大跨度钢拱结构竖转提升施工法.doc

大跨度钢拱结构竖转提升施工法大跨度钢拱结构采用竖转提升施工法安装，钢拱肋在地面低支架拼装成两个可绕拱脚转动的半跨钢拱，通过安装在临时塔架上的液压穿心千斤顶，将两侧的半跨拱肋竖转提升到设计标高台后合龙。拱肋的拼装在低支架完成，降低了对大型施工机械的依赖和高空作业的安全风险，易于保证结构线形和焊接的质量。本施工法应用于双向十车道三连跨(40米+200米+40米)中承式提篮系杆拱桥的主拱肋施工，主拱肋为钢管混凝土桁架结构。拱肋向桥轴中心线斜倾，倾角为78343，为空间曲线形式，两主肋顶端在主跨中心处距离为20米，拱脚处两拱肋中心距离为40.99米，主拱肋对称布置在路面的横向侧分带内，每榀主拱肋由4支120024钢管组成高500毫米、宽2800毫米的平行四边形截面。两道主拱肋之间设有5道H型横撑，每道横撑为空钢管构成的格构桁架梁，拱顶横撑中心尺寸为3500毫米3800毫米，主拱肋钢材材质为Q345D，最大焊接板厚度为40毫米。主拱肋安装完成后，拱肋上下弦钢管和缀板内灌注C50微膨胀混凝土。钢拱肋施工控制特点拱脚转轴中心线的安装定位：拱脚转轴中心线是拱肋拼装和竖转施工的基准，决定着现场拼装和能否实现拱肋的精确合龙。对策：建立精确的测控网，采用传统施工工艺与先进的测绘手段相结合的施工方法，完成拱脚转动支座的定位和安装。钢拱肋拼装定位精度控制：由于主拱肋采取现场低支架拼装，拱肋拼装线形相当于成拱曲线绕铰轴旋转一定角度，拼装过程各拱肋段定位坐标的标定是拱肋拼装技术准备重点。对策：采用SOLIDWORD软件建立拱肋的三维模型，在模型上将拱肋旋转至现场拼装位置，确定拱肋段各定点在旋转前后的相互位置关系。现场拼装建立精确的测控网站，严格测量和复测程序。拱肋竖转提升系统各部位的结构安全性是竖转提升的重要保证。对策：全面考虑拱肋施工现场的气候环境、施工工况等影响因素，对主要承载结构进行有限元应力分析。在竖转过程中，对结构重要部位进行实时安全监测。钢拱肋竖转采用四台穿心千斤顶进行牵引，多顶同步和载荷均匀是竖转提升顺利实施的难点。对策：采用计算机控制技术，监理竖转提升控制网络，通过安装在提升千斤顶上的压力传感器和位移传感器实现提升千斤顶的牵引力和位移监控并及时进行均衡调整。钢拱肋现场拼装本工程主拱拱肋矢高50米，拱肋拼装工艺段划分长度为1927米，最大单段重量为115吨。如采用满堂支架进行拱肋安装，支架的钢材用量约计2000吨。如此多的施工辅助用料给工程施工成本控制造成巨大负担，满堂支架上进行拱高拼装，需选用350吨履带式起重机两台配合作业，才能满足吊装作业要求，由于拱肋施工全部在高空进行拼装和焊接，施工安全保障和焊接质量控制上困难较大、成本较高。同时，由于在拱桥跨中区域的河道建有南北水调暗渠，也不宜布置拱肋拼装支架。通过对各种施工方案比对，最终选定竖转施工法，先将拱肋分成两部分，分别在低支架上拼装、焊接后，再将钢拱肋竖转提升至设计工位，完成合龙焊接的施工法。从而减少了高空拼装、焊接工作量，缩短了工期，简化了施工。此方案提高了现场拱肋的拼装、焊接效率、便于焊接质量的控制、拼装直接用量少也降低了对起重设备的要求，并最大限度地降低施工的安全风险。钢拱肋拼装顺序如下：依据GPS测控点，建立钢拱肋现场拼装定位测控网，测控网基准点和观测点均采用激光测距仪和精度等级1的全站仪进行定位，对定位点做永久性防护。通过拱脚的转铰实现钢拱肋定位和竖转提升，转铰包括铰座和转轴。铰座安装在拱脚混凝土承台上。拱架两端的四个转铰为两组，分别安装在拱架两端，两侧的转铰轴互相平行。采用激光测距仪和精度等级1的全站仪进行铰座轴心线的定位测量。每侧铰座轴心线同轴度偏差小于3毫米；水平度偏差小于3毫米；铰轴中心线与拱桥纵向轴线垂直度偏差小于3毫米。铰座安装、焊接完成后，清理铰座内与铰轴的接触面，并涂抹固体润滑剂。然后吊装铰轴。铰轴就位后，调整铰轴与铰座装配间隙，并复测铰轴轴线与铰座轴线的同轴度，确保其同轴度偏差小于1毫米，将调整完成的铰轴临时固定。 吊装首段拱肋，与铰轴组队焊接，采用双150吨履带式起重机抬吊，通过对首段钢拱肋上下端口出厂前标定的定位点三维坐标观测，进行拱肋安装定位。同一跨端的两个拱肋首段吊装就位后进行临时支护，并完成拱肋下端部与铰轴间的配置和焊接。焊接完成后将拱肋下端临时支点拆除，拱肋下支撑点转移到铰轴上。复测首段拱肋安装位置无误后，依次吊装后续拱肋工艺段。拱肋在支架上的组装控制线应为拱肋预拱度与拱肋线形的叠加，拱肋间一字撑的吊装与拱肋吊装同步进行。依次完成拱肋三段钢拱肋吊装和调整后，开始第一段与第二段拱肋间接口的焊接。