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                                                            大跨度拱桥钢筋混凝土拱箱缆索吊装施工技术
                                                            来源:   日期:2012-08-06 09:26:34  

                                                                  [摘  要]通过工程实例,介绍大跨度拱桥钢筋混凝土拱箱采用无支架缆索吊装,单肋?#19979;?#30340;施工技术及监控量测方法。
                                                                 [关键词]大跨度拱桥  缆索吊装  施工技术  监控量测

                                                                 1.前言
                                                                 当大跨度拱桥位于深水、深?#21462;?#36890;航河道或限于工期必须进行拱肋施工时,常采用无支架施工方法。缆索吊机具有跨越能力大,水平和垂直运输机动灵活,不受气候和地形等条件的限制,用途多样,施工安全便捷等优点,因此目?#25353;?#36328;度拱桥无支架施工多采用缆索吊装的方法。
                                                                 2.工程概况
                                                                 福建省宁德市宁屏公路岭兜特大桥,全长329.5m,桥跨布置为(3×30+1×160+2×30)m。其中主跨为160m悬链线钢筋砼箱型拱,净高2.5m,宽8.0m,拱箱顶板厚0.25m(其中预制0.1m),?#35013;?#21402;0.2m,中?#25329;?.41m(其中预制0.05m×2m),横向四片拱箱,每片拱箱分为七段预制吊装,最大吊重70t。岭兜特大桥主拱圈采用无支架缆索吊装工艺,单基肋合龙成拱。
                                                                 3.缆索吊装系统组成及施工
                                                                 缆索系统主要由塔架、缆索 (主索、起重索、牵引索、扣索及风缆) 、起吊设备、地锚及驱动装置等组成。
                                                                 3.1地锚
                                                                 本桥地锚分为主地锚、风缆地锚、临时地锚?#21462;?#20854;中主地锚主要承受主索、起重索、牵引索、扣索以及塔架后风缆的拉力。宁德岸主地锚设在0#台后,宽12.0m、长12.0m、高4.0m。屏南岸的主地锚结合6#台明挖扩大基础布置,基础开挖深度8.0m,地锚宽12.0m、长10.0m、深4.5m。主地锚均采用C20混凝?#26519;?#21147;式地锚,底部间距0.5 m布设抗滑锚杆,以提高其稳定性。风缆地锚用于锚固?#36335;?#20197;保证塔架和?#35757;?#35013;拱箱的横向稳定,临时地锚用于临时固定卷扬机。风缆地锚、临时地锚均采用卧式地锚,根据地形和用途?#30452;?#35774;置于上下游合理位置。
                                                                 3.2塔架安装
                                                                 塔架利用3#、4#交界墩C30钢筋混凝土盖梁为基础,盖梁施工时预埋塔架铰接支座连接螺栓。
                                                                 塔身高30m,宽12.0m,采用西乙型万能杆件拼装,立柱为4—N2,斜撑为2—N3,水平撑为4—N4。塔顶由配套的过载梁、运载梁、索鞍组拼而成。主索及其它工作索的支承主要由塔顶索鞍来?#26800;#?#32034;道的横向移动通过手拉葫芦牵引连接于索鞍的运载梁来完成,而构件及索道的重力主要由塔顶的过载梁通过各铰接点传递给塔架。运载梁上设索鞍3 组,?#30452;?#20026;主索鞍、扣索鞍和工作索鞍。索鞍与索鞍座、索鞍座与运载梁均采用螺栓连接。
                                                                 每座塔架布置16根稳定风缆,其中前后风缆各6根,主要用于平衡纵向水平力,采用Φ28钢?#21487;?#21069;风?#36335;直?#38170;固于两交界墩拱座处外侧预埋锚环,后?#36335;綬直?#38170;固于两岸主地锚。侧风缆4根,主要用于平衡吊装横移时产生的侧向水平力,采用Φ26钢?#21487;直?#38170;固于塔架左右两侧的风缆地锚。塔架风缆采用链条滑车收紧。
                                                                 3.3缆索安装
                                                                 3.3.1主索架设
