（鳳凰縣水利局湘西自治州416200）

龍?zhí)梁铀畮?kù)沱江倒虹吸管工程施工工藝

姚輝 鄭壇清 陳姚華

（鳳凰縣水利局湘西自治州416200）

龍?zhí)梁铀畮?kù)沱江倒虹吸管采用斜拉組合拱橋式施工工藝,效果良好，文章對(duì)整個(gè)鋼管拱的施工特點(diǎn)、施工方案、監(jiān)控措施進(jìn)行了介紹，特別是斜拉組合拱橋斜拉索施工的詳細(xì)工序，可為同類(lèi)工程提供參考。

龍?zhí)梁铀畮?kù)沱江倒虹吸管施工工藝

1 概述

龍?zhí)梁铀畮?kù)沱江倒虹吸管工程位于鳳凰縣千工坪鎮(zhèn)塘公坨村旁的沱江河谷中，是龍?zhí)梁铀畮?kù)北干渠跨沱江河的控制性工程，為單孔斜拉組合拱橋式倒虹吸管，橋墩起拱處高程為394.00m,凈跨170.00 m，跨中拱頂高程為416.25m,凈矢高21.25m,矢跨比為1/8，拱線(xiàn)全長(zhǎng)約190m，采用Q345無(wú)縫鋼管，鋼管內(nèi)徑1.0m，管壁厚18mm，沿鋼管拱頂設(shè)人行及檢修通道，寬1.2m。鋼管拱設(shè)4對(duì)8支斜拉索（每岸2對(duì)4根斜拉索），錨錮于兩岸山體，拉索采用PES7-14成品索，外套高密度雙層聚乙烯，錨具采用冷鑄墩頭錨，錨錮墩端為張拉端，鋼管主梁處為固定端。錨錮墩采用組合結(jié)構(gòu)，支承樁為矩形截面，尺寸為1.0m×1.0m，錨錮樁為拱形斷面，尺寸為1.7m（高）×1.0m（底寬）。拱端橋臺(tái)為擴(kuò)大基礎(chǔ)實(shí)體式結(jié)構(gòu)，尺寸為3.0m（橫向）×6.0m（順向）。2016年12月，該工程已完成橋臺(tái)及錨錮墩工程、上部鋼管拱制安、斜拉索制安及人行橋制安等，倒虹吸管順利通水。

圖1為龍?zhí)梁铀畮?kù)沱江倒虹吸管工程示意圖。

圖1 龍?zhí)梁铀畮?kù)沱江倒虹吸管工程示意圖

2 主要施工技術(shù)特點(diǎn)

（1）斜拉索的錨固墩、橋臺(tái)等分布于左右岸不同的位置，平面距離相距較遠(yuǎn)，達(dá)210m，高程相差70m，且山坡陡峻，施工難度極大。

（2）由于本橋斜拉索與垂直方向有不同的傾角，施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制上下吊點(diǎn)的距離、斜拉索上下的調(diào)節(jié)和張拉設(shè)備的安裝。吊點(diǎn)施工時(shí)應(yīng)注意斜拉索預(yù)埋套管的同軸度、錨下鋼板與預(yù)埋管的垂直度、錨下鋼筋定位準(zhǔn)確以確保錨下鋼板，以確保斜拉索軸線(xiàn)垂直。

（3）主拱鋼管直徑較小，在內(nèi)部施工焊接難度大。鋼管拱內(nèi)部承受水壓力，外部有風(fēng)阻力，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼管焊接質(zhì)量。

3 總體施工方案

3.1 總體施工順序與施工工藝流程

總體施工順序?yàn)椋讳摴苤鞴叭χ谱鳌鞴叭Φ跹b→永久性斜拉索安裝→現(xiàn)澆護(hù)管鋼筋混凝土→現(xiàn)澆立墻鋼筋混凝土→現(xiàn)澆橋面踏步鋼筋混凝土→預(yù)制橋面板安裝→橋面支撐系統(tǒng)鋼構(gòu)件制安→橋面鋼板制安→橋面欄桿制安。

3.2 總體施工方法

（1）壓力鋼管（包括加勁槽鋼及附著件）制作。主梁壓力鋼管的制作分工廠(chǎng)制作和現(xiàn)場(chǎng)拼裝兩個(gè)階段進(jìn)行。工廠(chǎng)制作階段完成分節(jié)卷筒、分段拼裝組焊、附著鋼板的加工與拼裝組焊以及內(nèi)外表面的涂裝防腐等工作；現(xiàn)場(chǎng)拼裝階段完成加勁槽鋼的加工與拼裝組焊以及表面的涂裝防腐等工作。

