12-预应力混凝土斜腿钢构桥有支架施工工法

预应力混凝土斜腿刚构于1954年首次在德国应用于霍莱姆大桥，该桥跨度85.5m，在膺架上施工，采用迪维达格体系，是目前世界上最大跨度的铁路预应力混凝土斜腿刚构桥。斜腿刚构是刚构中的一种特殊形式，有其结构上的固有特点，如：斜腿与中跨形成拱的作用，具有较大的轴向压力(天然预应力)；梁部类似三跨连续梁，既具有拱桥的优点，又有连续梁的特性，梁拱结合，受力合理；结构整体性好，线条挺拔，外观轻巧，等等。这种桥跨结构我国于70年代后期在公路、铁路上相继使用。

主跨82m的浊漳河预应力混凝土斜腿刚构桥系铁道部科研项目，是我国铁路上第一座斜腿刚构桥，于1981年8月建成通车，在世界上跨度仅次于霍莱姆大桥。该桥竣工后经动载、静载试验，跨中挠度为8mm，为跨度的1/5500，列车速度60km/h时竖向和横向自振频率接近计算值。工程于1983年获国家银质奖，施工技术于1984年通过部级鉴定。

一、工法特点及适用范围

1.以钢拱架、膺架作支架，就地分段由跨中向两端连续对称灌筑梁体混凝土，不需大型机械设备，施工安全、可靠。

2.灌筑梁段混凝土前，于拱架跨中节点预加荷载；随梁段混凝土灌筑而相应卸除预加荷载，这样能最大限度地消除钢拱架非弹性变形，从而确保斜腿刚构的设计拱度。

3.本工法适用于修建跨越山谷、河道的预应力混凝土斜腿刚构桥、拱桥等。

二、施工工艺

(一)工艺流程(见图1)

图1   斜腿刚构施工程序

(二)主要工序

架设缆索吊机→预拼拱架→桥上拼拱→拱架抄平、测设中线→钢拱架预加载→支立木排架→铺设底板→安装支座并灌注斜腿混凝土→灌注中跨混凝土并相应卸载→形成门式刚构落拱第一次预应力→架设边孔支架、立木排架→铺设边孔底板→灌边跨梁部混凝土→全桥预施应力→压浆→拆除拱架。

(三)施工工艺

1.架设缆索吊机

82m跨度斜腿刚构桥，根据地形和设备情况，两端索塔以万能杆件拼装，塔高30m，跨度280m 。由于拱架拼装和灌注混凝土的需要，采用两条主索道和一条辅助索道，主索道台车吊重为 70kN，辅助索道台车吊重30kN。

2.拼装钢拱架

(1)选配所需要的杆件，并对扭曲变形杆件进行校正和整修。

(2)预拼：预拼的目的在于核定设计拱轴线、拼装工人熟悉施工程序和为桥上高 空拼装组成吊装单元。预拼施工组织设计的原则是：预拼场地应距桥头较近，以便于运输； 预拼宜选用半跨立体拼装，采用混凝土垫层基础，木排架支撑，木排架的变形应压缩到最低 限度。

预拼的顺序是：

a.将拱脚安装就位，安装上下平联的断面联结系。

b.将基本节与下弦杆组成单元。

c.组装上下平联和断面联结系。

预拼需用的主要机具见表1。

预拼需劳力17人，其中基本节组装起重工4人，安装联结系起重工6人，杆件挑选起重工2 人，小搬运普工2人，指挥1人，司机1人，木工1人。

    表1  预拼需用机具

(3)钢拱架拼装

a．准备工作：核对中线和支座垫石标高；制作垫木，整修砂箱，配滑板、垫板；选配砂子，砂箱预压等。应做到：砂箱除根据载荷要求设置外，还应考虑掏砂操作方便；使用的砂子应进行强度试验，其破碎率不大于10%；砂箱使用前应进行预压，以减少弹性变形；跨度范围 内架设安全网。

