大距离索鞍横移缆索吊架设拱桥工法.doc

精品文档大距离索鞍横移缆索吊架设拱桥工法缆索吊是一种特殊类型的起重机械，具有很多独特的优点，不受气候和地形多种限制，在特定条件下能够发挥其他起重机械所不能发挥的作用，因此被广泛应用于工业生产和工程建设中。缆索吊装施工方法是我国目前大跨度拱桥无支架施工的主要方法。建国以来，各部门结合国内情况和各行业特点，吸收国内外先进技术经验，大胆创新，从结构、应用等方面进行了研究和探讨，取得了很大的成就，积累了丰富的经验。缆索吊按其塔架结构的不同，可分为固定式、移动式和铰接式。中铁第十七局集团第一工程有限公司在重庆丰都泥巴溪130m跨钢筋混凝土薄壁箱肋拱桥施工中，针对该桥跨度大、构件重、桥头地形狭窄的困难，采用大距离索鞍移动法解决了大跨度、大吊重、小间距(仅4cm)的拱肋吊装任务。该项技术于1999年获局科技进步一等奖，现予以整理，形成工法，以便推广应用。 一、工法特点 1缆索吊具有跨越能力大、起重能力和适应性强，总体结构简单、造价低廉、施工速度快、周期短的优点。 2基本不受气候和地形限制，在特定的条件下，能够发挥其他起重机械和起重技术所不能发挥的作用。 3具有定位精度高、运行平稳、移位灵活的特点，特别适合于大跨小间距密肋拱桥吊装。 4取代施工支架，节约支架材料，提高施工安装质量和工作效率。 二、适用范围 本工法适用于跨越深谷、通航河道或施工时桥下不能中断交通的桥梁工程。尤其在大跨小间距密肋拱桥施工中，更具有优越性。 三、工艺原理 缆索吊是以悬挂于两支点之间的钢索作为承重结构，利于载重小车在承重索上往返移动进行起重作业。索鞍移动法为索塔固定不动，在塔架顶部铺设轨道，用导链滑车牵引索鞍移动至各条拱轴位置，从而完成多条拱肋的吊装任务。具体施工方法为：在第一条拱肋合拢后，移动主索鞍至第二条拱肋轴线位置，进行第二条拱肋的吊装。当第二条拱合拢并调整完毕后，与第一条拱焊接，灌注肋间混凝土，松掉两拱肋的缆风和扣索，移动索鞍在第二组拱肋处，进行下一组拱肋的吊装，继而完成全桥的构件吊装工作。 四、施工工艺 (一)工艺流程 拱肋制作拱段移运拱肋段吊装节点调整次边段吊装节点调整拱顶段合拢就位松索调整吊装第二条拱调整中线、曲线横向连接浇筑肋间和拱顶混凝土安装横向支撑吊装立柱帽梁吊装桥面板铺装桥面安装栏杆结束 (二)操作要点 1施工准备。 (1)施工方案的确定。施工前应根据拱桥的设计跨度、结构形式、构件的重量及吊装数量的大小，深入到工地进行实地调查，掌握桥头地形条件，因地制宜选择合适的吊装方案，拟定缆索吊的水平跨度、塔架的高度以及塔架的拼装形式等，研究制定切实可行的吊装方法和步骤，进行缆索吊的设计、计算和拼装，为拱桥的拼装做好准备。 (2)缆索吊的设计。缆索吊的设计是整个拱桥吊装的关键工序。这直接关系到拱桥施工的安全、质量和工期，关系到吊装的成败，必须引起足够的重视。大跨度、大吨位缆索吊目前在我国还没有定型设计和专门生产厂家，需根据桥梁的跨度、结构形式、桥址的地形地质情况白行设计。大距离移动索鞍缆索吊除了索鞍可以移动之外，其余与一般缆索吊相同。由缆索系统、塔架、驱动设备和地锚四大部分组成。缆索系统的结构和布置详见图1。图1 缆索吊装系统与平面布置示意图 主索。主索的设计根据所吊装的构件长度、重量，通过计算确定钢索的类别、直径、长度和绳数(几轮几绳)。为了节约材料，采用纵向五段单箱合拢施工工艺和索鞍移动法施工的缆索吊，只设一组承重索和起吊设备。 扣索。在拱肋无支架施工中，边段和次边段拱肋的吊装均需用扣索悬挂，由于扣索和主索的相互位置不同有多种悬挂方法，如“天扣”、“塔扣”、“墩扣”和“通扣”等。本工法为了节省扣架，采用“塔、扣一体”的方式，即利用主索塔架做为扣索支撑，用“正吊正扣”的方法使拱段悬挂就位。