桥梁上跨水源保护区大型复合排水钢管施工技术研究

马希平MA Xi-ping

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

桥梁一般跨越山谷、河道、水库，而如果所跨越水域为水源保护区，则沥青路面汇水及路面事故水（含化学品）不能排入桥梁所跨越的水源保护区，甚至受地形限制，只能从桥梁排水系统将路面水跨桥排放。

考虑到水量随沥青路面长度、桥梁长度的增加而增加，及PVC 等材质的耐久性影响，一般设计桥梁两侧采用双杆吊架挂设内衬PVC 等摩擦系数小的材质的复合钢管，将钢管挂设在梁体翼缘板下方。虽然钢管耐久性好，但重量较大，例如，一根6m 长的DN400 复合钢管重500kg，传统设计双杆吊架因吊杆材质、规格及丝牙影响，已无法满足重型钢管安装需求，且受狭小安装空间限制，将大型复合钢管安装至桥梁翼缘板下方设计位置，施工难度极大，同时，因狭小空间高空作业，施工风险极大。[1-2]

本文依托大丰华高速公路三渡水大桥进行研究，并应用于三渡水左、右线大桥大型复合钢管安装作业，可为今后类似工程提供一定的参考和经验。

1 工程概况

广东省大丰华高速公路三渡水大桥，右线大桥桥长230.6m，左线大桥桥长207.8m，三渡水右线大桥位于直线和A=561 的缓和曲线上，主桥横坡为-2%，三渡水左线大桥位于A=641 缓和曲线及R=1866m 圆曲线上，左线主桥横坡由-0.94%变化至-3%。

三渡水大桥上跨三渡水水库、省道S228，大桥上坡方向为路基及鸿图特长隧道，鸿图特长隧道内路面形式为沥青路面，三渡水水库为II 级水源保护区，沥青路面汇水及路面事故水（含化学品）不能排入三渡水水库，受地形限制，只能从桥梁排水系统将路面水跨桥排放。一根6m 长的DN400 复合钢管重500kg，原设计为双杆吊架，无法满足钢管重量要求。传统大型机械设备施工方案，租赁费用较高，适应性、操作灵活性差。三渡水大桥桥位见图1。

图1 三渡水大桥桥位图

2 技术原理

桥梁挂管所用钢管为内衬PVC 的DN400 复合钢管，PVC 的作用是减少水体流动的摩擦力。钢管通过吊架进行悬挂，吊架由吊杆、吊环、钢板等组成。因桥梁现浇或预制施工均需要安装模板，故在浇筑梁体混凝土时，在翼缘板预定位置预埋吊杆垫板及相应预留孔，待混凝土浇筑完成后，再安装吊杆、吊环，然后按顺序安装钢管。

采用手拉葫芦及研制的简易桥梁护栏作业平台配合汽车吊的方式，将大型复合钢管摆放、粗调至桥梁翼缘板下方设计高度位置，研制了公路桥梁排水钢管单杆吊架，可进行分部安装，通过预埋精轧螺纹钢吊杆、吊架分部安装实现大型复合钢管安装高度精调，再进行桥头弯头安装、PVC 排水管、渗水检测及钢管防锈处理等施工，从而完成复合钢管排水系统的施工。[3]

3 大型复合排水钢管施工技术

3.1 预留孔及安装垫板

在梁板现浇或预制过程中，按4m 间距进行孔位预留，桥梁下方跨道路段落按3m 间距加密布置。预留孔位置设置在桥梁护栏内侧约10cm 处，应与桥面泄水孔、横向张拉预应力束位置错开布置。挂管按DN400 内衬PVC复合钢管，单节钢管长6m，单节钢管重约500kg，吊杆采用ϕ25 精轧螺纹钢，垫板下部预留孔采用安装直径ϕ40PVC 管预留，安装ϕ25 精轧螺纹钢配套垫板，并在垫板下方配置双层ϕ10 锚下加强钢筋网片，网格尺寸6×6cm，受梁体钢筋位置限制，钢筋网采取现场加工安装。梁体浇筑混凝土及预制梁段施工桥面铺装混凝土时，于垫板上方埋设直径ϕ90PVC 管，用于安装ϕ25 精轧螺纹钢配套螺母。

3.2 标记孔位号

桥面铺装及桥梁护栏施工完成后，于桥梁护栏顶部或侧面用记号笔标记每个预留孔的位置编号，用以区别安装不同长度的吊杆。

3.3 计算吊杆长度

因桥面设计存在横坡、纵坡变化，而挂管纵坡坡度为按流水方向的单一下坡，同时根据挂管偏距计算挂管与桥梁挡块、加高块的横向位置及高程的关系，避免挡块与挂管位置冲突，综合横坡、纵坡、挡块及加高块等因素，计算确定挂管管道坡度，然后根据预留孔位置，结合桥梁设计高程数据，计算每个预留孔对应的每根吊杆的长度，并编制孔位号与精轧螺纹钢长度对应表。

