公路橋梁建設中鋼管混凝土拱橋的施工技術

摘要 鋼管混凝土拱橋是目前交通系統(tǒng)中常見的結構形式，對施工技術有著較高要求。為進一步提高公路橋梁鋼管混凝土拱橋施工水平，文章針對鋼管混凝土拱橋施工技術進行研究，結合實例項目對各個環(huán)節(jié)施工技術要點分析，并提出施工過程中需要注意的幾點內容。通過該文分析，有助于提高鋼管混凝土拱橋施工質量，優(yōu)化施工效果，建設高品質工程。

關鍵詞 公路橋梁;鋼管混凝土拱橋;施工技術

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）12-0077-03

收稿日期：2022-04-15

作者簡介：黃鴻飛（1985—），男，本科，工程師，研究方向：鋼結構拱橋施工。

0 引言

常規(guī)的公路橋梁施工技術難以滿足一些大型項目施工要求，即便可以完工，后期使用階段也會出現(xiàn)不同程度的問題。為提高公路橋梁使用效果，滿足交通運輸需求，鋼管混凝土施工技術以強度大、抗變形能力強等優(yōu)勢廣泛應用于路橋工程項目中?；诖?，該文針對公路橋梁建設中鋼管混凝土拱橋的施工技術進行探討。

1 鋼管混凝土拱橋施工技術優(yōu)點

鋼筋混凝土結構和鋼結構是我國公路橋梁項目中較為常見的結構形式，鋼結構公路橋梁有著良好性能，但需投入較高成本。傳統(tǒng)的混凝土結構橋梁缺乏足夠的耐久性，延展性不足。而鋼管混凝土拱橋充分發(fā)揮鋼管和混凝土的優(yōu)勢，有效解決了高成本和耐久性不足的問題[1]，其技術優(yōu)點總結如下：

1.1 耐久性強

在惡劣環(huán)境影響下，普通混凝土公路橋梁容易因混凝土耐久性不足而出現(xiàn)質量安全問題，鋼管混凝土拱橋能提升結構整體耐久性，有助于提高混凝土結構抵抗外界惡劣環(huán)境能力，延長公路橋梁的使用壽命。

1.2 良好的抗壓性

隨著車輛通行量和運輸荷載的不斷增加，公路橋梁需要長時間承受較大荷載，只有提高公路橋梁的承載力和抗壓性，才能滿足當前交通需求。鋼管混凝土拱橋的橋面、路面抗壓性能比傳統(tǒng)路橋工程有著更加優(yōu)越的性能，可以承受更大的荷載，有效減少長期荷載引發(fā)的裂縫等問題，有助于工程使用壽命的延長。

1.3 經(jīng)濟性較好

鋼管混凝土拱橋能提高公路橋梁整體質量水平，可實現(xiàn)工程經(jīng)濟性的優(yōu)化。其優(yōu)點主要有：

（1）鋼管混凝土拱橋施工技術的耐久性和穩(wěn)定性更強，滿足社會對公路橋梁使用的需求，公路橋梁承載能力在鋼管和混凝土共同作用下得到增強，外界荷載對公路橋梁的威脅降低。

（2）施工中可用鋼管充當混凝土模板維護結構的功能，這種施工方式可以節(jié)約模板施工環(huán)節(jié)費用，有助于節(jié)省工程成本，提高項目的經(jīng)濟效益。

2 工程概況

某公路橋梁的橋梁長度和寬度分別為585.55 m和285 m，橋梁主要結構部分為五孔、無風撐、鋼管混凝土系桿，該工程采用的是雙承面、下承式鋼管混凝土結構，按照1∶5設置矢跨比。橋梁拱肋高度和寬度分別為71 m和1.7 m，拱肋厚度18 mm，采用的是Q346D扁鋼管，填充微膨脹混凝土。

3 鋼管混凝土拱橋施工準備

3.1 鋼梁拼裝支架工藝

3.1.1 準備工作

施工前要做好材料、設備、勞動力等資源準備工作，在固定位置存放材料，并且由專人保管。管理人員對現(xiàn)場條件檢查確認，確保吊車安裝牢固。硬化處理施工現(xiàn)場，提高現(xiàn)場施工條件便利性。鋼管拱構件由專業(yè)加工廠加工制造，每個拱肋分為7個節(jié)段加工。

