大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工工法

PAGEPAGE18大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工工法1前言对于跨径较大的钢管混凝土拱桥，由于钢管拱肋节段多、重量大，一般都采用缆索吊装法进行施工。随着缆索吊装施工技术地不断完善和成熟，施工单位针对不同形式的桥型结构并结合施工现场的地理位置，均对传统的缆索吊装方法进行改造与创新。xxx黄河大桥位于黄河上游刘家峡库区峡谷最窄处，河流深切基岩达180m。两岸岸坡陡峭，为典型“V”型沟谷。大桥主跨180米，是西北目前跨度最大的上承式钢管混凝土拱桥。其结构为桁架式钢管混凝土拱桥,与一般哑铃型截面拱桥相比具有一定的特殊性，其结构受力更复杂，实际施工工况繁多，选择何种周密、严格、有效的施工监控方案，如何保证拱肋安装精度、控制施工过程中拱肋的线形与应力以及成桥后结构的受力状态，保证施工过程中结构的安全、达到设计成桥线形是相当重大的技术难题。针对大跨度钢管混凝土结构在施工过程中的质量控制及吊装、主体结构合龙等施工关键技术，施工单位联合设计单位和大专院校开展了“xxx黄河大桥钢管混凝土拱施工综合监控技术研究”（xxx省交通运输厅科研项目），完成了《xxx黄河大桥施工监控技术研究报告》、《双肋整体缆索吊装施工工艺研究报告》，施工过程中多次重复采用双肋整体缆索吊装技术完成了全桥9段拱肋的吊装，保证了该项工程的顺利进行。该工程被评为2009年xxx省建设科技示范工程，2010年获得xxx省建设工程“xx奖”，2011年获得中国建筑工程“鲁班奖”。总结形成的《大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工技术》通过xxx省住房和城乡建设厅组织的成果鉴定，技术达到国内领先水平。通过对相关资料的完善，经提炼，形成了本项工法。2工法特点2.1本工法钢管拱肋采用工厂化加工，确保了焊接质量和拱肋的线形。2.2拱肋各节段采用在现场就地拼装后进行双肋整体吊装，减少了高空作业量，解决了单肋吊装横撑安装时的扭曲和不水平问题，提高了工作效率，节约了施工工期。2.3将空中焊接横撑作业改为地面作业，降低了安全风险，空中作业简化为段与段之间采用法兰盘以高强螺栓连接，保证了空中作业安全。2.4钢管拱肋采用四点抬吊双肋整体吊装方案，有效地解决了“三维”空间控制问题，满足纵、横向稳定的要求。3适用范围3.1跨越深谷、深水、通航河道或施工时不能中断交通的桥梁工程。3.2横向稳定系数小于4的大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的安装施工。4工艺原理双肋整体无支架缆索吊装施工，根据施工现场的地形地势进行缆索设计、验算后，根据缆索吊机的吊装能力，将拱肋分段加工，运至吊装现场后由缆索吊机先将两拱脚段吊装就位，并用扣索将其固定，再在吊装现场依次将其余各段同侧上下游吊装段组拼后，进行整体吊装并与先吊段对接，直至吊装合龙。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程图5.1施工工艺流程图5.2操作要点钢管拱肋由工厂加工运至工地现场，完成双肋整体拼装后，系好四个吊点，用无支架缆索吊装系统垂直起吊、纵移、落位。在整个吊装过程中，河面上由河道监督部门派人协调和指挥。5.2.1拱肋吊装施工现场布置拱肋吊装施工现场布置由吊装系统、扣索系统和稳定系统组成。吊装系统由塔架、地锚及吊装索等构成，塔架放置于混凝土基础之上，塔架底座通过预埋件与混凝土基础连接，塔架与塔架底座通过铰接相连。