上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》是甘肅路橋建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是劉建勛、張訸、田過勤、姜敏、王生輝。適用於現澆施工難度大、高空作業安全防護要求高，且具備一定吊裝能力的橋樑蓋梁施工。

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》主要的工法特點是施工工藝簡單，操作簡便安全，施工速度快；無需搭設高空腳手架，減少了高空作業及勞動強度。

2011年9月，《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法
• 工法編號：GJEJGF273-2010
• 完成單位：甘肅路橋建設集團有限公司
• 主要完成人：劉建勛、張訸、田過勤、姜敏、王生輝
• 套用實例：祁家黃河大橋
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

常規的蓋梁施工，通常採用抱箍法現澆。橋墩較低時也可採用滿堂腳手架法現澆施工。而在國道213線祁家黃河大橋15片蓋梁施工時，由於立柱較高且設有人行爬梯，施工難度極大，受現場施工條件限制，如採用現澆施工方案，則存在高空作業量大、安全隱患多，對拱肋、立柱和水庫水體造成一定的污染等問題。

國道213線祁家黃河大橋，為淨跨180米無皎推力式拱，全長248.06米，拱上結構為樑柱式，立柱採用C50微膨脹鋼管混凝土，蓋梁與立柱頂直接連線，蓋梁頂距水面平均距離60米，為保證施工安全，降低施工難度，節約工程費用，積極開展“QC”技術攻關活動，在施工中通過對蓋梁的連線形式及受力分析，確定了將蓋梁進行預製吊裝的施工方案，將15片蓋梁全部在岸上預製，利用2009年前已有的纜索吊裝設備進行吊裝，加快了施工進度，減少了高空濕作業，符合“四節一環保”的綠色施工標準。通過對施工過程的總結和完善，形成《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》。

工法特點

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的工法特點是：

1.就地利用2009年前已有的纜索吊裝設備，施工成本低。

2.無需搭設高空腳手架，減少了高空作業及勞動強度。

3.施工工藝簡單，操作簡便安全，施工速度快。

4.採用預製吊裝方法施工蓋梁，減少了混凝土漿液對立柱、拱圈和河流的污染，有利於環境保護。

操作原理

適用範圍

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》適用現澆施工難度大、高空作業安全防護要求高，且具備一定吊裝能力的橋樑蓋梁施工。

工藝原理

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的工藝原理敘述如下：

上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工，就是墩柱施工時，在墩柱頂預埋與蓋梁連線的預埋件。在預製場將蓋梁按照設計的規格尺寸並預留與墩柱連線的預留孔進行預製，待預製完成的蓋梁混凝土強度達到設計強度的100%後，採用2009年前已有的纜索吊裝設備將蓋梁吊裝就位，測量並調整高程和軸線偏位，滿足要求後將預留孔中的預埋鋼筋與墩柱頂預埋件進行焊接連線，然後在預留孔中澆築高於蓋梁混凝土強度等級的微膨脹混凝土並振搗密實，完成蓋梁施工。

施工工藝

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝流程

蓋梁預製安裝工藝流程見圖1。

圖1 蓋梁預製安裝工藝流程圖

操作要點

一、蓋梁預製

1.場地準備及底模製作

1）預製場地平整硬化，排水通暢，配備施工電源、水源，同時保證原材料及製成品的運輸方便。根據蓋梁的重量計算預製基座的承載力，預防不均勻沉降和雨後沉陷，必要時可作級配礫土或碎石墊層提高地基承載力。

2）底模採用鋼模板，底模可比設計蓋梁每側寬20-40厘米，以便不同規格的蓋梁使用同一套底模，同時沿蓋梁長度方向在底模表面每1米焊接擋塊一個，用以加固側模板。底模的製作質量直接影響到蓋梁的外觀及尺寸，因此要求表面必須平整、光滑，側模安裝幾何尺寸控制在允許誤差範圍內。

2.側模製作安裝

1）側模製作

模板必須有足夠的強度、剛度和穩定性，能可靠地承載混凝土的側壓力即施工荷載。側模板一般選用5毫米厚鋼模板做面板，用扁鋼或角鋼做加勁肋。

2）側模安裝

為避免模板接縫漏漿並保證尺寸準確，模板之間的連線採用螺栓連線，底模側邊粘2毫米厚的泡沫雙面膠，將模板與底模側邊緊貼防止漏漿，再通過焊接的擋塊及設定拉桿固定緊密，模板上部放置與底模同寬的鋼筋或木條做頂桿，確定上口寬度，然後用對拉螺栓將側模拉緊，端模用螺栓固定於側模上，錨墊板灌漿口應朝上放置並用螺栓固定於端模上。檢查調整順直度和垂直度等尺寸後，擰緊拉筋，加固支撐。