3.1.2 基礎鋼管插打

現(xiàn)場準備工作完成后，從靠近墩柱一側開始將4根基礎鋼管一次插打，每2根鋼管支架立柱分別和4根基礎鋼管對應。在插打作業(yè)中，采用的是50 t履帶式吊配45型或60型電動振動錘進行插打作業(yè)，為了保證插打的參數(shù)符合規(guī)范要求，測量人員還要用全站儀全面監(jiān)測插打過程中基礎鋼管的位置，尤其是鋼管的樁位和傾斜度，要按照不超過10 cm的標準控制樁位，按照不超過1%的標準控制其傾斜度[2]。

3.1.3 搭設支架，設置軌道裝置

基礎鋼管和分配梁施工中，施工人員搭設支架并且鋪設軌道，用吊裝設備在分配梁重點位置吊放安裝鋼管立柱，立柱要對應鋼梁內的位置，然后由焊接人員焊接立柱和分配梁。在設置軌道時采用焊接箱型梁方式，用履帶吊裝搭設支架，焊接吊裝軌道和鋼管立柱，順直排布軌道，精確標高確保安裝精度。支架施工采用單側單排Φ730×8 mm鋼管，每排共設置6根鋼管，其中第3、5跨間鋼管頂部采用縱向Φ273×6 mm鋼管+L125×10 mm剪刀撐進行連接加固，兩排鋼管間采用橫向Φ273×6 mm鋼管水平撐。

3.1.4 設置臨時支座

完成支架和軌道施工后將臨時支座安裝于軌道頂面，自行加工臨時支座。

3.1.5 檢查支架

在完成鋼梁支架安裝后需要對結構的幾何尺寸、受力關鍵點、焊縫質量等進行細致地檢查，及時做好缺陷部位的處理，確保各個細節(jié)滿足施工要求。

3.2 拱肋拼裝支架施工流程

采用碗扣支架安裝拱肋支架，全范圍搭設并且用頂?shù)淄刑幚碇Ъ堋９袄吖?jié)段使用頂托和橫橋向工字鋼支撐，用方木調整固定，確保操作平臺穩(wěn)定可靠。準確穩(wěn)定地確定拱腳處節(jié)段定位，確保穩(wěn)定支撐橫橋[3]。

3.3 施工要求

3.3.1 焊接鋼梁節(jié)段要求

焊接人員持證上崗，按照設計要求完成現(xiàn)場焊接作業(yè)。該工程采取全焊工藝焊接現(xiàn)場鋼結構連接部位。制造單位按照預先工藝評定參數(shù)做好加工節(jié)段變形量和收縮量的預留?，F(xiàn)場焊接要對鋼材焊接部位做好有效保護措施，合理配置防風、防潮、預熱設施。在完成焊接后對焊接質量進行檢查，及時處理焊接缺陷，并且做好防腐防銹處理。

3.3.2 鋼結構施工要求0C4DA3F7-35C5-4A27-9B35-5E14D0D02E64

項目開工前一個月管理人員按照設計圖紙要求精準地安裝預埋零部件，并向項目部提交驗收申請，監(jiān)理師確認安裝位置精準無誤后才可進行施工作業(yè)[4]。安裝前，測量人員對主墩、邊墩等控制點中心樁號、頂面標高、相關尺寸進行復核，監(jiān)理工程師確認各項參數(shù)偏差都在規(guī)定范圍內簽字批準施工。主梁施工中須注意鋼結構是否出現(xiàn)變形問題，采取有效預防措施。施工人員以《公路橋涵施工技術規(guī)范》中要求為基礎完成鋼結構運輸作業(yè)，在運輸中注意避免擠壓或者磕碰鋼結構，以免出現(xiàn)變形、損傷等問題。

4 鋼管混凝土拱橋施工技術要點

4.1 鋼梁存放

加固地基并硬化處理存放場地，保證場地穩(wěn)定性。單層堆放箱梁、拱肋，盡量保證各個支點均勻受力。堆放過程中要做好構件編號，分類堆放，做好堆放順序的合理安排，避免出現(xiàn)擠壓情況[3]。根據(jù)材料數(shù)量合理配置支墩，確保支墩頂面能夠完全貼合梁底，提高構件存放穩(wěn)定性，避免損傷涂層。該工程設置的保護層厚度在150 mm以上，平面尺寸在500 mm×500 mm以上。