扣索系统由扣索鞍、扣索和卷扬机三大部分组成。5.2.2缆索吊装系统设计与安装缆索吊装系统主要由承重主索、起重索、牵引索、地锚和索塔等组成。1承重主索承重主索用钢芯或纤维钢丝绳组成，其直径大小和根数根据主索跨度和起吊重量通过计算后确定，一般直径为25～30mm，通常用47.5mm钢丝绳，一组主索，一般由1～4根组成，起吊重量较大时，由6～8根组成，为使每根钢丝绳受力一致，一般将一组内的钢丝绳穿过设于地锚的滑车，将各钢丝绳用索夹连接起来。主索的设计垂度为跨度的1/18～1/13。主索安装时严格按计算的安装垂度安装。图5.2.2-1承重主索受力示意图当荷载作用于跨中时，承重主索水平张力最大,按下式计算：（5.2.2-1）跑车满载位于跨中时承重主索应力最大，在跑车作用下弯曲应力按下式计算：（5.2.2-2）承重主索接触应力按下式计算：（5.2.2-3）2起重索起重索系套绕于主索跑车下的起重滑车组，作起吊重物用，跑车滑轮的纵向排数与主索根数相同。起重滑车轮数由起吊重量来确定。图5.2.2-2起重索受力示意图起重索绕过卷扬机上的张力及应力受力分析起重卷扬机收紧拉力：（5.2.2-4）式中：P为吊重，采用四点抬吊，考虑到各吊点受力不均匀性，为安全起见，每个吊点按P=Q/3承受量进行受力分析。起重索接触应力计算与承重主索相同。3牵引绳牵引索沿跑车前进、后退方向布置，一般由单线牵引，采用两点吊，两跑车间用钢丝绳连接，牵引索在两岸各自由卷扬机牵引，当向一岸牵引时，这岸收紧，另一岸放松牵引索。4地锚地锚的类型一般应根据其受力的大小和所处的地形及地质条件通过设计计算来确定。在xxx黄河大桥缆索吊装施工中采用重力式Ｕ型钢筋混凝土地锚，地锚共四个，每侧两个，同侧两地锚底采用混凝土基础连接，地锚中间采用黄土进行回填。在地锚上适当增加配重。5索塔索塔由塔脚、塔身、塔顶、索鞍、抗风绳五部分组成。在两岸地势基本相同的条件下，一般采用双柱门式塔架，由万能杆件、六四式军用梁、贝雷架组拼。图5.2.2-3索塔受力示意图5.2.3扣索系统扣索系统由扣索鞍、扣索和卷扬机三大部分组成。4#扣索由拱肋端的固结点，经过塔顶上的索鞍至地锚，3#扣索通过索塔18m处横梁至地锚，1#、2#扣索扣挂在桥台上，利用卷扬机收放进行调整拱肋高程。1扣索位置扣索鞍分别位于塔顶主索鞍两侧及塔中部横梁上，与扣点设计位置对应，第三段扣索通过塔架中部横梁，第四段通过塔顶。2索鞍索鞍由辊轴、轴承、滑轮、纵向钢板、横向隔板等组成，因相邻两滑轮钢丝绳会发生挤压，设计时将相邻两滑轮在高度上错开，索鞍与塔顶采用高强螺栓连接。3扣索组成扣索由钢丝绳组成。5.2.4索塔稳定措施索塔形式为铰接，在组装过程中先固定，在稳定措施布置完成后解除固定，恢复铰接。横向稳定性通过布置顺河抗风索来实现，上、下游各布置一组（2φ22mm）钢丝绳作抗风索，塔架在上、下游各自对称布置2根φ47.5mm钢丝绳作压塔索。5.2.5吊装系统安装调试完毕后，必须由当地质量监督部门相关专业人员进行检验，并出具合格证书。5.2.6正式吊装前，必须按照规定进行试吊。5.2.7拱脚段的安装为了便于拱肋吊装过程和合龙时的线形调整，在拱脚处设置了临时铰，待吊装合龙后灌管内混凝土前进行封铰使之成无铰拱。从结构理论可知，结构的稳定与结构的约束条件有关，拱铰采用固结会提高拱肋架设过程的稳定性，对于跨径特大的桥梁，可在悬臂拼装到一定长度后将拱铰固结。1拱脚铰座的安装浇筑拱座混凝土时用三维坐标定位方法精确定位，预埋拱脚铰座钢板及预埋螺栓，通过铰座预埋螺栓及钢板安装铰座。2拱脚段的安装同时采用缆索吊装系统上、下游两套主索，四个吊点抬吊一个吊段拱肋，分别在两岸各设两台10t卷扬机来牵引这四个吊点。