龙塘河水库沱江倒虹吸管工程施工工艺

（凤凰县水利局湘西自治州416200）

龙塘河水库沱江倒虹吸管工程施工工艺

姚辉 郑坛清 陈姚华

（凤凰县水利局湘西自治州416200）

龙塘河水库沱江倒虹吸管采用斜拉组合拱桥式施工工艺,效果良好，文章对整个钢管拱的施工特点、施工方案、监控措施进行了介绍，特别是斜拉组合拱桥斜拉索施工的详细工序，可为同类工程提供参考。

龙塘河水库沱江倒虹吸管施工工艺

1 概述

龙塘河水库沱江倒虹吸管工程位于凤凰县千工坪镇塘公坨村旁的沱江河谷中，是龙塘河水库北干渠跨沱江河的控制性工程，为单孔斜拉组合拱桥式倒虹吸管，桥墩起拱处高程为394.00m,净跨170.00 m，跨中拱顶高程为416.25m,净矢高21.25m,矢跨比为1/8，拱线全长约190m，采用Q345无缝钢管，钢管内径1.0m，管壁厚18mm，沿钢管拱顶设人行及检修通道，宽1.2m。钢管拱设4对8支斜拉索（每岸2对4根斜拉索），锚锢于两岸山体，拉索采用PES7-14成品索，外套高密度双层聚乙烯，锚具采用冷铸墩头锚，锚锢墩端为张拉端，钢管主梁处为固定端。锚锢墩采用组合结构，支承桩为矩形截面，尺寸为1.0m×1.0m，锚锢桩为拱形断面，尺寸为1.7m（高）×1.0m（底宽）。拱端桥台为扩大基础实体式结构，尺寸为3.0m（横向）×6.0m（顺向）。2016年12月，该工程已完成桥台及锚锢墩工程、上部钢管拱制安、斜拉索制安及人行桥制安等，倒虹吸管顺利通水。

图1为龙塘河水库沱江倒虹吸管工程示意图。

图1 龙塘河水库沱江倒虹吸管工程示意图

2 主要施工技术特点

（1）斜拉索的锚固墩、桥台等分布于左右岸不同的位置，平面距离相距较远，达210m，高程相差70m，且山坡陡峻，施工难度极大。

（2）由于本桥斜拉索与垂直方向有不同的倾角，施工过程中应严格控制上下吊点的距离、斜拉索上下的调节和张拉设备的安装。吊点施工时应注意斜拉索预埋套管的同轴度、锚下钢板与预埋管的垂直度、锚下钢筋定位准确以确保锚下钢板，以确保斜拉索轴线垂直。

（3）主拱钢管直径较小，在内部施工焊接难度大。钢管拱内部承受水压力，外部有风阻力，应严格控制钢管焊接质量。

3 总体施工方案

3.1 总体施工顺序与施工工艺流程

总体施工顺序为；钢管主拱圈制作→主拱圈吊装→永久性斜拉索安装→现浇护管钢筋混凝土→现浇立墙钢筋混凝土→现浇桥面踏步钢筋混凝土→预制桥面板安装→桥面支撑系统钢构件制安→桥面钢板制安→桥面栏杆制安。

3.2 总体施工方法

（1）压力钢管（包括加劲槽钢及附着件）制作。主梁压力钢管的制作分工厂制作和现场拼装两个阶段进行。工厂制作阶段完成分节卷筒、分段拼装组焊、附着钢板的加工与拼装组焊以及内外表面的涂装防腐等工作；现场拼装阶段完成加劲槽钢的加工与拼装组焊以及表面的涂装防腐等工作。

（2）压力钢管的吊装。卷筒按91节卷制，共31个吊装段，以相邻的3个管节为一组拼装组焊成一个预制段，以减小单段的吊装长度和吊装重量，采用缆吊从左右向跨中方向，依次分段吊装，跨中合拢，形成钢管拱圈桥。