扣索的直径和根数由计算确定。收紧装置(滑轮组)设在两岸地锚之间，用于调整吊装拱段的标高，与侧缆一起作为拱肋横向稳定的柔性支承。 塔架。支承承重索的塔架，是缆索吊的重要组成部分。可视地形条件和有无地形地物或建筑物可利用进行设置。塔架的结构形式、高度系根据缆索吊水平跨度、最大垂度、拱肋顶面标高、地面标高等因素通过计算来确定。大跨度、大吨位缆索吊的塔架一般采用钢塔架，如万能杆件、军用墩、军用梁、贝雷架等制式器材拼装而成。由于本例地形特殊，一端位于居民区，一端位于路堑拉沟之内，场地狭小，不便于塔架整体移动，再加上两条拱肋之间距离仅为4cm，故采用固定式塔架。在塔架的顶部设横移轨道，用拖拉索鞍移动位置来适应不同轴线上拱肋的吊装。 索鞍。为了避免承重索直接支承在塔顶而勒坏横梁，减少承重索在塔顶弯曲处的磨损，延长承重寿命，而设置索鞍，大距离移动索鞍与普通索鞍的区别就在于除了考虑其垂直受力外，还要使其能够沿塔顶轨道大距离水平移动，来实现不同轴线上拱肋吊装。因此，移动索鞍的设计便成为拱桥吊装的关键设备。为了减少塔顶水平力和偏心，索鞍采用由多个转轮组成的转达轮式索鞍，在塔架顶部设置4根43kgm钢轨作为索鞍的横移轨道，将其固定在垫梁上，并用螺栓固定。为防止索鞍在缆索方向移动，保证安全，索鞍底板做成抱轨式，在索鞍底板和轨枕处留少36的孔洞，以便使索鞍横移到吊装拱轴位置时，用定位螺栓固定。同时还要在索鞍左右两侧采取导链、钢丝绳等固定措施，防止索鞍在吊装过程中发生滑移，危及已拼装成拱的拱肋。索鞍的结构和移动方法见图2。图2 索鞍结构和移动方法 地锚。地锚是固定缆索吊车主索、缆风、卷扬机及导向滑轮的设备，有立式、卧式、混凝土重力式、桩式等多种类型，应视当地地形地质隋况，受力大小及方向等具体条件决定。 (3)缆索吊的安装、调试。缆索吊按照设计方案进行设备的配置和安装。首先按照设计位置进行地锚和塔架基础的定位、放样、开挖，浇注塔架基础及地锚混凝土，按设计要求埋置各种预埋件、拉环等。在基础混凝土达到一定强度后，拼装塔架，安放塔顶横梁和横移轨道，安装主索索鞍和扣索索鞍，牵引穿索，安放吊重行车(天车)和驱动设备。并按设计数据控制主索的垂度和缆风绳的张紧度。试验卷扬机和牵引索、起重索、起重小车的运转情况，运转达正常后进行吊重试验。试吊时，按设计吊重的80、100和125三个荷载级别进行试吊，持荷12小时。每试验一项，各部操作人员，观察人员和指挥人员对缆索吊的主要设施如地锚、索塔、索鞍、缆索、卷扬机、滑轮组、卡环等进行一次观测和检查，并做好记录。各部位无异常后，再进行下一项试验。经试吊鉴定符合要求后，正式投入使用。 (4)吊装前的检查。拱肋吊装前，应对缆索吊进行系统检查，认真做好技术交底。制定岗位责任制，要求每个工作人员对吊装的程序、工作、责任、安全注意事项了如指掌。吊装前的技术检查工作主要有： 缆索系统检查(主索、牵引索、起重索各种扣拉设施、天车运行情况、地锚设施检查)。 桥台拱座检查(拱座中线、边线、平整度、桥跨复核等)。 预制拱箱(段)检查(端头连接部位、预埋件、几何尺寸等)。 2拱肋吊装。 (1)边段(拱脚段)拱肋悬挂定位。拱箱(肋)吊装就位时，下端先对准拱座上标识的十字线，上端中线用左、右风缆调整控制、待落到拱座后，固定肋座背面，然后进行上端标高调整。具体做法为上端标向较设计标高高出1020cm，收紧扣索并卡紧，缓慢放松起重索，但吊钩不取掉，待中线偏差调整到小于12cm时，固定左、右风缆，再取走吊钩。另一边拱箱吊装工序与此相同。施工示意见图3。图3 边段拱肋吊装就位示意图 (2)次边段拱箱定位。次边段拱箱到位后，先将底板的螺栓孔上好，穿入接头螺栓然后调整中线，将顶板螺栓亡好。