吊钟岩特大桥转体施工质量控制.doc

吊钟岩特大桥转体施工质量控制刘大明（福建铁四院勘察设计研究院有限公司 350013）摘 要：一直以来铁路对大跨度拱桥劲性骨架转体施工没有相应的施工控制标准，通过对吊钟岩特大桥的施工质量控制，旨在类似大跨度劲性骨架转体施工质量控制有相应的借鉴。关键词：大跨度拱桥 转体施工 劲性骨架 施工质量中图分类号：TU445 文献标识码：B 文章编号：1004-6135(2009)11-0108-03Diaozhongyan bridge Rotating construction quality controlLiu Daming(FUJIAN TIESHIYUAN SUEVRY AND DISIGN CO.,LTD 350013)Abstract: All along the railway for large-span arch bridge stiff frame rotating construction no corresponding control standards for construction, By Diaozhongyan bridge construction quality control, Aimed at a similar large-span stiff frame rotating construction quality control there is a corresponding reference. Key words: Long-span arch bridge Rotating construction Stiff frame Construction quality41工程概况：吊钟岩特大桥位于龙岩市大池镇境内，是赣龙铁路福建段重点及控制工程，横跨南水河及319国道，竣工桥梁中心里程为K264+846.55，工期16个月。桥跨设计为124m后张梁+132m后张梁+1140m拱桥+932m后张梁，全长510.63m，桥高79m。主跨设计为1140m上承式劲性钢骨架X型提篮拱，劲性钢骨架由8根377钢管和角钢通过节点板焊接而成。施工时采用有平衡重转体施工，转体角度分别为赣侧180和龙侧81，转体总重量为3012 T。吊钟岩大桥转体施工示意图2工程特点：主拱上桥面纵梁采用四联3-12.56m箱型钢筋混凝土连续梁。拱座基础为挖孔桩基，分直桩和斜桩两种，桩径均为1.8米，其24根，最大桩长34.8m，主拱两端为实心钢筋混凝土墩高31.62m。拱肋采用变高箱型截面，拱顶截面高3.2m、宽2.2m，拱脚截面高4.8m、宽2.2m，拱跨矢高31.275米，拱轴线为悬链线，矢跨比为1：5，拱轴系数2.514，桥梁拱肋顶部25米范围连成一体，其余部分为两个分离箱形断面，拱肋中间设拱上主柱，采用双斜柱式矩形钢筋混凝土桥墩，双柱间设连系梁，最后在主拱上搭设满堂支架完成拱上连续梁浇注。吊钟岩大桥侧面全桥采用的主要技术有：采用GPS全球定位系统技术建立测量控制网，采用全站仪施测。拱座大体积混泥土施工技术。砼采用微机控制的自动计量拌合站、砼输送车、砼输送泵一体化施工作业，大块整体组合钢模工艺。近距控制爆破作业技术。带橡胶垫层的转体轴心系统。全桥全过程应力应变监控技术。拱上连续箱梁移动支架现浇施工技术。3施工质量控制：3.1劲性钢骨架制作及安装（表1）钢骨架制作及安装控制标准（表1）检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率焊接厚度保证率90%用超声波检查10%焊接长度焊接气孔率10%用X射线检查1%焊缝长度内弧偏离设计弧线（mm）8样板检查每段拱肋内弧长（mm）+0，-10用钢尺量钢管直径（mm）2游标卡尺轴线横向偏移（mm）拱顶1/5000用经纬仪检查2/41/6000拱肋接缝错台（mm）3样板检查拱顶、拱脚及接头点高程（mm）+20，-0用水准仪检查3.1.1骨架的地面加工3.1.1.1在龙岩侧选择半跨骨架长宽的场地，平整、夯实，铺以20cm厚C15混凝土做为1:1大样场地。AutoCAD计算，用极坐标法按70个节点放骨架大样图。3.1.1.2根据大样弯制钢管，弯制设备以自制的弯管器进行。然后将钢管对焊连接成每段长约9m左右，利用大样进行预拼、校正，使轴线偏差控制在3mm以内。3.1.1.3对接钢管采用带钝边V形坡口对接焊缝。机械切割，人工焊接，要求焊缝等级为级焊缝。