b.按施工设计要求，于3#、4#墩顶拼装塔架，安装分配梁，吊挂斜拉索。

c.利用缆索吊机拼装中间4片拱架。首先安装拱脚节和支座，而后按照预拼顺序所组成的单 元进行拼装，并按施工设计要求的吊点位置设置斜拉索。

d.两端交替调整斜拉索，利用特制的刹尖箱和刹尖板使拱顶合拢，形成三铰拱。

e.拼装两侧其余2片拱架并进行贴边，安装平面和断面联结系。放松斜拉索。

(4)拼装拱架注意事项

a.拱架拼装过程中，应遵循“宁高勿低”的原则，以便于落拱合拢。

b.拱架平面中线与桥梁中线偏差不大于20mm。

c.封拱是钢拱架成拱的最后一道工序，根据“低温封拱”的原则，封拱时间以选在气温变化 较小的早晨为宜。

d.拱架顶留高度可考虑以下因素：

钢丝绳温度变形：（缺公式）

钢丝绳弹性变形：



其他非弹性变形：

式中at——钢丝绳温度膨胀系数；

Ls——钢丝绳长度；

Es——钢丝绳弹性模量；

Fs——钢丝绳截面积。

(5)钢拱架拼装需用的机具(见表2)

表2  钢拱架拼装机具

(6)钢拱架拼装需劳力30人，其中指挥1人，穿钢销起重工6人，安联结系起重工4人，拉倒链 滑车起重工2人，推绞车普工10人，卷扬机6人，安检员1人

3.钢拱架加载

钢拱架合拢后进行加载，以消除拱架非弹性变形。加载吨位根据设计要求而定。

4.钢拱架弧度调整

为调整钢拱架弧度，于钢拱架上设立木排架。排架竖向轴线在斜腿部分垂直于斜腿轴线，梁 部按铅垂线布置。

木排架设计应考虑预留拱度的因素，主要有以下各项：

(1)钢拱架在承重后产生的挠度(由设计单位提供)。

(2)木排架承重后的压缩量及各接缝压密值。

(3)砂筒压缩值。

(4)斜腿刚构在自重以及温度作用下的挠度值(由设计单位提供)。

5.模板制作及安装

(1)模板设计参数的选定

水平荷载：Pmax=r·2R (旧规范)

竖向荷载最大组合：0.138MPa

模板跨径：L=（缺公式） 

（挠度控制，小 于跨度的1/400）

                (强度控制)

选定最小L值

式中r——混凝土容重；

R——附着式震捣器作用半径；

σ——模板厚度；

L——模板跨径；

q——均布载荷。

(2)模板材质及构造

根据结构形式、工程数量和施工方法等情况，可选用组合钢模板、木结构镶铁皮模板、滑动模板或钢模板。无论何种模板必须保证混凝土外形尺寸的正确和具有较好的光洁度。

一个梁段模板钢筋安装程序为：在木排架纵梁上铺设底模→支立外模→绑扎底板腹板钢筋→安装底、腹板内预应力成孔管道→依次支立内模底板、腹板、顶板及隔墙等→绑扎顶板、道碴槽钢筋→安装顶板内预应力成孔管道→支立道碴槽模板→安装附着式震捣器→清除杂物、清洗模板。

6.灌注斜腿及梁段混凝土

(1)预应力混凝土箱形梁灌注混凝土的必要条件是：必须有足够数量和一定振动力的混凝土振捣设备；混凝土要在保证强度的前提下，有足够的坍落度，以确保灌注过程中有一定的流动性；一般情况下应保证混凝土连续灌注。

(2)斜腿部分的轴线和水平线夹角为40°～50°，混凝土灌注系在斜面上进行，但仍应水平分层施工。

(3)梁部混凝土分段灌注，其灌注顺序如图2所示。灌注时应注意：

图2   梁部混凝土分段灌注顺序

a.一般情况下，除隅节点处外，均应一次成箱灌注。

b.梁部混凝土灌注应从低处向高处对称进行，并同时按灌注混凝土重量进行相应的卸载。

(4)混凝土灌注可采用吊机提升，也可用泵送混凝土，使用泵送混凝土应注意以下问题：

a.由于箱形梁钢筋密集，管道较多，混凝土需较大的坍落度，一般取值为16±2cm。含砂率比普通混凝土增加3%～7%。

b.泵送混凝土供料以直接供料为好，它可以减少混凝土坍落度的损失。

c.为防止堵管，应选用可泵性良好的材料及骨料级配，确定合理的施工配合比。 

7.预应力张拉

(1)张拉设备(见表3)

