钢管混凝土系杆拱桥施工技术难点及对策

钢管混凝土系杆拱桥施工技术难点及对策

钢管拱肋制作工艺流程：放样→下料→零件加工→卷圆→钢管纵缝拼接→校圆→钢管接长→校验→焊拼吊杆锚箱及零部件→阶段预拼报验→整体预拼报验→装焊临时连接件→涂装报验→存放 以直代曲、短管划分原则，每节短管长约2m，矢高不超过5mm。接头不在吊杆位置，纵缝埋弧焊形成钢管，环缝焊接形成钢管拱肋。

短管拱肋制作工艺流程：放样→下料→加工坡口→滚圆→纵缝拼接→校圆

喷漆工艺流程：喷砂除锈Sa2.5级→吸砂吸尘→无极硅酸锌底漆→喷涂环氧云铁中间漆→检查油漆干膜厚度、附着力→涂层损坏修补→聚氨酯面漆→检验合格、存放。

拱肋吊装流程：技术交底→定位放样→拱肋临时支撑→微调定位→复测后节段环缝对接

质量点：

采用高压无气喷漆，厚度240～260μm，环境温度15～30oC，相对湿度不大于85%

焊接工艺评定试验，确定合理的焊接工艺，保证焊缝的熔透性，控制焊缝变形

每片拱肋做1块进行抗拉、屈服强度、低温冲击韧性、冷弯实验，检验试板焊缝机械力学性能，保证制作中焊缝接头的机械性能质量

拱肋纵、环缝对接缝按I级焊缝要求进行100%的超声波探伤、X射线拍片，拱肋缀板

熔透角焊按II级焊接要求进行100%超声波探伤，以确保焊接熔透及内在质量。

加强吊装过程拱肋高程、中心以及应力检测，严格以监测指令进行微调。1/8跨、1/4跨、及拱顶必不可少设应力、应变观测点。

钢管混凝土使用水泥52.5，初凝时间8～12小时，高性能微膨胀砼，

2.1支承系统

2.1.1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。

2.1.2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。

2.1.3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。

2.2主拱肋拱轴线控制系统

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3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。

2.3钢管混凝土配制 2.3.1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。

2.3.2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。

2.4主拱肋钢管的拼装

2.4.1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℃。

2.4.2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。

2.4.3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。

2.4.4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。 2.5波纹管堵塞

系杆拱桥横梁、系梁多为群锚后张预应力混凝土，于是防治 波纹管堵塞，避免钢铰线局部拉伸率、应力超标是施工中不容忽 视的大问题。对此我们的预防措施是：

(1)波纹管固定后，将半硬性塑料管穿入波纹管内，其外径小 于波纹管内径8~10mm，长度大于波纹管长4~6m；

(2)指派专人，在浇筑混凝土过程中不停抽动塑料管至混凝土 浇筑完毕；

(3)抽出塑料管，清除其表面灰浆，擦净备用。抽动半硬性塑 料管法，可从根本上解决波纹管堵塞问题。

2.6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。

2.7拱脚混凝土空洞

2.7.1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。

2.7.2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。 2.8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。

2.9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。

2.10其它问题

近年来，系杆拱桥普遍出现系梁混凝土于吊杆处裂缝、吊杆 护套提前开裂、下端预埋管进水、锚头及钢丝提前腐蚀和拱肋 钢管腐蚀等严重问题，危及桥梁的安全。

2.10.1防腐

(1)拱肋防腐可用经济、实用，便于现场施工和后期维护的 方案——有机环氧富锌涂料，分为3层，底层富锌涂料、中层环氧云铁、面层聚胺酯喷涂。涂装时环 境温度宜控制在5℃~35℃之间。

(2)防腐钢绞线应用较多的有镀锌钢绞线和环氧喷涂钢绞线， 前者，经镀锌处理后，机械性能均有所下降，且一旦被刮伤则伤处 的阴极反应会使腐蚀速度加快；后者，机械性能与原钢绞线基本 上没有差别，而且在生产过程中进行了充分的表面处理和再次稳 定处理，其抗拉强度和延伸率较普通钢绞线稍有提高。故此应尽 量用环氧喷涂钢绞线。

2.10.2吊杆处系梁纵向钢筋的处理

系梁钢筋是通长的，而结构设计需要吊杆穿过系梁，如此以 来，系梁纵向通长钢筋就必然被截成数段，势必影响结构受力，为 解决这一矛盾，可采用于吊杆处设置“方形环筋”，系梁纵向钢筋截断后分别与其焊接，吊杆在其方形环筋中穿过。这样，即可以 保证系梁纵向通长钢筋的连续，又可以保证吊杆与系梁联结位置 准确。