3.1.1.4进行节点板及腹杆的焊接，使上、下弦形成一片完整的拱式桁结构。半跨骨架结构纵向分成8段，横向分4片，每片重量在4.5T左右。段与段之间内衬钢管以方便对接。3.1.2胎架搭设在骨架加工的同时，可进行胎架的搭设工作，根据地形以减少开挖及搭设支架数量，合理选择两侧转体角度。在山体上按设计拱轴线开挖拱胎，标高不够部分搭设满堂脚手架，并在骨架段与段连接处加密脚手架立柱钢管做支撑墩，其上设角钢加工的三角形截面小桁梁承受骨架重量。3.1.3骨架拼装骨架立拼作业采用100吨汽车吊，在吊重4.5T时，其最远的吊臂水平距离为27米，另设一副6T摇臂扒杆配合倒运就位。倒运过程对吊车及摇臂扒杆的最不利情况下的安全稳定应进行检算。吊装依次序逐段进行，就位后依靠小桁架临时稳定，各片就位后及时用临时支撑相互拉结。通过在小桁架上加设半园形钢板调整标高至设计要求。段与段连接时，先以角钢临时点焊固定后，按要求焊接对接钢管。然后进行各片骨架间水平及横向杆件的焊接施工及拱顶前锚梁的吊装就位。在整个骨架的加工及拼装过程中，各杆件、节点焊接应采取先点后焊交叉对称施焊的措施以及利用内撑外拉辅助工具的调整来消除焊接变形，保证各部加工尺寸的准确性。3.2平面环道承重结构有平衡重转体施工质量控制3.2.1结构平衡的控制3.2.1.1结构平衡的计算对于采用扣索张拉工艺的拱式结构有平衡重转体而言，在施工阶段对结构及一些影响体系重心的因素加以核算，将轴心结构精确调至转动体系的重心位置，使转动体系处于完全的平衡状态；并对施工中的一些影响结构平衡的因素进行了分析估算，确保最不利情况下的结构稳定，检算抗倾覆稳定安全系数采用2.0。3.2.1.2结构平衡的施工控制标准（表2）结构平衡的施工控制标准（表2）部位检查项目规定值与允许偏差检查方法轴心装置轴心平面坐标10mm全站仪轴心平面标高5mm上转盘上转盘尺寸5mm钢卷尺上转盘标高5mm主拱墩主拱墩尺寸5mm钢卷尺、水平仪主拱墩垂直度12000全站仪主拱墩中心平面坐标10mm全站仪劲性钢骨架主弦钢管轴线10mm全站仪节点板尺寸10mm钢卷尺腹杆长度10mm钢卷尺立拼轴线偏差10mm全站仪、卷尺立拼节点坐标10mm全站仪背索背索规格符合设计查合格证、游标卡尺背索长度10mm钢卷尺扣索扣索规格符合设计查合格证、游标卡尺扣索长度10mm钢卷尺锚梁锚梁尺寸10mm钢卷尺锚梁坐标10mm全站仪拱顶操作平台拱顶操作平台重量50Kg骨架上人扶梯骨架上人扶梯重量50Kg3.2.1.3结构平衡的施工控制措施3.2.1.3.1对模板强度、刚度、稳定性进行检算，严格模板安装及加固检查，防止变形及涨模。3.2.1.3.2严格按混凝土配合比施工，对各部件混凝土现场抽取试件、实测几组容重数据，取平均值作为计算容重的依据。3.2.1.3.3骨架钢材做好焊前焊后的防护工作，防止变形及锈蚀。3.2.1.3.4严格按平衡计算数据加设施工临时荷载。3.2.1.3.5做好上转盘混凝土的临时支架基础处理，防止地基沉降、上盘倾斜事情发生。3.2.1.3.6体系脱架后至合拢期间，施工中应增设必要的临时钢支墩，施工间隙用钢楔固定。3.2.2结构转动的控制实现平稳顺利的转动是转体施工的关键工艺，所以必须根据计算结果配置合理的驱动系统，既要简便易行，又要保证必要的拉力储备。各牵引索应布置在一个平面内，且每两索引索组成平行力偶。钢轴应能承受可能受到的最大牵引力差值，并有足够的安全系数，该桥采用150mmA3钢轴。3.2.2.1牵引系统的计算M牵引=M静阻力距M静阻力距=2r 2 dr=（23）r3=qr2q转体总重量，取3012 T。磨擦系数，静磨擦系数取0.055；滑动磨擦系数取0.035。r转盘半径，取0.95m。转盘平均压应力，计算得10.62MPa。计算得出：最大静磨擦阻力矩为104.9TM，如牵引按四根沿保险腿外侧对称布置，即牵引力臂取6m，则单根牵引力f=4.4T。故现场采用4台10T倒链滑车对称张拉来提供所需扭矩。3.2.2.2结构转动施工控制标准（表3）结构转动施工控制标准（表3）部位检查项目规定值与允许偏差（mm）检查方法轴心装置保险腿与环道间隙20mm-5mm塞尺轴心钢板平整度1mm3m直尺轴心钢板光滑度7轴心不锈钢板平整度1mm3m直尺轴心不锈钢板光滑度7钢轴与套管间隙5mm-3mm塞尺橡胶板尺寸5mm钢卷尺四氟板尺寸2mm钢卷尺3.2.2.3结构转动施工控制措施3.2.2.3.1在转动体系施工中，为防止橡胶板受剪切破坏，采取适当增设抗剪定位销的措施，以增强其横向抗剪能力。