（2）壓力鋼管的吊裝。卷筒按91節(jié)卷制，共31個(gè)吊裝段，以相鄰的3個(gè)管節(jié)為一組拼裝組焊成一個(gè)預(yù)制段，以減小單段的吊裝長(zhǎng)度和吊裝重量，采用纜吊從左右向跨中方向，依次分段吊裝，跨中合攏，形成鋼管拱圈橋。

（3）斜拉索安裝。永久性斜拉索及配套件委托生產(chǎn)商在工廠(chǎng)制造，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，在壓力鋼管吊裝過(guò)程中分段、分部位安裝。

（4）鋼筋混凝土工程。采用集中在左岸布置混凝土攪拌站，就近加工砂石料，制備混凝土，利用纜吊吊運(yùn)混凝土入倉(cāng)，人工振搗的方法施工。

（5）橋面系統(tǒng)鋼構(gòu)件制安。采用在現(xiàn)場(chǎng)加工制作、纜吊吊裝組焊的方法施工。

4 主拱施工

4.1 鋼管的制造

鋼管主弦管采用Q345鋼板卷制，主梁Q345鋼之間的焊接及Q235鋼與Q345鋼間的焊接采用J426焊條，Q345鋼之間的焊接采用J506低氫型焊條，直線(xiàn)段長(zhǎng)度為2.0m。焊條、焊劑、焊絲應(yīng)分別滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求。鋼管拱在有資質(zhì)專(zhuān)業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)家分段加工焊接成型、預(yù)拼、檢驗(yàn)合格、第一次噴涂后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.2 鋼管的吊裝

4.2.1 現(xiàn)場(chǎng)索道吊裝

按工廠(chǎng)拼裝組焊形成的預(yù)制段為單位，進(jìn)行分段吊裝。全橋左右共分為31個(gè)吊裝段，單段長(zhǎng)度在6m左右，單段重量3.75t，其中左、右岸各15節(jié)段，跨中1個(gè)節(jié)段。吊裝采用纜吊起吊鋼構(gòu)件，進(jìn)行就位、對(duì)接、拼裝、焊接、掛索等。纜吊沿現(xiàn)倒虹吸管中心線(xiàn)布置，架設(shè)于左右岸倒虹吸管進(jìn)、出口前池之間，架設(shè)高程分別為；左岸492.16m,右岸498.29m，跨度450m。吊裝采用自左、右岸橋臺(tái)開(kāi)始，分別往跨中方向，分段逐節(jié)吊裝，逐節(jié)掛扣臨時(shí)拉索，直至跨中合攏。

4.2.2 現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工

（1）搭設(shè)臨時(shí)支承架。在正式吊裝鋼管前，沿倒虹吸管軸線(xiàn)從左、右岸橋臺(tái)分別向跨中方向，各搭設(shè)一座鋼管支承架，以臨時(shí)支承、固定首段壓力鋼管。支承架采用鋼管腳手架、扣件搭設(shè)，支承架寬度為2 m，長(zhǎng)度應(yīng)不小于6m。

（2）吊裝施工順序及步驟。全橋共分31節(jié)段，依次從左、右岸拱座向跨中分段、平行吊裝。通過(guò)纜吊吊索的收放，使主梁傾斜，與第1預(yù)制段上端的吊裝接縫鋼管（3-Ⅰ型）對(duì)位，然后通過(guò)纜吊跑車(chē)的開(kāi)行和人力拉拽，實(shí)現(xiàn)與預(yù)制段鋼管之間的無(wú)縫對(duì)接；安裝臨時(shí)施工扣索，并張拉，使第2預(yù)制段上端緣口高程達(dá)到施工監(jiān)控計(jì)算的吊裝高程，然后固定臨時(shí)施工扣索；接縫施焊，纜吊跑車(chē)松吊開(kāi)走，反復(fù)依次準(zhǔn)備起吊3～15段，最后拆除臨時(shí)施工扣索，纜吊跑車(chē)移走，全橋合攏。其具體施工內(nèi)容如下：①左岸第1～7預(yù)制段吊裝；②右岸第1～7預(yù)制段吊裝；③左岸第8～13預(yù)制段吊裝；④右岸第8～13預(yù)制段吊裝；⑤左岸第14～15預(yù)制段吊裝；⑥右岸第14～15預(yù)制段吊裝；⑦跨中預(yù)制段吊裝，全橋合攏。見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)制段吊裝施工示意圖