（3）斜拉索安装。永久性斜拉索及配套件委托生产商在工厂制造，运至现场后，在压力钢管吊装过程中分段、分部位安装。

（4）钢筋混凝土工程。采用集中在左岸布置混凝土搅拌站，就近加工砂石料，制备混凝土，利用缆吊吊运混凝土入仓，人工振捣的方法施工。

（5）桥面系统钢构件制安。采用在现场加工制作、缆吊吊装组焊的方法施工。

4 主拱施工

4.1 钢管的制造

钢管主弦管采用Q345钢板卷制，主梁Q345钢之间的焊接及Q235钢与Q345钢间的焊接采用J426焊条，Q345钢之间的焊接采用J506低氢型焊条，直线段长度为2.0m。焊条、焊剂、焊丝应分别满足相关规范的要求。钢管拱在有资质专业钢结构厂家分段加工焊接成型、预拼、检验合格、第一次喷涂后运至施工现场。

4.2 钢管的吊装

4.2.1 现场索道吊装

按工厂拼装组焊形成的预制段为单位，进行分段吊装。全桥左右共分为31个吊装段，单段长度在6m左右，单段重量3.75t，其中左、右岸各15节段，跨中1个节段。吊装采用缆吊起吊钢构件，进行就位、对接、拼装、焊接、挂索等。缆吊沿现倒虹吸管中心线布置，架设于左右岸倒虹吸管进、出口前池之间，架设高程分别为；左岸492.16m,右岸498.29m，跨度450m。吊装采用自左、右岸桥台开始，分别往跨中方向，分段逐节吊装，逐节挂扣临时拉索，直至跨中合拢。

4.2.2 现场吊装施工

（1）搭设临时支承架。在正式吊装钢管前，沿倒虹吸管轴线从左、右岸桥台分别向跨中方向，各搭设一座钢管支承架，以临时支承、固定首段压力钢管。支承架采用钢管脚手架、扣件搭设，支承架宽度为2 m，长度应不小于6m。

（2）吊装施工顺序及步骤。全桥共分31节段，依次从左、右岸拱座向跨中分段、平行吊装。通过缆吊吊索的收放，使主梁倾斜，与第1预制段上端的吊装接缝钢管（3-Ⅰ型）对位，然后通过缆吊跑车的开行和人力拉拽，实现与预制段钢管之间的无缝对接；安装临时施工扣索，并张拉，使第2预制段上端缘口高程达到施工监控计算的吊装高程，然后固定临时施工扣索；接缝施焊，缆吊跑车松吊开走，反复依次准备起吊3～15段，最后拆除临时施工扣索，缆吊跑车移走，全桥合拢。其具体施工内容如下：①左岸第1～7预制段吊装；②右岸第1～7预制段吊装；③左岸第8～13预制段吊装；④右岸第8～13预制段吊装；⑤左岸第14～15预制段吊装；⑥右岸第14～15预制段吊装；⑦跨中预制段吊装，全桥合拢。见图2。

图2 预制段吊装施工示意图

（3）加劲槽钢的焊接。加劲槽钢在现场下料、制作，缆吊吊装、人力拉拽就位后，采用铁丝捆绑、点焊等措施临时固定，然后逐段焊接。槽钢焊接从左右岸桥台处往跨中方向依次错位焊接，相邻槽钢的错位长度不得小于1.5m。

5 斜拉索施工

5.1 斜拉索的制作与安装

斜拉索为PES7-14型号的成品索，采用Ф7低松驰镀锌高强镀锌钢丝，抗拉标准强度为fpk=1570 MPa，两岸对称设置8根，总长度约为1156m，总重量约为4.90t。

斜拉索与其配套的两端冷铸锚锚具在其出厂时，就已加工连接固定，无需在现场连接锚具。

5.2 斜拉索的制作

本工程所需斜拉索及与其配套的两端冷铸锚锚具均为定型产品，选用广西柳州建筑材料厂的产品，根据现场施工时监控单位提供的实测数据到生产厂定制。

5.3 斜拉索施工

（1）施工工艺流程：挂索→张拉→调索→封锚。

（2）挂索。斜拉索挂索应根据安装高度、布索方式、索长、索径、索的刚柔程度、现场起重设备和现场情况等综合选用“利用缆吊，并架设锚道索辅助多点法吊装挂索”的方法挂索。先固定水管端锚点，后在锚墩锚点张拉、锁锚。在挂索过程中，应采取相应措施，防止损伤索体保护层和索端锚头的螺纹以及堆压弯折索体。