4.2 鋼梁運輸

根據(jù)鋼箱梁和拱肋外形尺寸、施工現(xiàn)場條件合理選擇運輸方式，鋼梁節(jié)段、拱肋節(jié)段、斜撐等單元件采用公路運輸?shù)姆绞?，要做好整體運輸路線的調整及運輸報告編制。按照設計順序發(fā)運相關構件，裸裝鋼梁節(jié)段、拱肋節(jié)段、斜撐等構件，用箱梁裝運連接板等小件，以免在運輸途中出現(xiàn)構件丟失的情況。該工程由于建設規(guī)模較大，使用鋼梁節(jié)段、拱肋節(jié)段、直撐、斜撐等構件較大，采用的是大型運輸車，用木箱裝其他小件，并且在外箱上貼上標簽。

為了保證運輸途中構件穩(wěn)定性，在裝車過程中用木楞將各個桿件隔開，避免發(fā)生磕碰，要固定好卡槽或者鋼絲繩，用橡膠墊墊在鋼絲繩和桿件接觸部位，以免對桿件產生劃傷。

4.3 橋面板預制、安裝與濕接縫澆筑

該工程采用C50高性能混凝土進行橋面板預制，面板寬度和厚度分別為29.5 m和0.25 m?；炷翗蛎鏅M向結構由4塊混凝土板組成，在按照設計方案鋪設預制板后用C50微膨脹纖維混凝土澆筑拼接縫。拱頂平緩段開一直徑150 mm的排氣孔，排氣孔成螺旋狀。為了避免放置預制板過程中混凝土收縮引發(fā)變形問題，管理人員要在適當?shù)攸c存放預制板至少6個月。通過質量檢測確認預制板質量全部達標后才可以依次運輸?shù)浆F(xiàn)場，用100 t履帶吊機吊裝。施工人員按照焊接順序澆筑預制混凝土板縫隙，稍微彎折外露的鋼筋。在縱向鋼梁腹板和橫隔梁頂面鋼板上安裝預制橋面板，用1 cm厚橡膠墊防護支撐面。按照施工縫處理規(guī)范鑿毛處理預制橋面板混凝土連接面。用摻入適量膨脹劑的混凝土填充焊接縫，通過微膨脹效果減少混凝土收縮裂縫現(xiàn)象[5]。

4.4 拱肋安裝及試拼、檢查

采用以折代曲方式加工拱肋，設置2.4 m基本直線段長度，按照126.2 m標準設置中間節(jié)段主拱肋長度，按照132.6 m設置副拱肋長度。該工程每根主拱肋每米重量大約為1.35 t，每根副拱肋每米重量大約是0.88 t。

安裝拱肋前按照1∶1放樣尺寸進行拱肋試拼裝，在檢查試拼裝質量時要對出現(xiàn)的問題及針對性的優(yōu)化措施做好記錄，為后期數(shù)據(jù)核驗提供數(shù)據(jù)支持[6]。將平臺搭設在接口處的臨時支墩上，按照0.5～1 m范圍控制平臺和拱肋下緣間距。在吊裝拱肋前需要安排好吊具、平臺、工裝等內容，通過試驗確定具體安裝工藝，并且做好崗前培訓，確保調運人員對調運方法和路線有明確的掌握，確保有條不紊地完成拱肋拼裝任務[7]。

4.5 泵送頂升鋼管混凝土

該工程主拱肋灌注303.5 m3混凝土，副拱肋灌注192.7 m3混凝土。通過配比試驗確定最終混凝土配置方案，采用C50微膨脹混凝土，并且對混凝土原材料水泥、膨脹劑、砂石、減水劑等原材料質量進行嚴格控制。工作人員按照最佳配比做好材料稱量、投料和攪拌，分類存放各類原材料，并且定期檢查材料質量。

5 施工質量控制

按照上述流程完成施工作業(yè)，工程質量達標且提前交工，施工期間未出現(xiàn)安全問題，經(jīng)過驗收各項內容均達到國家標準規(guī)范要求，取得較為良好的效果。