（3）加勁槽鋼的焊接。加勁槽鋼在現(xiàn)場(chǎng)下料、制作，纜吊吊裝、人力拉拽就位后，采用鐵絲捆綁、點(diǎn)焊等措施臨時(shí)固定，然后逐段焊接。槽鋼焊接從左右岸橋臺(tái)處往跨中方向依次錯(cuò)位焊接，相鄰槽鋼的錯(cuò)位長(zhǎng)度不得小于1.5m。

5 斜拉索施工

5.1 斜拉索的制作與安裝

斜拉索為PES7-14型號(hào)的成品索，采用Ф7低松馳鍍鋅高強(qiáng)鍍鋅鋼絲，抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1570 MPa，兩岸對(duì)稱(chēng)設(shè)置8根，總長(zhǎng)度約為1156m，總重量約為4.90t。

斜拉索與其配套的兩端冷鑄錨錨具在其出廠(chǎng)時(shí)，就已加工連接固定，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)連接錨具。

5.2 斜拉索的制作

本工程所需斜拉索及與其配套的兩端冷鑄錨錨具均為定型產(chǎn)品，選用廣西柳州建筑材料廠(chǎng)的產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)監(jiān)控單位提供的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)到生產(chǎn)廠(chǎng)定制。

5.3 斜拉索施工

（1）施工工藝流程：掛索→張拉→調(diào)索→封錨。

（2）掛索。斜拉索掛索應(yīng)根據(jù)安裝高度、布索方式、索長(zhǎng)、索徑、索的剛?cè)岢潭取F(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)情況等綜合選用“利用纜吊，并架設(shè)錨道索輔助多點(diǎn)法吊裝掛索”的方法掛索。先固定水管端錨點(diǎn)，后在錨墩錨點(diǎn)張拉、鎖錨。在掛索過(guò)程中，應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止損傷索體保護(hù)層和索端錨頭的螺紋以及堆壓彎折索體。

（3）張拉。①鋼束張拉分兩次進(jìn)行，斜拉索安裝后即進(jìn)行第一次張拉，待倒虹吸管板安裝完畢后再進(jìn)行第二次張拉，鋼束張拉應(yīng)按管中心對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，L1和L4，L2和L3同時(shí)張拉，力求張拉力一致。斜拉索張拉采用在吊點(diǎn)上一端張拉。②張拉的順序、次數(shù)和量值應(yīng)以振動(dòng)頻率計(jì)測(cè)定的索力或油壓表量值為準(zhǔn)，以延伸值作校核，并應(yīng)視拉索防振圈以及彎曲剛度的測(cè)量值予以修正。③拉索張拉完成后，懸臂施工跨中合攏前后，橋面及附屬設(shè)備安裝完時(shí)，應(yīng)采用傳感器或振動(dòng)頻率測(cè)力計(jì)檢測(cè)各拉索索力值，同時(shí)應(yīng)視防振圈及索的彎曲剛度等狀況予以修正。每組及每根索的拉力誤差超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時(shí)應(yīng)從超過(guò)設(shè)計(jì)索力最大或最小的拉索開(kāi)始（放或拉），直至設(shè)計(jì)索力。

（4）調(diào)索。①安裝過(guò)程中的多次調(diào)索：對(duì)正在安裝梁段的拉索進(jìn)行安裝初拉力張拉的同時(shí)，應(yīng)對(duì)已安裝完成的梁段的拉索拉力進(jìn)行調(diào)索、調(diào)整；②竣工后一次調(diào)索：為使拉索最后達(dá)到設(shè)計(jì)的恒載拉力，可在安裝狀態(tài)和成橋后進(jìn)行，但以安裝狀態(tài)為宜，因?yàn)榇藭r(shí)橋面及人行道等未施工，主梁剛度較小，張拉較易，且可避免張拉可能引起主梁線(xiàn)形變化而使橋面開(kāi)裂等情況發(fā)生；③成橋后調(diào)索：當(dāng)主梁安裝合攏、上部附屬結(jié)構(gòu)工程（包括人行道面板、攔桿）完成后，開(kāi)閘低流速灌滿(mǎn)水后，達(dá)到設(shè)計(jì)橋梁成橋恒載后，進(jìn)行最后一次成橋調(diào)索張拉，使各拉索進(jìn)行同步同時(shí)張拉。