3.2.2.3.2轴心不锈钢板应在厂内仔细打磨，符合平整度要求方可出厂，运输过程用夹具固定，不得变形。3.2.2.3.3轴心钢板预埋定位应采用螺栓微调，确保安装平整度，钢轴与套管间隙涂满黄油，保持构件处于润滑状态。3.2.2.3.4轴心结构安装之后，在不锈钢板外沿灌注沥青砂胶，做为试转前的临时封闭措施，以防潮气锈蚀钢板及灌注时砂浆流入。3.2.2.3.5保险腿外侧的弧形钢板其下加垫小块楔形钢板，保证与环道的间隙不得小于20mm。3.2.2.3.6试转及正式转体启动时以千斤顶辅助启动，避免骨架震荡。3.2.2.3.7转速控制在拱顶线速度1m/min内，临近合拢时，逐渐放慢至30cm/min。转体顺序按照以下进行：施工准备。试转调试。正式转体就位。就位调整跨中合拢焊接。封盘。封焊拱脚。整个转体操作时，不设风缆，在就位合拢焊接后，于1/4拱跨位置对称张拉414mm风缆，以降低骨架受风载震动。3.3扣索张拉与松索实现受力转换转体主拱墩墩高为30m，利用原设计主墩，采用增加背索方式满足施工期间受力要求，劲性钢骨架在张拉扣索时需防止出现轴线偏移，各根扣索张拉顺序应合理安排，就位合拢后，在松索的同时，实现骨架受力体系由扣索拉力向拱桁自重情况下的转换，为保证转换中骨架受力的平稳及扣索的受力，应严格按设计要求安排松索程序。3.4钢管混凝土的灌注施工大桥劲性钢管骨架结构主弦杆为377mm无缝钢管，为充分发挥其受力性能，在骨架转体完成后，钢管内应灌注C55微膨胀混凝土。因弦杆为曲管、管径小，只能采用顶升法施工。根据劲性骨架的受力要求，顶升按照先下弦，后上弦对称分批的原则进行。3.5加载灌注拱圈混凝土施工拱圈结构劲性钢骨架法施工其底模必须利用吊挂方式固定。为保证混凝土灌注质量，减少施工接缝，同时便于检查调整底模的轴线线形，采用整个拱圈范围满挂方式灌注施工，按照四环六面法原则，共分为底板、下腹板、上腹板、顶板四环，每环各分九段，按先后顺序进行施工。混凝土灌注过程中，不进行预加载。3.6施工中应力、变形监测控制从劲性骨架拼装开始到全桥桥面板施工完毕，有16次大的工况荷载变化，均会引起拱轴线型的变化，如何使最终成桥拱轴线符合要求，结构各点应力符合要求，施工中必须建立一套完整的应力、变形监控体系，对异常情况加以调整，确保施工的安全及质量。3.7桥梁刚度控制铁路大跨度拱桥对整个桥梁刚度控制至关重要，刚度不够会产生钢轨附加应力或造成脱轨。该桥虽然在设计时对整个桥梁在荷载下的桩基弹性变形、拱座的纵向位移、拱肋和梁的挠度及横向变形、墩顶的水平位移均做了检算，但在施工时对进场材料质量做了严格的控制，对使用的钢材及混凝土试块的弹性模量做了测试并与设计参数对照、施工缝严格按设计要求处理以保证每个构件和这个桥梁有足够的刚度和耐久性。该桥竣工后对桥梁在静载和活载作用下的整个桥梁挠度、纵向横向的变形进行了检测，满足设计要求。焊缝检测及应力、变形监控由第三方独立进行。4施工中出现技术问题的解决吊钟岩特大桥的技术攻关活动中，参建方除了进行大量调查研究掌握有关劲性骨架混凝土拱桥施工技术的情况外，还针对本桥的现场情况，通过一些必要的试验手段，获得一些现场所需数据，在此基础上，制定完善了该桥的施工控制措施。主要解决的施工技术问题包括：4.1进行了现场焊缝焊接质量的试验研究因现场焊接的条件所限，全部焊接均采用手工电弧焊，在正式施焊前，除进行正常的焊件检测外还利用X光拍片检测分析，制定在多种焊接形式中保证焊缝等级的措施。随后在正式施焊时推广运用，经实测检查均符合设计要求。4.2劲性骨架安装施工优化及调试经过认真的方案优化比选，该桥施工中就五个方面做了大胆的改进并取得了成功。虽然在设计阶段已就转体的纵、横向稳定性进行了分析计算，但由于受现场地形及其他条件控制，背索、平衡重及施工荷载都做了相应的调整，轴心结构位置重新做了精确的计算。采用增加橡胶垫层的轴心结构，减少加工精度及加快了合拢调整速度。减化了牵引装置调整。4.3小管径钢管内灌注混凝土施工技术该桥的小管径钢管的混凝土灌注因是曲管，且管内有衬管及受地形所限混凝土泵送距离远，弯道多、泵送压力损失较大，根据实验结果选择泵送设备、混凝土配合比，严格控制混凝土的和易性、骨料的最大粒径及初凝时间。4.4运用计算机软件分析监控施工从劲性骨架张拉脱架开始，桥架结构产生多大的变形，每一次的变形数据必须算出理论值，与现场数据比较分析。再根据分析结