（3）张拉。①钢束张拉分两次进行，斜拉索安装后即进行第一次张拉，待倒虹吸管板安装完毕后再进行第二次张拉，钢束张拉应按管中心对称进行，L1和L4，L2和L3同时张拉，力求张拉力一致。斜拉索张拉采用在吊点上一端张拉。②张拉的顺序、次数和量值应以振动频率计测定的索力或油压表量值为准，以延伸值作校核，并应视拉索防振圈以及弯曲刚度的测量值予以修正。③拉索张拉完成后，悬臂施工跨中合拢前后，桥面及附属设备安装完时，应采用传感器或振动频率测力计检测各拉索索力值，同时应视防振圈及索的弯曲刚度等状况予以修正。每组及每根索的拉力误差超过设计规定时应进行调整。调整时应从超过设计索力最大或最小的拉索开始（放或拉），直至设计索力。

（4）调索。①安装过程中的多次调索：对正在安装梁段的拉索进行安装初拉力张拉的同时，应对已安装完成的梁段的拉索拉力进行调索、调整；②竣工后一次调索：为使拉索最后达到设计的恒载拉力，可在安装状态和成桥后进行，但以安装状态为宜，因为此时桥面及人行道等未施工，主梁刚度较小，张拉较易，且可避免张拉可能引起主梁线形变化而使桥面开裂等情况发生；③成桥后调索：当主梁安装合拢、上部附属结构工程（包括人行道面板、拦杆）完成后，开闸低流速灌满水后，达到设计桥梁成桥恒载后，进行最后一次成桥调索张拉，使各拉索进行同步同时张拉。

（5）封锚。调索完成后，及时对锚头保护罩灌注专用防腐油脂，进行锚头防护，梁端应对锚箱浇筑混凝土进行封锚处理。拱圈上端的锚头处，应注满水泥砂浆后再焊接钢板封闭。为防止雨水等对锚头的侵蚀与桥梁的美观，预埋管防护采取预埋管口加防护罩，防护罩与索体之间应用环氧砂浆或防水漆密封。管内填充泡沫塑料或沥青棉絮的方法进行，外露预埋管则刷防锈漆。

6 拱座施工

6.1 施工准备

平整场地，清除坡面危石浮土；坡面有裂缝或坍塌迹象者应加设必要的保护，铲除松软的土层并夯实。孔口四周挖排水沟，做好排水系统；及时排除地表水，搭好孔口雨棚；合理堆放材料和机具，使其不增加孔壁压力、不影响施工。

孔口周围须用木料、型钢或钢筋混凝土制成框架或围圈予以围护，其高度应高出地面（20～30）cm，防止土、石杂物滚入孔内伤人。在孔口上层残积松软地层和强风化岩层，为防止孔口坍塌，须用钢筋混凝土护壁，高度根据具体开挖情况确定。在强风化岩层以下，根据具体开挖情况采用喷射混凝土护壁。基坑挖坑深度超过10m时，应采用机械通风。

6.2 施工工序

现浇护管钢筋混凝土C40→现浇立墙钢筋混凝土C30→现浇桥面踏步钢筋混凝土C40→预制钢筋混凝土C30桥面板安装→桥面支撑系统钢构件→踏步钢板及桥面板制作安装→行道栏杆钢管制作安装→防腐油漆。

6.3 混凝土施工

钢筋混凝土工程采用集中在左岸布置混凝土搅拌站，就近加工砂石料，制备混凝土，利用缆吊吊运混凝土入仓，人工振捣的方法施工。施工时严格控制混凝土的材料、级配。模板均采用竹模板制作，现浇护管钢筋混凝土采用Φ12钢筋作垃杆装吊模，固定在压力钢管上。桥面混凝土板预制在下部结构工程完工后进行，利用先期混凝土搅拌场地作为预制场地预制。道板铺设在主梁合拢后进行，从跨中分别向左、右岸同步、平行、对称均衡施工。

