模放样图 图4-23、施工拱轴线计算预拱度设置图 图1预拱度示意图 图4-3如图1所示，由于设计要求的拱轴线为成桥后，在三十年内历史记录平均气温条件下的拱轴线，因此在钢管拱制作阶段的拱轴线为空载下的拱轴线，由于钢管拱采用分段制作和吊装的施工方法，制作期钢管拱段为空载自由段，不受气温的限制。吊装期由于施工方案采用有支加法吊装，拱轴线不考虑钢管拱自重的影响，因此钢管拱吊装期和

34、制作期拱轴线相同。而设计拱轴线是在施工方法、施工顺序、静载、气温、墩台变型等条件影响下的拱轴线，这样两者之间存在一定的差值，为了保证成桥拱轴线符合设计要求，钢管拱制作期和吊装期的拱轴线就应在设计拱轴线基础上考虑预拱度的设置。3.1预拱度影响因素3.1.1结构自重、二期恒载产生的竖向挠度；3.1.2混凝土收缩、徐变产生的竖向挠度；3.1.3温度下降产生的竖向挠度；3.1.4墩台位移产生的竖向挠度；3.1.5支架在荷载作用下产生的弹性变形和非弹性变形。3.2预拱度的计算3.2.1结构自重、二期恒载产生的竖向挠度按钢管混凝土拱弹性变形计算。3.2.2混凝土收缩徐变按18个月计算。3.2.3合拢温度确

35、定在205，由此和设计确定平均温度的温差为15， 按0.17510-4线膨胀系数计算温度引起的竖向挠度。3.2.4由于拱座基础按台阶型设计基底面，基底又为微风化砂砾岩，大大提高了基础的抗滑性能，由此引起的竖向挠度为0。3.2.5每个军用支墩采用9根竖向立柱，按高锰钢弹性模量计算其弹性变形；非弹性变形包括支架节点相对位移和基础下沉二部分变形，支架节点按每个节点1mm计算相对位移，基础地基按无下卧软弱层的砂卵石地基计算荷载作用下的沉降量。根据上述指标和相应的公式进行计算，本桥预拱度设置时考虑结构自重产生的弹性压缩和混凝土收缩、徐变共10cm，支架弹性变形2cm，支架非弹性变形2cm，温度下降5cm

36、，墩台位移为0，最后预拱度f=19cm。3.3合拢拱轴线的计算预拱度值的分布是在设计拱轴线基础上按双余弦曲线进行增加，具体详见下列计算公式：设计拱轴线计算公式：=f/(m-1)(chk-1)合拢拱轴线计算公式：=(f+f)/(m-1)(chk-1)式中：f=36m，f=19cm，m=1.347，k=m+(m2-1)1/2，为拱轴线上各点横坐标与L/2的比值，L=170m。坐标原点位于跨中拱轴线中心处，竖直向下为Y的正方向，水平向拱脚为横坐标X的方面，横坐标X按1.5m间距分别列表计算出相应的Y值，做为施工中的控制点。4、焊接工艺评定承德南环大桥钢管拱采用的钢材为Q345qE钢板，厚度有10、1

37、2、14、16、20共5种，根据结构设计要求，钢管拱主弦管横、纵接头、腹杆与主弦管的连接采用全熔透焊缝，其余均为脚焊缝。根据结构类型确定采用氩弧焊打底、手工盖面单面成型的工艺。根据设计和现场实际情况确定焊接工艺评定要素：4.1施焊材料：母材选用16Q345qE钢板，焊材选用ER50-6焊丝和HJ506焊条。4.2焊缝类型：单面成型的全熔透焊接和脚焊缝二种型式。4.3焊接方法：平焊、立焊、仰焊。4.4施焊温度：205。4.5施焊风力：小于4级。4.6施焊湿度：相对湿度小于40%4.7焊缝抗拉强度：345MPa以上。4.8焊缝抗弯性能：满足R=2的180度弯曲4.9冲击功：“V”型槽口-40下达到

38、34J以上根据以上确定的因素在焊接实验室进行试板焊接，然后对焊接试板焊缝先用超声波和射线进行内部结构检查（检查内容包括气孔、裂纹、夹渣等），然后对试板焊缝进行力学性能检查（检查内容包括抗拉强度、抗弯性能、冲击功等）。检查合格后，形成焊接工艺评定报告，经工前焊接工艺评定专题研究会通过后在施工中推广使用。5、施工单元图根据设计要求和施工方案中分段情况，由技术人员将设计图纸细化成各部位各单元杆件的施工图，标明各杆件的详细尺寸和形状，达到可以直接下料的要求，并将施工单元图经监理方和设计方审核确认后，由项目总工签字同意下发后，才能交施工人员根据施工单元图进行下料作业。(四)钢管拱制作1、备料承德市南环桥