表3   张拉设备



(2)张拉工艺要点

a.为改善钢铰线松弛状态，初调应力为6MPa，并以此为零点记录伸长值。

b.钢铰线伸长值按下式计算：

（缺公式及注解）

c.钢铰线梁部通长束均较长，由于受千斤顶行程，一般应分两次张拉，第一次按50%张 拉力同时顶锚，并记录伸长值。

d.调整锚具重新起步第二次张拉时，应复核并记录伸长值。

e.待拉到张拉控制应力时，检查钢铰线总伸长值与计算值之差在±10%以内时，可认为合格 。

f.两端分别按50%张拉力进行顶锚。顶锚后24h内钢铰线与锚塞滑移值不大于2mm，则认为合 格。

(3)劳力10人，其中司泵2人，装卸千斤顶4人，丈量伸长值2人，指挥兼记录2人。

(4)效率：2.55束/日。

8.孔道灌浆

(1)水灰比选用0.3，体缩率小于2%，流动速度228mm。

(2)自一端向另一端压浆，压力为0.7MPa，稳压2～5min。

9.落拱及拆拱

(1)门式刚构形成后，为使混凝土内应力得到调整，待混凝土强度达到40MPa后，即可落下拱架。落拱通过砂箱排砂实现，分三次进行。第一次下落1.5cm，第二次为3cm，第三次为20cm 。

(2)边跨部分排架拆除通过退出硬木楔实现，木楔角度不大于25°，接触面压力不大于2MPa。

(3)拆除拱架应利用已完成的斜腿刚构桥面为支承，以缆索吊机为辅助工具进行。拆除的原则是：先从拱顶开始，逐步向两端，先外侧拱片，而后逐步向中间拆除。

三、质量标准

1.考虑悬拼时钢丝绳的变形和拱架合拢的方便，拱架实际标高可较设计标高高出10～20cm。

2.凡属自制特种杆件，均应标明产品精度，以便安装时选配。

3.模板支立时，每个接触面要考虑1～2mm的非弹性变形。

4.梁体混凝土应满足《铁路桥涵工程质量评定验收标准》的要求。

5.所选用胶管应经过0.5t拉力反复10次试验后，残余变形不大于1.4mm，径缩不小于10mm，管道安装误差应在5mm以内。

6.顶锚后两端伸长值之和不得超过计算值的±5%。

四、安全措施

1.缆索吊机所用卷扬机较多，要集中控制。对继电器、接触器等应经常保养。

2.索道主绳和起重绳每7～10天检查一次。

3.拱架合拢后，在卸除拉索时，应自跨中向两侧分三个阶段逐步进行，并应注意观察。

4.预应力筋张拉锚固完成后，张拉缸回油要平缓，以防由于降压过快而发生意外。

5.卸落钢拱架时，应听从指挥，严格统一掌握砂箱出砂量，保证拱架均衡下落。

五、工程实例

工程名称：某大桥(图3)

图3  浊漳河大桥

结构类型：预应力混凝土斜腿刚构

跨    度：82m

全    长：171.12m

建造时间：1978～1981年

施工方法：利用装配式钢拱架，在支架上进行混凝土灌注，缆索吊机运输。

设计预算：2285983元

竣工决算：2056913元

主要完成指标：成桥4.29天/m；斜腿刚构混凝土综合工率11.32工天/m3。

主要材料指标：木材3.66m3/m；钢材1.17t/m；水泥3.01t/m；钢拱架3.23t/m。

主要机具设备：见表4。

表4  浊漳河大桥施工主要机具设备

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