7 监控措施

7.1 施工测量控制

在施工前，做好主拱轴线高程控制基准点的复核，对中线及主拱标高测量，同时考虑大气温度对主梁线型的影响。

7.2 施工温度控制

温度测试包括斜拉索、主拱两个部分。主拱温度测试截面及测点布置同应力测试。由于索表面温度与索内芯温度不同，应当先制作2m长的试验索，在其内部和表面均匀布置感温元件，测出其表面温度和内部温度以及平均温度的关系曲线，在实桥拉索表面测量其表面温度，利用试验段的标定结果换算索的内部温度及平均温度，测试方法一般采用预埋测试元件，用数字万用表测试。

7.3 斜拉索控制

（1）拉索用料长度应计入施工中锚固墩墩顶变位等因素的影响，再结合施工控制、监测手段及材料特性确定斜拉索的下料长度。

（2）拉索外套钢管位置应计入拉索的垂直所引起的偏差，再结合施工控制和检测结果进行修正计算，及时调整拉索外套钢管位置。

（3）拉索各阶段的张应力、主梁顶拱度待材料单重、拉索弹性模量等参数确定，重新调整计算后，在施工控制计算中提供。

（4）拉索减震措施。拉索两端外套钢管入口处各设一个粘弹性高阻尼合成橡胶减震胶圈。拉索锚具、合成橡胶减震胶圈、防护罩、热缩套等构件可由供货的拉索锚具厂配套组装供应。

7.4 钢管焊接及质量要求

钢管连接为等强焊接。主拱钢结构间的焊缝，采用V形坡口，单面焊缝，双面成型（全焊接对焊焊缝）。V型坡口应采用机械加工，坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷，并且在施焊前应将坡口表面的氧化物、油污、熔渣及其它有害杂质清除干净。清除的范围（以离坡口边缘的距离计）不得小于20mm。焊缝的对口接头的错边量要小于0.1倍的钢板厚度。

主梁钢结构的所有焊缝均作X射线检验（按比例）和超声波探伤，焊缝质量的射线探伤符合Ⅱ级焊缝质量的要求，超声波探伤符合Ⅰ级焊缝质量的要求。对不合格的焊缝。要进行铲除或打磨重焊。

7.5 钢结构的防锈、涂装及质量标准

钢管在加工、预拼装完成后，及时清除刺屑、焊渣、飞溅物及油污等。钢管在形成主梁前，应对钢管进行喷砂除锈及表面粗糙化，并进行防锈涂装。钢管除锈等级应达到Sa2.5级，清洁后钢管外表面涂装水性无机富锌防腐底漆、中级漆及面漆，防腐年限25年。

7.6 主拱质量控制

施工时应根据现场施工季节的风力大小等实际情况，适当增加横向施工临时风缆。全桥竣工且两岸倒虹吸管安装到位后，须按0.01m3/s流量缓缓将整个倒虹吸管注满水。

8 结语

斜拉组合拱桥式结构是新建、改造倒虹吸管的一种新形式，由于斜拉组合拱桥式的施工工艺已很成熟，施工进度快、造价经济、建筑物美观，对于跨越河面宽、水深的河流时，是一个比较好的选择方案。从本工程实施后的效果表明，所采取的施工方案及其技术措施是安全可行的，可为同类型倒虹吸管设计、施工提供参考。

[1]刘外信.苏州工业园区唯亭钢管拱施工浅谈[J].内蒙古公路与运输，2013，（06）：27-30.

2017-03-22）

姚辉（1982-），男，湖南凤凰人，大学本科，工程师，从事水利水电工程管理工作，E-mail：yaohui656@163.com；郑坛清（1978-），男，湖南凤凰人，大学本科，工程师，从事水利水电工程管理工作。