39、拱肋、腹杆、横撑均采用Q345qE钢管，其中拱肋钢管规格为75014、腹杆规格为40012、横撑弦杆规格为40012、横撑腹杆规格为20010。在材料备料过程中，应注意并进行如下的工作：1.1每件钢板都应包含如下清晰的标记：牌号、炉批号或检查号、尺寸、钢厂名称或代号；1.2钢厂必须完整的提供包括材料批号、力学性能、化学成分以及其他必要的试验资料等技术文件；1.3钢材进场后，应对每一种厚度的钢板进行复检，检查原则为：钢板应按同一厂家、材质、板厚、同一出厂状态，每10个炉（批）号抽验一组试验件，检查的内容至少包含钢厂所提供的证书内容，经检查合格后，方可进入车间加工；1.4钢板的尺寸、外形、重量及允

40、许偏差应符合GB/T709规定，钢材表面不应有裂纹、气泡、折叠、结疤、夹杂、钢材不应有分层；图4 单筒节钢板配料1.5对无缝钢管，每根钢管一端的端部都应有喷印、盖印、滚印、钢印或粘贴印记，印记应清晰明显，不易脱落；印记应包括钢的牌号、产品规格、产品标准号和供方印记或注册商标；1.6每种规格的钢管均应由供方技术监督部门进行检查和验收，并向需方提供检验报告；检查的组批原则如下：钢管按批进行检查验收，每批应由同一钢号、同一炉号、同一规格、同一热处理状态的钢管组成，每批钢管的数量不超过200根；1.7钢管的尺寸、外形、重量及允许误差应符合GB81621999的规定；1.8钢管的内外表面不得有裂缝、折叠

41、、扎折、离层、发纹和结疤；1.9所有钢材均应存放于干燥的专用场地，不允许露天存放。2、单管节钢板号料单管节号料图 图4-4主拱拱肋拱管直径为750mm，壁厚14mm，将由一个个直管节拼焊而成，因此，每个筒节的制造公差将会影响到筒节拼接时的错边量，在单筒节钢板号料时，应考虑焊接收缩、焰切量、切割马蹄形斜口时的余量，号出单直筒节的宽度及展开2.1对主拱拱肋，号料长度L=管节实际长度+40mm40mm=焰切量+环向焊接收缩量+切割马蹄形斜口时的余量。管节实际长度根据单直筒节长度划分、配料尺寸确定，为折线单筒节长边长度。L1L2两个尺寸待卷完圆筒后再号料、切割。2.2主拱（75014mm）展开长度L主

42、拱展开长度=2309.1+3=2312.1mm，其中3mm为考虑纵向焊接时的余量；其它钢管号料尺寸余量参照主拱管数值。2.3号料所画的切割线必须准确、清晰，且应有明显的样冲眼，号料外形尺寸允许误差为1.0mm；2.4在不切边的钢板（毛边料）上号料时，必须先甩去毛边；2.5号料时必须保证钢板的卷圆方向与其扎制方向一致；2.6号料后，应根据单筒节编号，将单筒节以色标的形式写在号料钢板上，并在距端部50mm的位置上打上钢印，为识别主要零部件的板料扎向，规定钢印方向与钢板扎制方向一致；3、切割3.1、切割全部采用半自动和自动切割；3.2、切割前，应将钢材表面浮锈、污物清除干净；钢料应放置在专用的切割胎

43、架上，放平、放稳，切割位置下面应有空隙；3.3、腹杆与弦杆、横撑弦杆与腹杆间的相贯线采用自动切割机进行精密切割；3.4、切割零件的尺寸允许偏差应表4-1的要求，切割面质量应符合表4-2的要求；切割表面质量要求（mm） 表4-1项目主要零件次要零件表面粗糙度Ra2550崩坑不允许1000mm长度内允许1处1.0mm塌角圆角半径不大于0.5mm切割面垂直度0.05t,且不大于2.0mm切割零件尺寸允许偏差（mm） 表4-2项目允许偏差板料长度、宽度2.0支管、风撑管长度1.0管材端面对管轴的垂直度D/500 D：钢管外径3.5、当切割边缘的切口或崩坑深度小于2mm时，可修磨匀顺；当深度超过2mm时