接头螺栓不可拧得太紧，应留出2mm间隙，以便调整拱肋曲线。次边段就位后，使拱脚段扣索受力，拱脚段上端标高有所下降，为保持边段和次边段拱肋接头轴线对中平顺，避免接口附近开裂，次边段上下接头预留高度，应近似地控制为y上= 2y下= 10cm。另增加一对风缆以控制中线。在y上= 2y下的控制原则下，先收紧次边段扣索，然后松一次起重索，反复多次，直至完全放松起重索；每次升降的控制幅度为13cm，中线为2cm。扣索位置应与所悬挂拱肋的中线保持一致。施工示意见图4。图4 次边段拱肋吊装就位示意图 (3)吊装就位时，用两台水准仪观测两岸四个接头部位的标高，用经纬仪或全站仪观测控制拱肋中线。拱顶段吊装按下列程序进行： 徐徐放松起重索，至拱顶段左、右两端标高较设计值高出13cm时停止。 按照先边扣，后次边扣的顺序，由两侧对称、均匀地放松，反复循环进行，直至与拱顶段接头合拢。 装好接头螺栓，并拧紧各接头螺栓。 调整拱肋中线位置，使其偏差在12cm以内时，固定风缆。 (4)松索成拱。 松索前应调整拱轴线位置及各接头高程，使之符合设计要求。用薄钢板嵌塞缝隙，检查调整中线，使其偏差在0.51.0cm，固定风缆，电焊接头部件，全部松索成拱。松索时应按照拱脚段、次拱段扣索承重顺序按比例、足长、对称、均匀松卸，再次检查拱肋中线，调整其偏差至0.5cm时，固定风缆。对各接头、拱顶及14高程处进行观测，防止拱肋接头发生非对称变形而导致拱肋失稳或开裂。本工法采用纵向五段单箱合拢成拱工艺，为了保证安全，在第一条拱合拢成拱后，仍不放松和取掉各段风缆和扣索，以防在第二条拱肋安装时发生不测。纵向五段成拱吊装定位详见图5。图5 纵向五段单箱合拢吊装定位示意图1一边扣索；2一次边段扣索；3一起重索 (5)第二条拱的吊装。横移索鞍：吊装第二条拱肋之前，将主索索鞍固定件松开，并适当放松主索用导链滑车将两岸塔架顶上的主索鞍以0.5mmin的速度，同时缓慢地牵引至另一条拱肋中线位置，用销栓将索鞍固定，并用导链从索鞍运行的前后方向作临时防护措施，索鞍横移要在经纬仪的观测下进行，经纬仪架设在索塔对面，之后进行第二条拱肋的吊装。第二条拱肋的吊装顺序和方法与第一条拱肋基本相同，但因两肋之间间距较小(仅为4cm)，应特别注意做好缆风绳的设置和夹具的设计，以确保拱肋的横向稳定，防止发生碰撞，保证施工安全。单基肋合拢的横向稳定，主要靠位于各拱段左右两侧的风缆及其顶面上的扣索来稳定。风缆、扣索始终是保证拱肋施工中横向稳定的主要措施，如两拱肋间距较小，而且拱箱预制场设在桥下时，第二条拱吊装时，第一条拱上的缆风绳会对其有干扰，必须在第一条拱的边段和次边段适当位置增设两对副缆风，将对吊装干扰的一条主缆风绳暂时松掉，待第二条拱段就位后，重新收紧主缆风，保持两条拱肋始终处于稳定状态。当两条拱肋合拢调整好后，将其横向连接螺栓上紧，焊接缀板和钢筋，将两肋缆风改为共用缆风，上紧接头螺栓，用钢板填塞缝隙，松掉两肋扣索，从两侧分层、对称、均匀地浇筑肋间和拱背混凝土，形成第一组拱肋。缆风设置如图6所示。图6 缆风设置示意图 第二组拱肋和立柱、桥面板的吊装。第二组拱肋吊装，索鞍移动距离最大，是实现第二组拱肋吊装的关键一步。主索鞍和扣索鞍同时移动，移动的方法和步骤同第(4)条。索鞍横移至第三条拱中线位置时固定。重复第一、二条拱的吊装步骤，待第二组(第3、4条)拱吊装合拢，调整完毕之后，安装两组拱肋间的横向支撑，浇筑肋间和拱背混凝土，安装拱上立柱、帽梁，安装桥面纵向面板、栏杆，完成整个大桥的吊装任务。 五、主要机具与设备 缆索吊的主要机具与设备见表1。表1 单肋合拢缆索吊系统主要设备表六、劳动力组织 劳动力组织见表2。