（5）封錨。調(diào)索完成后，及時(shí)對(duì)錨頭保護(hù)罩灌注專(zhuān)用防腐油脂，進(jìn)行錨頭防護(hù)，梁端應(yīng)對(duì)錨箱澆筑混凝土進(jìn)行封錨處理。拱圈上端的錨頭處，應(yīng)注滿(mǎn)水泥砂漿后再焊接鋼板封閉。為防止雨水等對(duì)錨頭的侵蝕與橋梁的美觀，預(yù)埋管防護(hù)采取預(yù)埋管口加防護(hù)罩，防護(hù)罩與索體之間應(yīng)用環(huán)氧砂漿或防水漆密封。管內(nèi)填充泡沫塑料或?yàn)r青棉絮的方法進(jìn)行，外露預(yù)埋管則刷防銹漆。

6 拱座施工

6.1 施工準(zhǔn)備

平整場(chǎng)地，清除坡面危石浮土；坡面有裂縫或坍塌跡象者應(yīng)加設(shè)必要的保護(hù)，鏟除松軟的土層并夯實(shí)?？卓谒闹芡谂潘疁?，做好排水系統(tǒng)；及時(shí)排除地表水，搭好孔口雨棚；合理堆放材料和機(jī)具，使其不增加孔壁壓力、不影響施工。

孔口周?chē)氂媚玖?、型鋼或鋼筋混凝土制成框架或圍圈予以圍護(hù)，其高度應(yīng)高出地面（20～30）cm，防止土、石雜物滾入孔內(nèi)傷人。在孔口上層殘積松軟地層和強(qiáng)風(fēng)化巖層，為防止孔口坍塌，須用鋼筋混凝土護(hù)壁，高度根據(jù)具體開(kāi)挖情況確定。在強(qiáng)風(fēng)化巖層以下，根據(jù)具體開(kāi)挖情況采用噴射混凝土護(hù)壁?；油诳由疃瘸^(guò)10m時(shí)，應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)。

6.2 施工工序

現(xiàn)澆護(hù)管鋼筋混凝土C40→現(xiàn)澆立墻鋼筋混凝土C30→現(xiàn)澆橋面踏步鋼筋混凝土C40→預(yù)制鋼筋混凝土C30橋面板安裝→橋面支撐系統(tǒng)鋼構(gòu)件→踏步鋼板及橋面板制作安裝→行道欄桿鋼管制作安裝→防腐油漆。

6.3 混凝土施工

鋼筋混凝土工程采用集中在左岸布置混凝土攪拌站，就近加工砂石料，制備混凝土，利用纜吊吊運(yùn)混凝土入倉(cāng)，人工振搗的方法施工。施工時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的材料、級(jí)配。模板均采用竹模板制作，現(xiàn)澆護(hù)管鋼筋混凝土采用Φ12鋼筋作垃桿裝吊模，固定在壓力鋼管上。橋面混凝土板預(yù)制在下部結(jié)構(gòu)工程完工后進(jìn)行，利用先期混凝土攪拌場(chǎng)地作為預(yù)制場(chǎng)地預(yù)制。道板鋪設(shè)在主梁合攏后進(jìn)行，從跨中分別向左、右岸同步、平行、對(duì)稱(chēng)均衡施工。

7 監(jiān)控措施

7.1 施工測(cè)量控制

在施工前，做好主拱軸線(xiàn)高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)核，對(duì)中線(xiàn)及主拱標(biāo)高測(cè)量，同時(shí)考慮大氣溫度對(duì)主梁線(xiàn)型的影響。

7.2 施工溫度控制

溫度測(cè)試包括斜拉索、主拱兩個(gè)部分。主拱溫度測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置同應(yīng)力測(cè)試。由于索表面溫度與索內(nèi)芯溫度不同，應(yīng)當(dāng)先制作2m長(zhǎng)的試驗(yàn)索，在其內(nèi)部和表面均勻布置感溫元件，測(cè)出其表面溫度和內(nèi)部溫度以及平均溫度的關(guān)系曲線(xiàn)，在實(shí)橋拉索表面測(cè)量其表面溫度，利用試驗(yàn)段的標(biāo)定結(jié)果換算索的內(nèi)部溫度及平均溫度，測(cè)試方法一般采用預(yù)埋測(cè)試元件，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試。