3.鋼筋加工

1）在底模上用墨斗彈出底面各普通鋼筋位置的墨線，然後直接塗刷好脫模隔離劑（如黃油等），開始綁紮鋼筋及骨架成型。

2）鋼筋綁紮首先綁紮焊接蓋梁主筋，綁紮完成後設定保護層墊塊，採用混凝土墊塊，間距1米左右，並按梅花形布置，然後綁紮箍筋和預留孔連線鋼筋。

4.預留孔設定

在澆築蓋梁混凝土之前，按照設計圖要求，進行預留孔模板的安裝和預留孔中預埋件的焊接。預留孔模板加固牢靠，在混凝土澆築時不能發生變形且便於拆卸。預留孔的尺寸滿足兩個要求，一是在蓋梁就位時要有一定的移動餘地，便於軸線調整；二是蓋梁在墩柱頂接觸面積的大小滿足其本身重量的要求。

圖2 祁家黃河大橋蓋梁與墩柱連線示意圖

5.混凝土澆築

1）混凝土澆筑前檢查鋼筋規格、數量是否與設計相符，綁紮是否牢靠，墊塊數量、位置是否正確，模板尺寸、強度、剛度、穩定性及接縫是否嚴密，模板內雜物、積水和鋼筋上的污垢是否清理乾淨。

2）水灰比是影響混凝土強度的重要因素，準確測定砂、石含水量，嚴格按照配合比進行施工。為確保蓋梁的使用壽命，水必須經化驗達到飲用水標準方可使用，不要輕易使用地下水。

3）混凝土澆築分層進行，控制好分層厚度。振搗時兩側對稱振搗，以防止鋼筋骨架左右移位，振搗過程中50型振動棒與模板間距保持5-10厘米，不得直接或間接地通過鋼筋施加振動。振搗上層混凝土時，振動棒插入下層混凝土內5-10厘米，需快插慢拔減少混凝土中出現的氣泡。施工時，每一塊蓋梁做不少於3組混凝土試件，並與蓋梁同種條件下養護。

6.養護、拆模

蓋梁的養護採用鋪設養護布覆蓋進行灑水養護，使蓋梁頂面及側面始終保持濕潤狀態。由於蓋梁為實心構造，體積較大並且構造配筋較少，如果晝夜溫差較大熱脹冷縮有可能引起表面開裂，因此露天作業時通過搭遮陽篷等措施減少混凝土晝夜溫差。外模板拆模時混凝土強度需達到2.5兆帕，以拆模不粘模板，混凝土不缺棱掉角為宜。

二、蓋梁吊裝受力分析

1.地錨、塔架系統受力分析

按照對吊裝系統受力最不利考慮，最大吊重為70噸（蓋梁），拱肋吊裝時最大吊裝重量90噸，此時地錨系統、塔架系統的受力及安全性均能滿足要求，故只對主吊起重索進行受力分析。

2.主吊系統主索、起重索、牽引索受力分析

主吊起重索受力分析

主吊起重牽引選用ф22鋼絲繩（6x37-155型），單卷揚機布置，走8繩，起重採用40千瓦5噸中速（40米/分鐘）卷揚機，如圖3所示。

圖3 起重索布置示意圖

起重繩線繞過卷揚機上的張力及應力受力分析：

起重卷揚機收緊拉力按下式計算:

式中P——吊重；

α——滑輪組係數；

μ——考慮拱肋兩點起吊的不均勻受力和起吊的衝擊影響。

起重索接觸應力按下式計算：

式中——平滑最小直徑，按規定其值不小於30倍鋼絲直徑。

3.千斤繩受力分析

千斤繩選用ф43.5鋼絲繩（6x37+1），兩點起吊，走2繩。

鋼絲繩內力根據下式受力分析：

式中Q——構件重力；

n——鋼絲繩根數；

α——吊索與水平面夾角；

S_b——鋼絲繩破斷拉力；

K——安全係數，取K=6。

三、蓋梁吊裝（圖4）

圖4 祁家黃河大橋蓋梁吊裝過程示意圖

1.蓋梁吊裝前對吊裝設備進行全面檢查，並對吊裝施工按規範要求進行詳細計算，確保吊裝施工滿足要求。

2.蓋梁吊裝就位前，對墩柱頂混凝土進行鑿毛並清理乾淨表面浮漿，用水濕潤後敷設厚度為1厘米左右的高強度砂漿，以便與預留孔新澆築的混凝土更好的連線。

3.施工時蓋梁鋼筋與預埋件干擾處，先作截斷處理，待安裝就位後再焊接，與斜筋干擾時處，調整斜筋橫向位置。

4.蓋梁起吊時採用捆綁方式，對於鋼絲繩與蓋梁接觸處進行必要的防護處理，防止鋼絲繩損壞蓋梁稜角。

5.預埋槽鋼插入蓋梁預留孔實施就位過程中，人工採用撬槓等工具調整蓋梁縱、橫軸線，符合要求後緩慢放鬆起吊索，將起吊索承擔的重量逐步由墩柱承擔，完成蓋梁就位。

6.蓋梁就位後，焊接連線預留千中鋼筋和鋼筋與柱頂預理槽鋼，填寒預留孔與柱頂間的空隙。

7.在蓋梁預留孔中澆築高於蓋梁混凝土強度等級的微膨脹混凝土並振搗密實，完成蓋梁施工，進入下道工序。

材料設備

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的主要材料及機具儀器明細如下：

主要材料名稱、規格及主要技術指標（表1）

• 主要機具、儀器、儀表等名稱、型號、性能及數量（表2）

表2 主要機具、儀器、儀表等的名稱、型號、性能、能耗及數量

序號	機具、儀器、儀表名稱	型號	性能	能耗	數量
1	混凝土運輸車	╱	良好	╱	2輛
2	混凝土拌合站	50立方米/小時	良好	╱	1座
3	發電機	75千瓦	良好	╱	1台
4	裝載機	3立方米	良好	╱	1輛
5	直流弧電焊機	╱	良好	╱	2台
6	抽水泵	╱	良好	╱	1台
7	蓋梁模板	╱	╱	╱	2套
8	插入式振搗棒	╱	╱	╱	4組
9	吊裝設備	╱	╱	╱	1套
10	千斤繩	╱	╱	╱	若干
11	載人吊籃	╱	╱	╱	2個
12	對講機	╱	╱	╱	4個

參考資料：

質量控制

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的質量控制要求如下：

• 質量控制標準及規範

《公路工程技術標準》JTGB 01-2003；

《公路橋涵施工技術規範》JTG 041-2000；

《公路工程岩石試驗規程》JTGE 41-2005；

《公路工程質量檢驗評定標準》JTGF 80/1-2004；

《公路工程集料試驗規程》JTGE 42-2005；

《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204。

• 鋼筋的質量控制

所有鋼筋進場必須有出廠合格證，並進行外觀檢查；鋼筋以同批號不超過60噸為一個檢驗批，經檢驗合格後方可使用，其機械性能分別按《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》GB 13013、《熱軋光圓鋼筋》GB 1499和《預應力混凝土用鋼絞線》GB/T 5224執行。進場時按規定進行外觀檢查、硬度檢驗，經檢驗合格後方可使用。

• 混凝土質量控制

混凝土運到現場後，必須進行坍落度試驗，符合要求後方可澆築，混凝土嚴格按程式分層、連續澆築，一次完成；振搗時按操作規程進行，確保振搗均勻、密實，不漏振也不過振；混凝土初凝後用養護布覆蓋，終凝後再灑水養護，灑水頻率以混凝土表面經常處於濕潤狀態為準，連續養護7天。

• 蓋梁安裝質量控制

蓋梁就位時，要嚴格控制好縱、橫向的軸線偏位和蓋梁頂面高程，具體項目見表3。

表3 蓋梁安裝實測項目檢查表

項次	檢查項目	規定值或允許偏差（毫米）	檢查方法和頻率
1	軸線偏位	5	全站儀：每梁檢查縱、橫兩點
2	傾斜度（%）	1.2	吊垂線：每梁檢查2處
3	梁頂面縱向高程	+8，-5	全站儀：每梁檢查2點

參考資料：

安全措施

採用《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.現場設定蓋梁安裝場地警界線，非施工人員嚴禁入內。高空作業懸掛安全警示標誌牌。

2.每片蓋梁安裝結束，即時清理現場、機具，準備下一個工作循環。

3.高空作業人員應佩戴安全帽和安全繩，不得向下亂拋東西以免傷人。纜索吊裝人員必須持證上崗，配戴安全帽、安全帶及安全繩，並安排專人負責施工安全。

4.對進場工人在開工前進行安全教育，嚴把各工種工人進場關，嚴禁帶病和素質低下的工人進場。

5.在整個施工過程中，施工區內設立施工警示牌，白天掛警示旗，晚間掛警示燈。施工人員和機械應注意安全，嚴禁違章指揮，違規操作。

6.纜索吊裝設備必須由相關單位進行鑑定並出具其證書，操作人員必須熟悉和熟練操作起重設備作業，每次吊裝前詳細檢查各緊固件連線是否可靠，開機前進行空載，試運轉無異常才可正式工作。專職安全員必須在場，負責安全協調。