                                                                 根据桥?#33322;?#26500;和地形条件,索跨设计为1×110m+1×170.5m+1×72.0m (图一)。主索采用两组4—Ф52(6×37+1)型号钢?#21487;?#26550;设时,单根绳展开并由卷扬机导索牵引过本岸塔顶,架立于索鞍上,再由预先架好的工作索牵引至对岸塔顶穿过索鞍,然后在对岸地锚通过平衡轮转向,再重复架设步骤,把8根主索串连在一起使之受力均?#21462;?#22312;调整好主索空载时的设计垂度后,把主索?#33945;?#22841;锚于地锚卧木。两组主索既有独立功能,又可组合使用,每组主索均具有独立的起重和牵引功能。

                                                                 3.3.2工作索架设 
                                                                 工作索和工作吊篮是专门为缆索吊起重索、牵引索、起重小车和运送人员以及吊运工具的安装而设。它还可在吊装拱箱时运送绳头或扣索到位。工作索为双线(走2) ,穿索方法同主索。工作吊篮为2 门4 线矩形简易起重小车。工作索、牵引索和升降索由1 台50kN双筒卷扬机牵引,完成吊篮的起吊和运行工作。
                                                                 3.3.3 起重索安装
                                                                 起重索安装利用工作吊?#33322;?#23450;滑轮组提升到塔顶工作?#25945;?#19978;,?#21046;?#22871;在承重索(主索) 上,并用螺栓组合在一起;动滑轮组放在地面上,与上吊点对中。起重索采用Ф21.5mm钢?#21487;?#23433;装时将起重索由岸上起重卷扬机拉出,经导向轮牵引上塔顶,过索鞍,穿入套在主索上的定滑轮,然后利用工作吊?#33322;?#36215;重索绳头带下,穿入地面动滑轮组,如此反?#30784;?#19978;下穿行8次,完成起重小车的穿索工作。另一起重小?#30331;?#21160;卷扬机设在对岸,穿索方法相同。
                                                                 3.3.4牵引索安装
                                                                 牵引端段就位时,牵引索拉力最大为44t,因此牵引索采用“走二”牵引,能确保端段拱箱?#26082;?#23601;位。牵引索采用柔性好的Ф26钢?#21487;?#19968;端固定于天车上,另一端与卷扬机相连。穿索时利用“临时工作索”和工作吊篮牵引到位,牵引索安装方法同主索。为使牵引力受力均匀,构件纵向运输进?#36865;?#27493;,牵引索采用闭合循环回路布置,由?#25945;ǚ直?#35774;在两岸的150KN卷扬机牵引,一台前进用,一台后退用。
                                                                 3.3.5扣索安装
                                                                 此桥端段扣索拉力62t,采用一组2—φ47.5mm钢?#21487;?#20013;㈠段扣索拉力90t,采用一组2—φ52.0mm钢?#21487;?#20013;二段扣索拉力108 t,采用一组4—φ47.5mm钢?#21487;?#20854;中端段、中㈠段为墩扣,扣索通过架于3#、4#交界墩墩顶的索鞍转向至地垅锚固,中㈡段为塔扣,扣索通过安装在塔顶的索鞍转向锚于主地锚锚固。
                                                                3.3.6拱箱横向稳定风缆安装
                                                                 为了确保拱箱单肋合龙的横向稳定,在每段拱箱的接头处增加横向?#36335;紓路?#37319;用Φ21.5钢?#21487;?#24182;采取走二的方式实施,上下游各一组,对称设置,链条滑车收紧。
                                                                 4.试吊
                                                                 4.1空载试运转
                                                                 提升吊具至离跑车约3m距离时,牵引跑车往返运行一次。运转时,观测主索的收紧均匀程度,?#26696;?#37096;位机械设备的运转情况,一切正常后,再进行静载试验。
                                                                 4.2静载和动载试吊
                                                                 本工程构件最大重量P=70t,试吊按0.6P、P、1.3P逐级加载进行,先静载,后动载。即先吊起42t的物体在跨中停留10分钟,然后逐级加重至70t、91t的静载试吊;最后进行动载试吊,起吊重量按42t,70t,91t三次逐级加载,并沿主索运行一个来回,以检查牵引设备的运行情况及地锚,塔顶索鞍的受力情况。整个试吊过程中,用千?#30452;?#35266;测地垅位移情况(地垅位移不宜大于3mm),以确定地垅的受力能力,用全站仪观测塔顶位移、交界墩墩顶位移及主索重载垂度,用Cras振动及动态信号采集分析系统监测主索、牵引索、起重索和风缆的索力等是否符合规范(计算)要求,一切正常之后,进行拱肋安装。