44、，应在铲磨出坡口后补焊与磨修；3.6、对切割质量进行自检合格后方能交专检检验；4、矫正4.1、零件切割后，由于不均匀受热会使其产生不同程度的变形，应采取机械或火焰加热方式进行矫正；4.2、采取冷矫正时，环境温度不得低于-5。C；采取热矫正时，热矫温度应控制在600800。C，矫正后钢材温度应缓慢冷却，降至室温以前，不得锤击钢料或用水冷却；4.3、如一次加热未达到矫正效果，需要做第二次加热时，其加热温度应略高于前次，否则二次加热将无效果，对本桥采用的Q345qD钢材，反复加热次数不得超过2次；5、边缘加工坡口可采用精密切割，坡口形式及尺寸可参照本工艺，并由焊接工艺评定试验确认。5.1支管相贯线端

45、头的坡口参照下图进行加工；相贯线坡口加工图 图4-55.2管与加劲板T形接头、主弦管的纵横接头均采用全溶透焊缝采用V形双面坡口，坡口角度不于小60。，钝边要求为2mm，间隙2mm；5.3坡口切割面上不得有裂纹，并不宜有大于1.0mm的缺棱。当缺棱为13mm时，应修磨平整，当缺棱超过3mm时，则应用直径不超过3.2mm的低氢型焊条补焊，并修磨平整。6、单管节卷制6.1采用四辊卷板机进行卷制，每节筒体长度控制在1.52m，对由于焊缝错开等原因使得钢管长度较小时，最小不得小于1m；6.2卷圆前清除待焊区域的铁锈、氧化铁皮、油污、水分等有害物、使其表面露出金属光泽，6.3卷圆时须将焊接坡口置于筒体内侧

46、；6.4为释放钢板应力，卷圆时卷板机上、下辊之间的间隙可逐渐减小，即一次调整间隙量不能过大，以此增加钢板在上、下辊之间往复运动的次数；7、单管节校圆管体校圆分总体和局部两道工序。总体校圆是在总体校圆夹具上进行。局部校圆采用已制作好的弧形样板，内靠管体口附近多处，对不密贴处可采用局部锤击或千斤顶顶压，直到弧形样板与筒体内壁密贴为止。用锤击法或千斤顶顶压矫正时，应在其上放置垫板。若采用热矫，热矫温度应控制在600800。C。温度尚未降到室温时，不得锤击钢料。8、管节纵缝焊接8.1定位焊定位焊应符合下列要求:8.1.1定位焊缝应距设计焊缝端部30mm以上，焊缝长应为50100mm，间距应为40060

47、0mm，定位焊缝的焊角尺寸不得大于设计焊角尺寸的1/2。8.1.2定位焊不得有裂纹、气孔、夹渣、焊瘤等缺陷，对于开裂的定位焊缝，必须先查明原因，然后再清除开裂的焊缝，并保证在杆件尺寸正确的条件下补充定位焊。8.2纵缝焊接纵缝横向对接焊，两端应设置引板，其厚度、材质、坡口尺寸与零件相同。引板长度不小于120mm，引弧长度不小于80mm。焊接完后，将引板用气割切掉，并对焊件边缘进行修磨，严禁用锤击落，损伤母材；8.3焊缝质量检验焊缝先按100%进行超声波进行检测，对不合格者进行返修和复检，返修不超过两次。8.4产品试板检验应符合下列要求：8.4.1纵缝横向对接应按5%的数量焊接样品试板，经探伤合格

48、后进行接头拉伸、侧弯和接头冲击试验，试验数量和试验结果应符合焊接工艺评定的有关规定；8.4.2若试验结果不合格，可在原试板上重新取样试验，如试验仍然不合格，则应先查明原因，然后对该板代表的接头进行处理；9、单片管节对接9.1单片管节对接应在工作平台上进行，工作平台顶面应进行抄平；9.2放样根据单元筒节对接定位坐标图，在平台上按1:1比例放出管节各接口上、下缘，并划出管节的上、下缘线及接口端线，接口端线长度应大于750mm，检查放样的正确性后，在筒节每条轮廓线的端头均打上数个清晰的样冲眼；9.3在每个筒节上缘线分别距两个端头200mm的位置上，组焊两个定位板，其高度大于500mm（下弦单元筒节对

49、接时，定位板高度大于375mm）。定位板组装时必须保证与工作平台垂直，且与筒节呈线状接触；9.4定位板组焊好后，从原点处管节开始依次将本单元中的所有管节吊到工作平台上，按放样的轮廓线逐一调整到位，并进行组装。10、单管节环缝焊接10.1一般规定10.1.1焊工和无损检测人员必须通过考试并取得资格证书，且只能从事资格证书中认定范围内的工作；10.1.2焊接工艺必须根据焊接工艺评定报告编制，施焊时严格执行焊接工艺，焊接工艺评定应符合铁路钢桥制造规范TB10212-98附录C的规定；10.1.3焊接工作环境湿度不宜高于80%，焊接低合金钢的环境温度不应低于5。C，主要杆件应在组装24h内焊接；10.

