宜万铁路落步溪大桥提篮式钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥施工工艺研究.pdf
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1、 桥 梁 工 程 宜万铁路落步溪大桥提篮式钢管混凝土劲性骨架 上承式拱桥施工工艺研究 李敏 ,李振 国 ( 中铁三局集 团第一工程有限公司 ,河北霸州0 6 5 7 0 0 ) 摘 要 : 提 篮式钢 管混凝土 劲性骨架上承式拱桥在铁路 建设 中 得到越 来越广泛的 应用 , 其施 工过 程体 系多变, 受 力复杂。 以 宜 万铁 路 落步 溪 大 桥 为 背 案 , 分 别 对 大 体 积 拱 座 混 凝 土 施 工 、 钢管拱骨 架缆 索吊装及拱 肋 内灌 和外 包混凝 土浇筑等 关键 工 序的工艺了探讨和工程 实践 结果表 明, 本 文探讨 的施 工工 艺 合理 、 可行 , 为今后 同
2、类铁路桥 梁的建造提供参考和指导。 关键词 : 宜万铁路 ;钢 管混凝土 ;劲性骨架;拱桥 ;施工 中图分类号 : U 4 4 5 4 文献标识码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 42 9 5 4 ( 2 0 l 0) 0 801 7 00 5 钢 管混凝 土结构 是 由混凝土 填入薄 壁钢管 内而形 成的一 种组合结 构 , 不仅具 有强度 高 、 质 量轻 、 延性好 、 耐疲劳 、 耐 冲击 等优 越 的力 学 性 能 , 还 具有 省 工 省料 、 架设 轻便 、 施 _丁快速 等 优 越 的施 工 性能 。国外 修 建 钢 管混凝 土拱桥 的数量 少 、 规模 小 , 相对而
3、言我 国修建 钢 管混凝土拱桥技术己经达到国际先进水平。但到 目前 为止 , 钢 管混凝 土拱 桥上 仍 存 在且 急 需 解决 的一 些 问 题 , 如缺 乏钢管 混凝 土 拱桥 的设计 、 施 工规 范 , 己建 成 的钢管混凝土拱桥常出现拱背混凝土脱空的现象等。 大跨 度钢 管 混 凝 土 拱 桥 主 要 采 用 桁 架 式 钢 管拱 桥 , 它是 一种 自架设体 系结 构 , 一 般先用 缆索 吊装或 转 体施工 法架设 成桁 架式 空 钢 管拱 桥 , 在 此 基础 上 浇 筑 缀板 、 弦杆 内混 凝土 、 安装 桥道系 、 浇筑桥 面铺 装 , 形 成 钢管混 凝土拱桥 。其 刚
4、度 和 强度 是 逐 渐组 合 形成 的 , 大大 了增加 了施 工 的复杂 性和风 险 。本 文 以宜万铁 路 落步溪 大桥工 程建设 为背 景 , 对 提篮 式 钢 管混 凝 土 劲 性骨架 上承式 拱桥 施工 工 艺 进行 探 索 , 以 为该 类 桥 梁 施 工积 累经验 和提供 指导 。 1 工程背 景 落 步溪 大桥是 宜 万 铁路 2 5个 重 点工 程 之一 。由 于桥址处 山坡 陡峻 、 河谷深 窄 , 因此主桥 采用跨 越能 力 较强 的拱 桥 , 一孔跨 越深 谷 。桥 梁全 长 2 5 2 3 m, 桥跨 组合 为 主跨 1孔 1 7 8 m 上 承 式 拱 桥 , 边
5、 跨 为 1孑 L 2 4 m后张梁和 1 孔 3 2 m后张梁。拱设计为呈提篮式 布置 的两 条 拱肋 、 拱 顶 内倾 3 5 m, 倾 角 5 0 5 7 。 , 是 目 前 国内跨 度最 大 的上承式 钢管混 凝土劲 性骨 架铁路 提 篮拱桥 。 主拱 肋采 用单 箱单 室箱 形 截 面 ( 拱 脚 以上 3 m 为 实体段 ) , 拱脚处肋高 6 0 m, 拱顶处肋高 3 5 m, 高度 按立特 规律 变 化 , 拱 肋 宽 为 2 5 m。拱 肋 劲 性 骨 架 上 下弦杆 采用 + 4 2 6 mm 1 2 m m( + 4 2 6 m mx 2 0 mm) 的 无 缝钢管 ,