                                                                 5.钢筋混凝土拱箱吊装
                                                                 5.1 吊装前的准备工作
                                                                 5.1.1预制构件质量检查
                                                                 拱肋接头和拱脚用样板校验,突出部分予以凿除,凹陷部分用环氧树脂砂浆抹平。接头砼接触面凿毛,钢筋除锈。螺栓?#23376;?#26679;板套孔,不合时扩?#20303;?#25329;肋接头及?#36865;?#29992;红油漆标出中线,便于观测和对中。检测拱肋上、下弦长,如不符合设计,对大于设计弧长的箱段凿短。根据各箱段的实际长度,结合可以置换位置的段数,具体编组各片拱箱,使各片拱箱总长度的差?#24213;?#23567;,然后按起吊?#25215;?#22312;拱箱上编号。
                                                                5.1.2墩台拱座尺寸检查
                                                                 墩台拱座混凝土面要修平,水平顶面高程略低于设计?#25285;?#22312;拱座面上标出拱肋安装位置的台口线及中线,用全站仪?#26149;?#36328;径,施工误差可以在拱座处垫铸铁板来调整。
                                                                 5.2 拱肋吊装
                                                                 按照对称原则和施工需要,吊装?#25215;?#20026;:3#拱肋→2#拱肋→4#拱肋→1#拱肋。箱段吊装按照图示?#25215;頡?/div>
                                                             

                                                                 5.2.1端段吊装
                                                                按照对称原则,首先吊装3#拱肋的端段(图二中1、2段),用仪器辅助调整轴线与标高使端段的上?#36865;?#27604;设计标高高出20cm, 随后绑?#27599;?#32034;及横向?#36335;紜?#25187;索采用墩扣,由安放在地锚处的卷扬机收紧,符合标高后锚固于地垅上。横向?#36335;?#19978;、下游对称布置,同时徐徐收紧,以确保拱顶轴线位置符合要求。为防止端段接头发生上冒变形,在接头下方设置下拉索(采用Ф26钢?#21487;?#26469;控制变形,待拱上构造施工完毕后解除。
                                                            5.2.2中㈠段吊装
                                                                 拱箱的中㈠段(图二中3、4段)吊装就位后,调整扣索及横向?#36335;?#20351;拱箱上?#36865;?#27604;设计标高高出20cm,轴线符合设计要求。联结下?#36865;返装?#19982;端段的螺栓并拧紧,顶板螺栓松连,使接头处形成上开口。
                                                                 5.2.3中㈡段吊装
                                                                 安装3#拱箱的中㈡段(图二中5、6段),调整扣索及横向?#36335;?#20351;轴线符合设计要求,上?#36865;?#26631;高比设计标高高约40cm左右,联结下?#36865;返装?#19982;中㈡段的螺栓并拧紧,顶板螺栓松连。
                                                                 5.2.4拱顶段吊装
                                                                 安装3#拱箱的拱顶段(图二中7段),拱顶段在吊运过程中应保持水平位置,在顶段基本就位但不松吊的情况下,按照1:1:2的比例,先端段,再中㈠段,后中㈡段的?#25215;?#20004;侧对称,缓慢均匀地放松扣索,每次各接?#36820;?#26631;高降低不超过1cm,在放松扣索的同时要均匀对称收紧各段的横向?#36335;紓?#29992;三台水准仪同时观测6个接头处标高变化情况,防止反对称变形。松索时按端段、中㈠段、中㈡段、起重索的先后?#25215;潁?#21453;复循环,在水平及轴线的控制下,及时调整接头标高和拱箱轴线,直?#26519;孝?#27573;与拱顶段接头完全吻合使其连成拱,逐渐减小扣索、起重索受力至约为顶段吊重的30%,使顶段二端逐渐承受轴向推力,此时3#拱箱基本合龙。在各接头顶板角钢之间继续垫填和嵌紧钢楔木以进一步减少扣索、吊索受力,逐渐使全肋成拱。
                                                                 5.2.5拱脚及拱箱接头施工