7.3 斜拉索控制

（1）拉索用料長(zhǎng)度應(yīng)計(jì)入施工中錨固墩墩頂變位等因素的影響，再結(jié)合施工控制、監(jiān)測(cè)手段及材料特性確定斜拉索的下料長(zhǎng)度。

（2）拉索外套鋼管位置應(yīng)計(jì)入拉索的垂直所引起的偏差，再結(jié)合施工控制和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正計(jì)算，及時(shí)調(diào)整拉索外套鋼管位置。

（3）拉索各階段的張應(yīng)力、主梁頂拱度待材料單重、拉索彈性模量等參數(shù)確定，重新調(diào)整計(jì)算后，在施工控制計(jì)算中提供。

（4）拉索減震措施。拉索兩端外套鋼管入口處各設(shè)一個(gè)粘彈性高阻尼合成橡膠減震膠圈。拉索錨具、合成橡膠減震膠圈、防護(hù)罩、熱縮套等構(gòu)件可由供貨的拉索錨具廠(chǎng)配套組裝供應(yīng)。

7.4 鋼管焊接及質(zhì)量要求

鋼管連接為等強(qiáng)焊接。主拱鋼結(jié)構(gòu)間的焊縫，采用V形坡口，單面焊縫，雙面成型（全焊接對(duì)焊焊縫）。V型坡口應(yīng)采用機(jī)械加工，坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷，并且在施焊前應(yīng)將坡口表面的氧化物、油污、熔渣及其它有害雜質(zhì)清除干凈。清除的范圍（以離坡口邊緣的距離計(jì)）不得小于20mm。焊縫的對(duì)口接頭的錯(cuò)邊量要小于0.1倍的鋼板厚度。

主梁鋼結(jié)構(gòu)的所有焊縫均作X射線(xiàn)檢驗(yàn)（按比例）和超聲波探傷，焊縫質(zhì)量的射線(xiàn)探傷符合Ⅱ級(jí)焊縫質(zhì)量的要求，超聲波探傷符合Ⅰ級(jí)焊縫質(zhì)量的要求。對(duì)不合格的焊縫。要進(jìn)行鏟除或打磨重焊。

7.5 鋼結(jié)構(gòu)的防銹、涂裝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

鋼管在加工、預(yù)拼裝完成后，及時(shí)清除刺屑、焊渣、飛濺物及油污等。鋼管在形成主梁前，應(yīng)對(duì)鋼管進(jìn)行噴砂除銹及表面粗糙化，并進(jìn)行防銹涂裝。鋼管除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)，清潔后鋼管外表面涂裝水性無(wú)機(jī)富鋅防腐底漆、中級(jí)漆及面漆，防腐年限25年。

7.6 主拱質(zhì)量控制

施工時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工季節(jié)的風(fēng)力大小等實(shí)際情況，適當(dāng)增加橫向施工臨時(shí)風(fēng)纜。全橋竣工且兩岸倒虹吸管安裝到位后，須按0.01m3/s流量緩緩將整個(gè)倒虹吸管注滿(mǎn)水。

8 結(jié)語(yǔ)

斜拉組合拱橋式結(jié)構(gòu)是新建、改造倒虹吸管的一種新形式，由于斜拉組合拱橋式的施工工藝已很成熟，施工進(jìn)度快、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、建筑物美觀，對(duì)于跨越河面寬、水深的河流時(shí)，是一個(gè)比較好的選擇方案。從本工程實(shí)施后的效果表明，所采取的施工方案及其技術(shù)措施是安全可行的，可為同類(lèi)型倒虹吸管設(shè)計(jì)、施工提供參考。

[1]劉外信.蘇州工業(yè)園區(qū)唯亭鋼管拱施工淺談[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2013，（06）：27-30.

2017-03-22）

姚輝（1982-），男，湖南鳳凰人，大學(xué)本科，工程師，從事水利水電工程管理工作，E-mail：yaohui656@163.com；鄭壇清（1978-），男，湖南鳳凰人，大學(xué)本科，工程師，從事水利水電工程管理工作。