6、竖杆 、 上下 平联 、 斜 撑 采用L 1 4 0 m mx 9 0 mm 1 2 m m 和L 8 0 ra m 8 0 m mx 1 0 mm角 钢 , 两拱 肋之 间横 撑采用 + 2 0 3 m mx 1 0 m m无 缝 钢管 。拱 上 立 柱采 用 双 斜式矩形 墩柱 , 两立 柱布置 在倾 斜的拱 肋平 面 内, 两 柱 间设带 空洞 的连接 板 和 系梁 , 采 用 C 3 0混 凝 土 。拱 顶 中部 4 7 5 m段采 用钢筋 混凝 土框架 梁 , 每隔 9 5 m 设 1道横 向断缝。框架 两端 采 用 51 4 m 的等 高 度 ( 1 8 m) C 4 0钢筋 混凝
7、 土 连 续 箱 梁。落 步 溪 大桥 桥 型 布置 如图 1图 3所示 。 图 1 宜万铁路落步溪大桥立面( 单位 : m) 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 51 7 作者简介 : 李 敏 ( 1 9 7 7 一 ) , 女 , 工程师 , 2 0 0 1年毕 业于 内蒙古 工业大 学材料科学与工程专业 , 工学学士 1 7 0 针对该 桥 的设 计特点 , 并结 合现 场施工 条件 , 整 个 工艺流程可分为 : 施工准备 、 拱座浇筑 、 劲性骨架安装 、 主拱混 凝 土浇筑 、 拱 上立 柱浇筑 、 连续 梁施工 。其 中拱 铁道标准设 计R AI L W AY S T A N D
8、 A R D DE S I G N 2 0 1 0 ( 8) 李 敏 , 李振 国一 宜万铁路落步溪大桥提篮式钢管混凝 土劲性骨 架上承式拱桥施工工艺研究 图 2 宜万铁路落步溪大桥平面 l 8 o 0 图 3 宜万铁路落步溪大桥 跨中截面 ( 单位 : m) 座 、 劲性骨 架及 拱肋 混凝 土是 施工 的重 点 和难点 , 现 分 别进 行探讨 。 2拱座 施工 工艺 落步 溪大 桥上部 动 静荷 载通 过拱 肋传 递至 两侧 拱 座 。拱 座 为现浇 C 2 5钢 筋 混 凝 土 , 单 个 拱 座 混凝 土 数 量为 1 9 9 7 6 m , 每个拱 座 预埋 + 6 0 0 mmx
9、 1 6 l I l m、 单 根 长 3 8 m 钢 管 。本 拱 座施 工 的难点 在 于 : 如 何 实 现 对 大体 积 的混凝 土水 化 热 的控 制 , 以 防 止大 体 积 混 凝 土 开裂 ; 如何 实现 钢管 的准 确定 位 与安装 , 以实现劲 性 骨 架 的准确合 龙 。 对于大体积混凝 土水化热控制 , 首先从 昆 凝 土配 合比考虑 , 选用矿渣水泥加粉煤灰进行配合 比设计 , 并 对其 浇筑后 产生 的温 度应 力 进 行 计算 , 水 :( 水 泥 + 粉 煤 灰 ): 砂 : 碎 石 配 合 比 =1 9 0 k g ( 7 7 6 ):( 3 6 3 + 6
10、4)k g(1 7 4 ) :6 8 8 k g(2 8 0 8 ) : 1 1 4 5 k g ( 4 6 7 3 ) 。其 次从 施 工 方 法 上 考 虑 , 采 用 两 次 浇 筑 混凝 土施 工方 法 , 如 图 4所 示 。最 后 考 虑 采 用 外 部 措 施 , 通 过在拱 座 内布 设 冷 却 管来 降 低 混 凝 土 水化 热 的 聚集 。 ( a ) 拱座结 构 ( b ) 第1 次浇筑 ( c ) 第2 次浇筑 图 4拱 座 混凝 土 分 次 浇 筑 示 意 ( 单 位 : m) 冷却管路采用普通 + 3 2 m m 3 2 5 mm焊接钢管 , 第 一次 浇筑 混凝