50、1.4焊接前必须彻底清除待焊区域内的有害物，焊接时严禁在母材的非焊接部位引弧，焊接后应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅；10.1.5多层焊接宜连续施焊，应注意控制层间温度，每一层焊缝焊完后应及时清理、检查，清除药皮、熔渣、溢流和其它缺陷后，在焊下一层；10.1.6焊接材料应通过焊接工艺评定确定；焊剂、焊条必须按产品说明书烘干使用；焊剂中的脏物、焊丝上的油锈等必须清除干净；CO2气体纯度应99.5%；10.1.7焊接完成后，要在焊缝边缘的母材上打上焊工的钢印号；10.2筒节纵缝横向对接焊采用手工电弧焊，坡口形式60度V型口。筒体内侧（坡口侧）采用手工电弧焊，焊条牌号为E5015；筒体外侧碳弧气刨清

51、根后采用自动埋弧焊或半自动埋弧焊。焊剂、焊丝组配牌号宜为SJ101、H10Mn2。不允许采用电渣焊，亦不允许采用立焊下行工艺10.3筒节环缝纵向对接焊采用加衬垫的全熔透焊缝，手工焊接。打底焊时，为确保根部熔透，焊条直径宜采用3.2mm；10.4环缝纵向对接焊宜采用平焊，尽量避免仰焊。平焊焊不到的位置，须转动拱肋单元才能施焊；10.5焊接顺序见下图；焊接顺序示意图 图4-6如图(a)，焊接时由两名焊工以拱肋单元的中心为对称轴分别向两边同时施焊，1、3、5为一人施焊，2、4、6为另一人施焊；如图(b)，同一条环缝焊接时，先焊第1段，然后将拱肋单元转动180。焊接第2段，再转动180。焊接第3段，依

52、次顺序焊接至第8段；11、矫正11.1单元管节焊接时，由于不均匀受热会使其产生不同程度的变形。需采取加热方式进行矫正。11.2采取热矫正时，热矫温度应控制在600800。C，矫正后钢材温度应缓慢冷却，降至室温以前，不得锤击钢料或用水急冷。11.3如一次加热未达到矫正效果，需要做第二次加热时，其加热温度应略高于前次，否则亦将无效果。但同时注意，对本桥所采用的Q345qC钢，反复加热的次数不得超过2次。12、焊缝质量检查12.1焊缝外观检验12.1.1所有焊缝必须在全长范围内进行外观检验，不得有裂纹、未熔化、咬边、夹渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷。12.1.2经外观检查合格的焊缝方能进行无损检验，无损

53、检验应在焊接24h后进行。12.1焊缝无损检测焊缝先做超声波探伤、合格后再做X射线探伤，要求如下。焊缝质量检验项目表 表4-2检验焊缝部位超声波检验（UT）射线检验（RT）数量质量等级检验等级数量质量等级底片等级钢管环缝对接100%IB20%IIAB钢管纵缝对接空管100%IIB需灌注混凝土100%IB20%IIAB管节点相贯焊缝100%IB腹管与弦管连接（部分熔透）100%IIB腹板嵌填对接100%IIB(五)钢管拱拼装1、在单根管段焊接、矫正、检验合格后，将对应2根钢拱单管通过腹杆联结成整体。每片长度为810米。将内外弦管分别用限位器固定后，在对应的腹杆位置用纸实地绘腹杆相关线的1：1大样

54、，然后进行腹杆下料。逐根将腹杆先点焊在对应位置，施工人中对整片钢管拱外观尺寸检查合格后，由两个焊工分别从两头同时各焊接两根腹杆，然后由两人同时焊接中间一根腹杆的两头，最后再由两人对称进行焊接腹杆。焊接要求和焊接顺序和14的规定相同。2、在腹管与主弦管焊接时，存在着相贯线问题，相贯线的切割精度将直接影响到该部位的焊接质量，如果间歇过大，焊接量会很大，焊接变形、残余应力也会很大，因此，当进行腹杆下料时，一定要注意以下问题：2.1根据主弦管的实际偏差及管径的变椭等实际情况下料；2.2分阶段下料，不要一次将全桥的腹管下完；3、根据设计要求、实际情况设置焊接余量，并请经验丰富的钣金工放样下料；4、腹管焊