以桥面面层结构为“混凝土整体化层（或现浇T 构混凝土梁面）+10cm 沥青面层”为例，吊杆长度计算公式：

式中，

a-整体化层顶实测标高；

b-吊杆伸出整体化层顶面，用于安装螺帽的预留长度，取0.07m；

c-管道内设计底标高；

D-管道内径；

d-管道单侧壁厚；

l-管道顶距吊杆底部预留空间。

计算示意图见图2。

图2 吊杆长度计算示意图

单杆吊架[4]，由吊杆、吊环组成，吊杆采用精轧螺纹钢筋，并配套相应的垫板及螺母，精轧螺纹钢、垫板、螺母均需采用热镀锌或发黑处理等工艺实现防腐防锈，垫板厚2cm。吊环采用钢板制作，由顶板、耳板、内外侧腹板、加强板及销轴构成，钢板均采用Q235 钢，钢板厚均为6mm，钢板间均采用角焊缝连接，焊脚尺寸hf取5mm。销轴采用45 号钢。吊环见图3。

图3 吊环

3.4 安装吊架上部

因10cm 厚度沥青面层分上、下两次摊铺，下面层压实厚度低于精轧螺纹钢吊杆高出桥面混凝土顶面高度，为保证下面层碾压施工，需待下层沥青层摊铺、碾压后，方可根据标记孔位号将预留孔凿出，再安装吊杆及上螺母。

按孔位号对应的精轧螺纹钢长度对应安装吊杆，将吊杆安装螺母，精轧螺纹钢出露3cm，穿入预留孔，利用简易桥梁护栏作业平台将吊环上部安装到吊杆上，并安装螺母，精轧螺纹钢出露3cm。

利用简易桥梁护栏作业平台[5]在桥下配合汽车吊进行作业。在伸缩缝位置于桥梁挂管节段间设置伸缩器，于伸缩缝位置开始安装首节挂管。

3.5 钢管摆动粗调就位

将两节钢管在桥面上通过高强螺栓将法兰连接，法兰间用胶水粘贴1mm 厚橡胶垫圈，同时两节钢管的其中一端法兰粘贴橡胶垫圈。用25t 汽车吊将连接好的两节钢管起吊，运送到护栏外侧底部，然后将2t 手拉葫芦的链条穿过下一处相邻的两个预留孔吊住钢管，汽车吊钢丝绳慢慢放长，通过手拉葫芦将钢管吊住慢慢摆送到预留孔下方位置，然后通过手拉葫芦将钢管升降粗调至设计高度，通过高强螺栓与已经安装好的钢管连接牢固。钢管摆动粗调就位示意图见图4。

图4 钢管摆动粗调就位示意图

3.6 安装吊架下部

在吊架下部内侧用胶水粘贴1mm 厚橡胶垫。钢管就位后，通过手拉葫芦微调钢管位置，将吊架下部通过销轴与上部进行固定，并检查吊架下部是否与钢管底部密贴，如果有空隙，通过手拉葫芦将钢管向下微调。钢管安装作业见图5。

图5 钢管安装作业

3.7 安装弯头

桥头、桥尾每侧均设置了两个90°弯头，直管安装完成后，通过弯头连接钢管，将钢管引出桥梁外侧，接入桥头排水水系，弯头与钢管法兰通过高强螺栓连接。

3.8 安装PVC 排水管

桥面汇水面积较小，采用ϕ150PVC 排水管进行引排，按单跨距离设置一处三通可伸缩橡胶接头将PVC 排水管引入DN400 内衬PVC 复合钢管内，钢管上部接口现场加工切割形成。

3.9 渗水检测

全桥管路安装完成后，应进行灌水检测管路渗水情况，发现渗水应进行封闭处理。

3.10 防锈处理

挂管安装完成后，将吊架、钢管等所有外露部分再均匀涂刷3 层防锈漆，做防锈处理。

4 结论

依托大丰华高速公路三渡水大桥，对上跨水源保护区大型复合排水钢管施工技术进行了研究并应用，得到了如下结论：

①根据排水钢管设计纵坡、桥面实测高程及吊架构造尺寸等数据，计算每根吊杆长度并下料、编号，以达到排水管路纵坡满足设计要求。

②研制了公路桥梁排水钢管吊架，为单杆吊架，吊架结构合理，所用材料均为耐候钢，可通过预埋精轧螺纹钢吊杆、吊架分部安装实现大型复合钢管安装高度精调，与传统双吊杆吊架安装方法相比，操作简易，效率高。

③采用手拉葫芦及研制的简易桥梁护栏作业平台配合汽车吊的方式，将大型复合钢管摆放、粗调至桥梁翼缘板下方设计高度位置，施工方法简单灵活。

该技术解决了梁体翼缘板下高空、狭小空间环境下安装大型钢管施工难题，是一种简易施工技术，工作量小、代价低，极大程度地降低了施工难度，降低了狭小空间高空作业风险，施工安全及质量受控，节约了大量施工成本。