11、土时 冷却 管路 沿长 度方 向水 平分 层 布 设 , 每层 位置 应在 分层 浇筑 中心 处 , 第二 次 浇筑混 凝 土 铁道 标准设计R AI L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 0 ( 8 ) 桥 梁 工 程 时冷却 管路 沿 长度方 向平 行 于 拱 座 斜 面 布设 , 每层 为 单 独 回路 , 如 图 5所示 。各 层管 路 进 水 口皆 从拱 座较 低 口进入 , 各层 进水 口尽 量位 于线 路 同一侧 , 出水 口均 高于进 水 口, 以确保 管 内水流 饱满 。 图 5拱座 混凝土内冷却管布置 ( 单位 : m) 3 劲-
12、陛骨架缆 索 吊装 工艺 对 于大 跨度 钢管 混凝 土 ( 劲 性 骨架 ) 拱桥 而 言 , 空 钢 管拱 肋架 设是 施工 中难 度 最 大 、 风 险 最 大 的关 键 性 工 序 , 主要采 用无 支 架缆 索 吊装 一 千 斤 顶斜 拉 扣 挂 法 。 根 据落 步溪 大桥 的现 场 施 工 条 件 , 扣 索 方 案采 用 无 扣 塔 扣索方 案 , 即扣 索 后锚 点 利 用 本 桥 拱 座 后方 的桥 台 ( 进 行相 应 的预应 力配 束 ) , 由于 扣 索后 锚 点 的 高程 低 于 一般 的扣 塔扣 点 , 势 必会 引起 较 大 的骨架 纵 向压 缩 量 , 给合龙
13、施工带来 了困难。 3 1 拱肋钢 管 骨架 节段 划分 及 制作 整 个拱 肋共 分 1 1个节 段 , 从 宜 昌侧 向万 州侧 的编 号 依次 为 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 1 1 、 1 0 、 9、 8 、 7 、 6 , 各 节 段 长 度 及 质量 见表 1 。各 节 段 采 取 现 场 分 节段 加 工 , 利 用 缆 索 吊吊装 。各 节段质 量 加上 吊装 时 的临时 横撑 的质量 均 不 大于 6 2 t , 此 质量 是 吊装 系统设 计 的一重 要参 数 。 表 1 拱肋钢 管骨架分段 根据 钢拱 肋截 面 形 式 , 将 各 节 段 制 作分 为 下
14、料 加 工 、 主 弦管弯 制 、 平 联 制作 、 单拱 肋 卧拼 、 拱 段立 体预 拼 组装 、 合 龙 接头 的设 置 、 移 出场 地 至 吊装 区等 7个 阶段 。 3 2钢管骨架的架设方案 拱肋 骨架 无支 架 缆 索 吊装 系统 采 用 吊 、 挂 分 离 方 案。缆索 吊装系统 由索塔系 、 索道系 、 后锚系群、 卷扬 机群 、 抗 风 系 等 组 成 , 缆 索 吊装 系 统 总 体 布置 见 图 6 。 钢管 拱肋 骨架 节段 施工 流程 见 图 7 。 拱肋的吊装方法采用 四点抬 吊整体 吊装 、 起 吊就 位 的方法 进行 。吊装 顺 序 为 : 宜 昌侧 1 、
15、2 一 万 州侧 6 、 171 一 桥 梁 工 程 李 敏, 李振国一宜万铁路落步溪大桥提篮式钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥施工工艺研究 图6缆索 吊装系统总体 布置 立面 ( 单位 : IT I ) 万能杆件等设备进场H 索塔拼装 布置索塔抗风索 主索锚碇 布置 安装塔顶结构 布置吊装缆索 塔顶结构制作 缆索进场 缆索系统验收 I塑 墨 曼 茎 丝 室 l 盏 二 翌 霪霾 蜜匮 吊、扣索转换 图 7拱肋骨架节段 施工流程 挂拉八字抗 风索 7 一 宜 昌侧 3 、 4、 5 一 万州 侧 8 、 9 、 l 0 一 合龙 节 1 1 。 3 3钢 管骨架 合龙施 工 钢管拱 合 龙成 功
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