2.10.3横撑与拱肋节点处应力集中的预防

为避免钢管横撑与主拱肋结合部，在使用环境中开焊，影 响桥梁整体性能，一般采用在其结合部增设4个加强联结钢 板，按90o间隔均匀布设，焊接牢固。

高速公路隧道安全管理

随着我国高速公路事业的快速发展，高速公路逐渐向山区延伸，由于山区地质结构的特殊性和复杂性，导致山区高速公路隧道不断增多，隧道安全管理已成为新的研究课题。本着提高高速公路的行车安全、打造畅通而舒适的行车环境、减少国家和人民财产的损失，笔者从高速公路隧道的交通安全、消防安全、二次事故预防等方面进行简要分析，以期能引出更完善的隧道管理办法和方案，行成一套完善的高速公路隧道安全管理机制，为山区高速公路的发展和管理推波助澜。

一、隧道环境的特殊性

1、空气质量不高加之内外光线的差别，导致视觉较易受影响；

2、由于隧道所处地理位置的特殊性，山体下方往往存在地下水，加上洞内外的温差不一，而使隧道内常常处于潮湿的状态；

3、由于隧道结构的特殊性，当车辆通过隧道时，洞内震动及噪声较大；

4、由于隧道空间的特殊性，加之车辆速度较快，而使设备的日常维护、故障检修工作困难。

二、隧道设施的特殊性

1、隧道内各种安全和管理系统：主要包括隧道照明系统、隧道通风系统、隧道消防灭火系统、手动报警系统、紧急电话系统、隧道广播系统、隧道闭路电视监视系统及交通控制和信号提供系统、通风、照明控制系统、供配电系统等等。

2、许多子系统设备数量大，如照明灯具、摄像机、报警电话等。

3、设备价格高，投资大，运营维护工作量大：如通风系统、照明系统等。

三、隧道安全管理的重点和目的

隧道安全管理的重点是防止隧道消防安全、交通安全，避免隧道内二次事故发生。保证高速公路隧道的正常运营，保证高速公路的安全畅通，为司乘营造一个安全、高效、快捷、舒适的行车环境。

四、隧道内交通事故发生原因

由于隧道的空间、结构和所处地理位置的特殊原因，使其的行车环境与洞外相差较大，根据一些文章对当前隧道内交通事故的记载，隧道内交通事故的发生原因主要归为以下几点：

1、由于驾驶人员的警惕性不高，在隧道内行驶时对速度的控制不够，车速过快而导致交通事故的发生，此类事故占当前隧道交通事故的90%以上。

2、由于车辆的自身原因，比如刹车失灵、方向机失控等原因，而导致隧道内交通事故的发生。

3、由于驾驶人员没有山区高速行车经验，安全意识不够，错误操作而导致交通事故的发生。

五、隧道火灾的特点

由于隧道空间的特殊性，相对外界发生火灾有较明显的特点，比如，难以疏散车辆造成交通堵塞；空间较窄，烟雾不易排出，升温快；有毒气体的产生，使救援难度增加；第一火点容易造成隧道结构受损。

六、二次事故发生的原因

根据参考国内二次事故发生的综合原因，其主要是在发生交通事故后，后车车速过快，现场处理时间过长，交通安全管制不正确或不到位从而引发的二次事故。

七、交通安全管理

1、交通安全提示设施的完善，根据各个隧道的特点在适当的位置增设安全提示设施，提高驾驶人员的安全意识和警惕性。

2、多部门协作，隧道的安全管理涉及面较宽，其中包括了，机电维护、监控管理、设施维护、消防管理、日常巡查等，所以应加强各部门之间的协作。

3、交通事故的快速处理，当发生交通事故后，各部门应第一时间赶往现场，现场处理人员要明确处理目的——在保证国家财产和人民生命安全的前题下，以保证车道的快速疏通，保畅为首要职责。

4、各部门应定期对设施设施进行有效的检查，以保证在出现紧急情况后，各种设施能发挥其的功用。比如，由于隧道内通信条件受限，要第一时间掌握现场动态，及时发布信息，报警电话的随时检查显得格外重要。

5、明确各隧道管理部门职责，明确分工，对隧道进行有效的管理。

6、严格控制超限运输车辆的擅自驶入，加大山区行车安全的宣传力度。

八、消防安全管理

隧道内一但发生火灾，其的扑救都较洞外有较大的难度，所以隧道内的消防安全主要应以防为主，比如，严格控制运输易燃、易爆等车辆的驶入，对隧道内电路的定期检查等等。当然，为提高隧道内火灾发生后的处置力度，最大可能减少损失，应完善隧道内的各种消防设施，比如，消防栓、风机等要定期检查。隧道管理部门应与当地消防部门制定消防管理预案并定期组织消防演练。

九、二次事故的预防

当隧道内发生突发事件或交通事故后，隧道管理部门应及时抵达现场并采取有效避免二次事故发生的措施，做好交通管制工作，摆放好符合警示标志、标牌，引导过往车辆安全通行。首批抵赴现场的人员，要及时将事故的具体情况及时反馈给监控中心等部门，监控中心应及时发布事故信息，更改可变情报版以提醒车辆注意减速避让。同时现场人员应负责现场救护的协助和现场围观人员的疏散。当然，现场处理人员的自身安全也是重点，所以应加强安全培训，以确保有效处理事故的同时，有效保证自身的安全。