由于拱肋断面有四支钢管组成，接口的焊接应保证全面焊接人员对称布置，以减小焊接变形对拱肋线形的影响，确保吊杆的锚孔安装位置与设计相符，拱肋接口焊接时应搭设防风棚，由于焊接时间在冬季，要求焊接前进行预热，焊接过程进行层间温度监控，焊后进行保温缓冷，焊后24小时进行超声波、射线探伤检验。拱肋拼装焊接完成后对拱肋线形进行全面复测，钢拱肋表面及拱肋上、下弦管内部进行修补和清理。在完成竖转提升法锚索安装后，进行拱肋的现场面漆的喷涂。钢拱肋竖转提升钢拱肋按竖转单完成低位拼装后，采用竖转提升的方法将两侧的半跨拱肋吊装到拱肋合龙的位置。每侧拱肋竖转提升分别搭设4座61米高提升塔架，塔架顶部安装承重桁架梁。在承重桁架梁下弦吊挂4台350吨液压穿心千斤顶作为提升装置，每座塔架顶部安装1台200吨液压穿心千斤顶安装后背平衡索。根据转体施工计算，最终侧竖转拱肋重量为1187吨，按照拱肋在竖转过程中最不利天气和施工工况：当地有记载最大风力8级风，分别验算拱肋在竖转起始和到位状态下索力。竖转起始状态每束提升索的最大索力为217吨，后背索每束的最大索力为115吨。竖转到位状态提升索每束的最大索力为172吨，后背索最大索力为140吨。提升千斤顶安全系数为1.6，后背千斤顶安全系数1.4，提升索安全系数3.7，后背索安全系数6.3.提升千斤顶公用一台80L/min流量的液压站。提升千斤顶采取间歇式作业，竖转提升线速度为56米。竖转提升设备控制采用现场实时网络竖转提升控制系统，采用1台计算机控制柜，通过信号电缆与泵站、提升油缸、电控柜等设备上安装的控制模块连接，由计算机对各系统的反馈信号采集、比对后自行控制提升系统的运行。四台提升千斤顶均载、同步工作，是竖转提升施工的关键技术。通过安装在提升千斤顶上的压力传感器和位移传感器，对每台油缸承受的工作载荷和每个行程的位移进行监控，如出现个别千斤顶的压力或位移超差时，由计算机自行控制调整，以保证竖转提升千斤顶的均载和同步。通过施工过程监控，对拱肋结构、提升塔架、提升动力系统的安全状态进行监测。在竖转施工开始前，对拱肋、提升塔、承重桁架梁、提升吊点等主要构件采用ANSYS结构分析软件进行工况应力分析。根据应力分析结果，在竖转施工过程中结构的高应力区安装应变片，进行施工全过程应力状态检测，从而监控竖转施工全过程的结构受力的安全性。同时，采用光电经纬仪对提升塔的倾斜状态进行监控，并根据预先确定的提升塔最大允许倾斜值，对提升塔侧倾值进行及时调整，对提升动力系统的油泵、油缸、提升千斤顶后锚盘、后背锚、稳绳地锚、控制计算机均安排专业人员进行监控，并保证监控岗位与提升总指挥间的通信畅通。完成竖转提升设备的安装、调试及空车试运后，进行提升索和后背索的初张拉。然后解除拱肋拼装过程中对拱肋和转铰轴的全部约束。拱肋竖转提升加载按照20%、40%、60%、80%、90%、100%分级加载。加载过程中根据对提升塔加载后垂直度偏差的观测，及时调整后背索张紧力，以保证提升塔倾斜值在计算设定值范围内。提升千斤顶加载至设计载荷，将拱肋提升至全部脱离拼装支架，悬停24小时。拱肋悬停期间，按专业分组进行竖转系统各部分的安全检查。在各专业组的检查结果确认一切正常后，由现场总指挥确认正式竖转提升。拱肋竖转提升接近合龙位置时，采用全站仪对拱肋合龙口处的定位点三维坐标进行观测，将提升控制改为人工控制，按设计合龙位置进行微调，实现拱肋吊装合龙。由于竖转施工定位准确的特点，合龙段长度仅为400毫米，从而便于合龙口的调节和安装工作在较短的时间完成，合龙温度选择在当地平均温度185温度区间完成。合龙口的焊接定位应严格按照规定的施工程序进行，在焊接定位前，先在弦管内部采用高强度螺栓定位夹板连接和紧固，保证合龙段与接口两侧拱肋弦管壁的紧密贴合，同时，定位连接螺栓应满足传递合龙期间拱肋因环境温度变化产生的应力，以保证合龙段与拱肋间焊接在无应力状态下进行。完成合龙段安装后，搭设焊接防风棚，将合龙段整体封闭，再进行焊接。先焊接合龙段与一侧拱肋弦管间接口，另一侧为自由端。在完成一侧合龙口的焊接后，再焊接另一侧合龙口。所有合龙口的焊接均应遵循对称位置施焊、同等规范参数焊接的原则。焊接过程按工艺要求进行焊缝区域的预热、保温和焊后缓冷。拱肋合龙焊接完成后24小时进行超声波及射线无损检查。焊缝检查合格后，安装、焊接合龙口处的腹杆和缀板。完成全部焊接及检验工作后进行竖转提升系统卸载，拱架进入自承载状态。然后拆除吊耳、吊索、提升千斤顶和提升塔架。测量拱架自承载状态线型。钢拱架验收完成后，施工转入内部混凝土顶升工序。采用竖转提升施工法，完成了跨度200米，重2223吨