55、接按从下到上、先直腹杆后斜腹杆的顺序组拼，焊接时采取对称交错、分段反向顺序进行，以减少拱管在焊接时的变形，在焊接过程中，因专人负责严格监测钢管拱的组拼尺寸误差。5、由于存在仰焊，为保证仰焊的施工质量，在完成整个节段的平焊与立焊后，利用吊车将单片整体翻身，再焊接另一面焊缝，在拱段翻身前的施工中，要注意按要求对仰焊缝作手工电焊打底，并先组拼焊好隔板，翻身过程中，要轻柔、平稳，并设置必要的支垫或拉绳，防止冲击和集中受力，翻身后对原仰焊进行平焊之前，抽样检查钢管拱截面的主要控制尺寸、预防变形。6、按划分的段落，将加工合格的单片拱对应的运输到大拼场的台模上，并先进行下层单片的对接，在校正尺寸后，环缝由电

56、焊工点焊固定；然后再按同样的方法拼装上层的二或三个单片，对接合格后同时进行环缝焊接，并按照对称原则进行；最后在主弦杆间焊接缀板、加劲板和其他相关部件，焊接要求同单管焊接要求。7、水平支撑、限位斜撑、垂直定位杆由钢板、型钢制成，限位斜撑、垂直定位杆与施工基础时的定位钢板、定位支撑锚环联结在一起；垂直定位杆、限位斜撑在基础上的位置初步定位后，拱段的精确定位靠水平顶杆调整，水平顶杆与垂直定位杆间设置滑槽，在水平顶杆精确定位后，利用水平顶杆与垂直定位杆间滑槽上的螺栓将水平顶杆固定好，以实现两片拱肋间的精确定位。8、经复核两片拱片间间距、位置、坐标无误后，准备焊接腹杆，焊接腹杆前，应在主拱管上详细标出腹

57、管相贯线位置，并复核已下料的腹管长度是否准确。9、公差要求拱肋高度偏差：4mm；拱肋宽度偏差：3mm；拱肋断面扭曲：1mm/m，5mm/段；内弧偏离设计弧线：8mm；钢管弧度曲度的局部凹陷：2mm；缀板、腹杆的纵向弯曲：fL/1000，L：缀板、腹杆长度；10、钢拱肋涂装10.1打砂除锈：采用高压空气压动石英砂对钢结构表面进行除锈，质量要求达到Sa3。10.2涂装层：先喷涂底层无机水性富锌底漆2道，然后再喷涂中间的环氧云铁，吊装完成后喷涂一道聚铵脂面漆，厚度要达到设计要求。五、钢管拱分段吊装(一)总 体 施 工 方 案本工程钢管拱肋安装采用少支架吊装工法，即钢拱肋在施工现场分段加工，地面预拼符

58、合要求后再分段运到桥位，然后采用两台大吨位吊车“双机抬吊”将钢管拱肋准确起吊至支墩顶面位置，最后在支架上完成拱肋合龙的施工方案。每榀钢管拱肋分7段吊装，全桥共设10个临时支架。钢拱肋吊装分段及临时支架分布如图5-1所示。钢拱肋安装施工流程如图5-2所示。1军用墩支架钢管拱马鞍123452345钢管拱吊装支架布置图 图5-1钢管拱分段制作期按合拢拱轴线进行放样和控制，横坐标控制点间距为1.5m，而吊装期的控制点分布为各支架上支承点的位置，由于钢管拱自身刚度大大超出钢管拱空载时要求的刚度，因此各支墩间拱部不进行变形控制，吊装线型控制点为各支架上的支承点。横撑临时接头焊接临时支架（墩）基础定位支架（

59、墩）基础混凝土浇注支架（墩）底端垫梁安装支架（墩）墩身拼装支架（墩）顶面垫梁及限位器安装拱肋定位支座及千斤顶安装拱肋节段运输至桥位拱肋节段吊装及横撑安装双肋同时合龙拱肋线型监控及调整拱肋各节段临时接头及后补腹杆焊接弦杆及缀板内压注混凝土拆除支架（墩）钢管拱吊装流程图 图5-2(二)拱肋吊装临时支架设计与检算1、支架设计本工程钢管拱肋吊装临时支架（墩）拟采用八三式铁路轻型军用桥墩，主要结构单元均为线性杆件，立柱结构为26220012mm的工字型16Mn钢，水平联结系撑杆和平、立面斜撑为808012mm的16Mn角钢。墩身高度可按0.5米的级差调整，最大杆件重量为253kg，联结螺栓均为直径22mm的10.9级高强螺栓，纵横孔距为125mm。本工程支架（墩）设计为沿纵、横桥向均为两榀空间桁架并联(即22形式)，立柱中心轴线间平面尺寸为3.5m3.0m