表2 劳动力组织表注：此劳动力组织仅为一班制工作人员，多班制应根据实际情况酌情增加。 七、质量控制 质量控制包括吊装前的预制构件的几何尺寸、曲率拱度、拱座跨径等项目的复测、控制和吊装过程中中线、标高、预留拱度的测量控制，合拢后的标高、轴线、曲线线型及混凝土浇注的质量控制。拱肋安装前应对构件的长、宽、高、中线、曲率、预埋件位置进行全面检查，不合格的禁止使用，能够整改的进行整改，把问题解决在吊装之前。各阶段质量控制、验收将严格按照JTJ07194公路工程质量检验评定标准执行外，还应达到下列标准： 1主跨跨径：L3000。 2拱肋内弦、内弧长：5mm。 3拱肋外弧长：10mm，0。 4拱肋宽度、高度： 5，+10mm。 5预埋件、预留孔：10mm。 6拱顶标高：0，+10mm。 7拱肋间高差：10mm。 8两对称接头高差：15mm。 八、施工注意事项和安全措施 1拱肋合拢后各阶段松索时，应用水准仪观测和控制各接头部位标高变化情况，防止出现反对称变形，导致拱肋开裂甚至纵向失稳。 (1)松索时按照边扣索、次边扣索、起重索三者的先后顺序，对称、均匀、缓慢进行。每次松索量宜小，一般节点变化以不超过1cm为限。 (2)调整轴线时，除观测各接点标高外，尚应观测拱顶及38、14及18跨径处标高变化作为参考。 (3)拱肋接头部件电焊时，宜采用分层、间隔、交错的方法施焊。每层不可焊得过厚，以防灼伤混凝土。电焊后必须将各接头螺栓旋紧焊死。 2拱肋稳定措施。 (1)横向稳定：拱肋在形成无铰拱和用横系梁联结之前，必须临时采用横向稳定措施。受施工条件和地形限制无法采用双肋合拢时，应对风绳系统进行专门设计，确保拱肋横向稳定系数不小于4。根据计算需要设置八字缆风。五段合拢大跨拱桥，每段拱肋接头附近至少设置一对稳定风缆。每对风缆与拱轴夹角不宜小于50，长度相差不宜过大，与地面水平夹角以20为宜。 (2)纵向稳定：在拱轴系数m过大，拱肋截面尺寸较小或刚度不足的个别情况下，有时需要采取拉索等加强拱肋纵向稳定的措施。 (3)固定风缆，不可过早或中途松卸，应在两条拱肋合拢后接头混凝土强度达到一定强度后，方可逐步拆除；风缆必须保持定张力，当因拱肋接头标高下降，而引起风缆松弛时，必须及时收紧。风缆布置力求对称，避免因受力不均而引起接头变形甚至失稳。 3安全措施。 (1)缆索吊装是一项组织纪律性严密，操作技术要求高的工作，必须严格遵守安全操作规程。 (2)每次使用前应按实际吊装方案布置并验算各部受力。吊装方法、步骤要详细交底，使所有人员心中有数。 (3)现场必须建立明确的岗位操作责任制，统一指挥，统一信号，统一行动。除指定的现场指挥人员外，其他任何人员不得发号施令。 (4)高空作业人员必须先经身体检查合格，不适合高空作业的人员不得勉强进行高空作业。高空作业时，不仅要戴安全帽，穿防滑鞋，设置安全网，还应检查是否有系安全带、安全网的地方。 (5)遇有下列情况之一时，不得进行吊装作业： 预制构件未达到规定的吊装强度； 作业人员不全，看不清、听不清指挥信号； 大中雨、严寒冰雪和五级以上大风天气； 夜间没有良好照明设备时。 九、技术经济效益分析 1利用索鞍移动法，架设大跨小间距拱肋，不仅可以架设分组式拱肋，也可架设密肋式拱肋，适用性强。且只用一组主索和起吊设备，可完成多条拱肋的吊装任务，节省了一套主索、起重索、牵引索和天车设备，降低了工程造价。 2缆索吊的设计、安装可与拱肋预制同时进行，可以加快工程进度，缩短工期，减少了工程管理费用开支。 3缆索吊设备简单，安全可靠，拆、装方便，运行平稳，移位灵活，工作效率高。 4不受地形限制，可因地制宜灵活布置，设备能耗低，不用脚手架和高额起重机械台班费用，较支架法和拱盔法施工节省支架