                                                                 全肋成拱后,拧紧各接头处螺栓,焊接接头处垫板和?#35013;?#35282;钢的连接板。安装横系梁钢筋?#26696;?#25509;头处的横隔板模板,浇筑空心拱脚内砼及封闭拱座,同时用同标号砼由中间向两边?#26469;?#23545;?#24179;?#31569;各段间横系梁,待砼强度达到100%后,再卸除扣索、起重索,保留横向?#36335;紜?/span>
                                                                 5.2.6其他拱肋吊装
                                                            横向移动索鞍使主索中线与要吊装拱箱的轴线重合,再重复以上?#25215;?#36827;行2#箱、4#箱、1#拱箱的安装。安装后三肋拱箱时每段拱箱吊装就位后还要增加和先前已经安装好的拱箱之间的横向临时联结,以增?#37038;?#24037;安全性。
                                                                 6.监控量测
                                                                 6.1应力、应变监控
                                                                 6.1.1塔架和交界墩监测
                                                                在试吊、拱箱吊装过程中,通过安装在塔架和交界墩根部的DH3818静态应变测试?#29301;运?#26550;、交界墩应力-应变进行监测,收集吊?#26696;?#24037;况下塔架、交界墩受力情况,并与计算应力值进行比较,掌握塔架、交界墩的安全状况。
                                                                6.1.2主拱圈监测
                                                                主拱圈的应力-应变监测,采用钢?#31227;德收襝乙牵?#25329;箱预制时在主拱圈各典型截面处预埋,单肋合龙阶段和主拱圈全部合龙后?#30452;?#36827;行监测,比较实际应力应变值与理论计算?#25285;?#39564;证单拱肋和主拱圈的稳定性和安全状态。
                                                                6.1.3索力监测
                                                                在吊装过程中,运用Cras振动及动态信号采集分析系统连续监测主索、牵引索、起重索和风缆的索力,实时比对实测应力与理论计算?#25285;?#25484;握吊装系统各工况的受力状况和安全性。
                                                                 6.2位移观测
                                                                 在吊装过程中连续观测主索垂?#21462;?#22612;顶位移、墩顶位移、地锚位移,比对实测位移值与理论计算?#25285;?#21450;时反馈,指导施工,确保大桥的施工安全和工程质量。主索垂?#21462;?#22612;顶位移、墩顶位移均采用全站仪观测主索?#26800;?#21450;墩顶、塔顶安装的反射片采集数据,地锚位移用2台千?#30452;?#35266;测。
                                                                 6.3拱箱观测
                                                                 在整个大桥拱箱的安装过程中,高程和轴线观测始终控制着整个拱肋合龙的全过程,观测结果及变化情况观测人员应认真?#38050;路?#26512;并实时地把汇报给指挥者,及时调整,直至符合设计要求,确保拱箱安装质量。
                                                                 7.结束语
                                                                 采用单基肋缆索吊装技术充?#22336;?#25381;了缆索跨越能力大、水平和垂直运输机动灵活的特点,不仅安全?#26082;返?#23436;成了全桥拱箱的吊装任务,还?#20154;?#22522;肋缆索吊装,缩短工期1个?#25314;?#33410;约资金约170余万元。同时,拱箱桥下预制、交界墩作塔架基础减少了占地,缩短了索跨,节约了资金。从试吊到最后一肋顺利?#19979;?#20849;用了四十天时间,质量符合设计和规范要求,没有发生安全事故,为以后同类桥梁的施工积累了经验。
                                                            参  考  文  献
                                                             [1] 中交第一公局,《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011),2011年8月1日。
                                                            [2] 中交第一公局,《公路施工手册》— 桥涵 。

                                                            上一篇:升降机安全技术知识
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