7.加強機械設備管理，確保全全。對機械設備的使用和維修人員進行崗位培訓，熟悉機械設備性能，掌握機械設備的作用和維護性能，杜絕重大機損、機械傷人事故的發生。

8.定期檢查各種吊索、吊具，發現問題立即報告並處理。吊裝時注意吊索、吊具的布置、使用要安全可靠。

9.現場所使用的各種機具設備、電器設備要有專人管理、專人操作；現場吊運施工時，設專人指揮，所有操作人員必須接受指揮人員的指揮。嚴禁違章指揮、違章施工。

環保措施

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》在施工過程中，按照國家和地方的相關法律法規和行業要求，採取措施控制施工現場的粉塵、廢水、廢氣、固體廢棄物等對環境的污染和危害，同時要防止混凝土漿液直接排入黃河對水源造成污染，保護和改善施工環境，保證施工人員身體健康，消除外部干擾，保證施工順利進行。

• 管理措施

1.環境保護管理機構

建立環境保護管理機構，定期進行環保檢查，明確施工人員各自的環保責任，建立健全環境保護獎懲制度，把環境保護同經濟利益掛鈎。

2.環境保護教育

將環境保護管理方針、管理體系的有關要求、環境知識通過各種形式傳達到每一個施工人員，增強環保意識。

• 技術措施

1.在運輸和儲存施工材料時，採取覆蓋、倉儲等措施，防止材料漏失，生活、生產垃圾集中堆放、處理。

2.施工中產生的污水和廢水，集中處理，不能隨意排放。

3.施工期間修建足夠斷面的臨時排水設施，不形成淤積和沖刷。做到工完、料盡、場地清。

效益分析

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的效益分析是：

截至2009年，利用已有纜索設備進行吊裝，節約了施工輔助材料，減少高空作業及勞動強度，降低了施工成本。上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工，就地利用已有纜索吊裝系統，減少了空中施工作業量，有效降低了施工過程中的安全風險，蓋梁預製吊裝施工縮短工期20天，節約成本10萬元。施工中嚴格按相關規程、規範操作施工，工序銜接有序，施工過程未發生安全責任事故。同時降低了管理費、人工費、機械費等成本，經濟效益顯著。

採用該工法施工，防止了因現澆混凝土而造成的對河流的污染，節約了社會資源，利於環保，環境效益和社會效益顯著。

積累了在高墩位蓋梁預製吊裝方面的施工經驗。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》的套用實例如下：

1.工程名稱：祁家黃河大橋。

2.工程地點：甘肅省臨夏回族自治州永靖縣劉家峽庫區祁家渡口上游1千米處。

3.開、竣工日期：2006年8月開工，2009年9月19日交工通車。

4.工程造價：3293萬元。

5.工程概況：橋樑結構為主跨180米的上承式鋼管混凝土無餃拱橋，淨矢跨比採用1/5，拱圈採用截面高度相等的懸鏈線，拱軸係數m=1.543，起拱線標高1741.826米。跨徑組合為：20米簡支梁+淨跨180米拱+20米簡支梁，全長248.06米。技術標準：公路等級二級，雙車道，橋面寬12米，兩側設防撞牆，設計荷載：公路-I級。

該橋拱圈截面由啞鈴形桁式雙肋組成；拱腳段將腹桿改成綴板，內填充C50微膨脹混凝土形成實腹段。每肋由4根直徑ф700，壁厚12毫米的16Mnq鋼組成，內灌C50微膨脹混凝土作為弦桿；上弦和下弦橫向兩根鋼管之間用綴板連線，內灌C50微膨脹混凝土。拱上結構採用樑柱式；橋面板為13米預應力混凝土空心板；拱腳處跨度16米，兩側各設一孔20米預應力混凝土空心板梁與路基相接；普通重力式拱座；U形橋台，明挖擴大基礎。

6.施工過程簡介

在蓋梁預製前，通過對各立柱頂面高程的反覆測量，根據立柱頂高程誤差確定蓋梁預製高度。預製時，嚴格控制蓋梁的結構尺寸，特別要精確控制預留孔的位置和尺寸，以便吊裝時能準確就位。蓋梁吊裝前必須對吊裝設備進行全面檢查，並對吊裝施工按規範要求進行受力分析計算，確保吊裝施工滿足要求。

蓋梁吊裝時，就地利用2009年前已有的纜索吊裝設備，從兩岸相向進行對稱吊裝。吊裝就位後，測量調整縱、橫向軸線偏位，符合要求時將蓋梁鋼筋與預埋件進行焊接連線，然後在預留孔中澆築高於蓋梁混凝土強度等級的微膨脹混凝土並振搗密實，完成蓋梁吊裝。吊裝就位後，完成蓋梁預製吊裝施工。

7.套用效果

該工法充分利用2009年前已有的纜索系統，完成了蓋梁吊裝，施工期間未發生一起安全事故；防止了現澆混凝土因高空作業而造成對拱肋、立柱和水庫水體的污染，利於環保。縮短工期20天，節約成本10萬元。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預製吊裝施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。