5.1 混凝土配比技術

根據(jù)施工方案要求按照17～20 cm范圍控制混凝土材料坍落度，在混凝土固結消耗時間計算中充分考慮壓注速度，有助于混凝土結構承載能力的提升，減少混凝土灌注后開裂、鋼管壁裂縫問題[8]。工作人員可以調整混凝土結構微應力，同時對各個原材料配比進行合理調整，或者適當使用添加劑，調整混凝土性能參數(shù)，從而調控混凝土材料微膨脹率，降低出現(xiàn)混凝土結構質量問題的概率。不同強度等級混凝土基本參數(shù)配比如表1所示。

5.2 對稱壓注施工技術

對稱壓注施工中，工作人員須全過程嚴格控制泵車灌注速度、行進速度，堅持連續(xù)灌注原則，將對稱壓注施工目標高效落實，保證混凝土結構能夠達到設計方案中質量標準要求，建設高品質鋼管混凝土拱橋，提高施工效果。該次工程合理應用對稱澆筑方法，效果良好[9]。

5.3 鋼管混凝土養(yǎng)護技術

相比于傳統(tǒng)混凝土結構養(yǎng)護，鋼管混凝土養(yǎng)護更加特殊，混凝土處于鋼管內部，養(yǎng)護難度大。鋼管混凝土拱橋施工中，沒有合理采取養(yǎng)護技術很容易出現(xiàn)混凝土和鋼管壁裂縫問題，降低鋼管混凝土整體結構性能，嚴重影響拱橋結構承載力、抗震力，為此，工作人員在具體施工中為了保證混凝土結構內外溫差在規(guī)定范圍內，用麻袋包圍鋼管，達到保溫效果。

5.4 施工過程拱肋控制成果

該工程最大位移發(fā)生在鋼管拱拱頂，大小為10.15 mm。與該點的理論值9.60 mm相比，僅超出了0.55 mm，小于規(guī)范中規(guī)定的1.00 mm。拱肋垂直位移見圖1。

6 結語

綜合上述，鋼管混凝土拱橋施工中應做好各個施工工藝要點控制，加大管理力度，提高施工技術水平。同時，要明確施工要求，合理存放材料，做好拱肋試拼裝工作，嚴格控制安裝過程，做好鋼管混凝土澆筑作業(yè)，確保施工方案科學合理。管理人員要加大現(xiàn)場管理力度，合理配置原材料，加強混凝土養(yǎng)護，最終提高鋼管混凝土拱橋施工效果，建設高品質的公路橋梁項目。

參考文獻

[1]譚卜豪. 大跨度拱橋拱肋順橋向風荷載計算方法研究[J]. 廣東建材， 2021（3）： 46-49+52.

[2]馮永清. 帶有飛燕的中承式大跨徑鋼管混凝土拱橋靜載試驗與分析研究[J]. 山西交通科技， 2021（1）： 54-60.

[3]魏凱. 公路橋梁施工中鋼管混凝土拱橋施工技術的應用研究[J]. 磚瓦， 2021（5）： 166+168.

[4]鄒圻， 范翊. 橫撐對鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性能的影響[J]. 四川建筑， 2021（3）： 160-162+166.

[5]田濤. 北京市公路鋼結構橋梁養(yǎng)護定額編制前期研究[J]. 公路， 2021（7）： 292-299.

[6]譚卜豪， 王雷， 王同. 桁架式拱橋拱肋橫橋向風荷載計算方法研究[J]. 城市道橋與防洪， 2021（8）： 124-128+18.

[7]鄧玉華. 下承式鋼管混凝土系桿拱橋特殊檢測試驗方法研究[J]. 工程建設與設計， 2021（22）： 68-70+110.

[8]中國工程建設標準在“一帶一路”相關國家工程應用案例3 越南海防市Hoang Van Thu大橋項目（市政工程領域）[J]. 工程建設標準化， 2021（12）： 54-55.

[9]陶小蘭. 高原山區(qū)公路橋梁橋型方案設計探討[J]. 公路交通技術， 2021（6）： 115-121.0C4DA3F7-35C5-4A27-9B35-5E14D0D02E64