将拱肋吊至拱座处，缓慢地将拱肋节段拱脚端置于拱座上，借助拱座上预埋件通过导链等调整拱脚端铰轴钢管位置，使其与预埋的拱脚铰座接触密贴后穿好铰轴，设置第一段扣索，拱肋标高、轴线调整满足要求后，收紧扣索，取下吊点，完成该段拱肋吊装。5.2.8一般吊段的安装一般吊段参照吊装程序与拱脚段的施工方法进行施工。按吊装程序，每一组扣索挂好后，均须对该扣索之前的扣索进行调索作业。调索作业根据理论要求的索力、拱肋标高、调索顺序对每一组扣索采用卷扬机收放。同时用传感器对索力进行测试，以确保调索准确。对每一扣段，均进行一次拱肋轴线和高程的调整，避免拱肋线形、高程误差累计到最后而造成调整困难，确保安装精度的有效控制。5.2.9合龙段安装拱肋一般吊段全部安装完成后，插入合龙段实施合龙。合龙前，经过精确测量，确定合龙段的长度，对已经完成吊装拱肋的轴线进行调整，符合要求后，利用起吊索在两岸拱肋间插入合龙段，通过四个吊点调整合龙段的位置和高程，满足要求后，采用逐级松扣的办法，使两岸拱肋向合龙段靠拢直至法兰盘紧靠，用高强螺栓连接，合龙施工统一协调指挥，确保合龙时两侧同步完成作业。合龙后对拱肋线形及位置实施精确测量，通过扣索和拱顶合龙装置进行精调，调整合格后紧固合龙装置。各吊段间对接接头，先用高强螺栓连接，然后焊接法兰盘周边。拱肋整体合龙后，进行各段间包板的焊接，节段间环焊缝施焊对称进行，采用搭建作业平台完成高空焊接施工。5.2.10松扣和卸扣空钢管合龙、各节段接头焊接完成后，逐级松扣，将扣索拉力转换为拱的推力。完成拱肋吊装施工。6材料与设备6.1主要材料名称、规格及主要技术指标表6.1主要材料名称、规格及主要技术指标序号材料名称规格技术指标1钢丝绳Φ8.7、Φ133.5、Φ15.55、Φ17.55、Φ19.55、Φ22、Φ28.5、Φ32.55、Φ43.55、Φ47.5抗拉强度15550MPaa2吊环（卸扣）GD9.5(110吨)、GD4..5(55吨)、GD2..7(33吨)、GD2.1(22吨)、GD0..9(1吨)、GD0..48((0.5吨)符合相关要求3钢丝绳卡Y12-45((Φ43.5、Φ47.55)、Y10--32((Φ32.55)、Y9-228(Φ28)、Y7-222(Φ22)、Y7-220(Φ19.55)、Y5-115(Φ15.55-17..5)、Y3-110(Φ11)、Y2-88(Φ8.8))符合相关要求4滑轮组符合相关要求5吊篮1.5×1.55×0.6mm符合相关要求6主索鞍符合相关要求7扣索鞍符合相关要求8塔架(万能杆件)主肢L125×1225×100mm、缀缀条90×990×8mmm符合相关要求9地锚预埋件及拉拉杆符合相关要求10地锚主索平衡轮轮D=400mmm符合相关要求11其它轴、销等符合相关要求6.2主要施工机具、仪器、仪表表6.2主要施工机具、仪器、仪表一览序号名称型号性能能耗数量110吨慢速单筒筒卷扬起重1012型型，电机JZRR51-88型良好2台25吨慢速单筒卷扬扬机起重1012型型，电机JZRR51-66型良好20台33吨慢速单筒卷扬扬机起重1011型型，电机JZRR51-66型良好6台4千斤顶50吨（油压式）、32吨（机械械式）、16吨（机械械式）、3-5吨（机械械式）良好22个5手拉葫芦5吨、3吨、2吨、1吨良好22只6起重滑车6门60吨(H60*66D)、6门50吨(HH50*66D)、5门32吨(HH32*44D)、4门20吨(H20*4DD)、2门16吨(H166*2D))、2门10吨(H110*2DD)、单门10吨(H10*11GL)、单门5吨(H88*1GLL)、单门3吨(H66*1GLL)、单门1～2吨(H10*3GLL)良好74套7交流电焊机B*3-3000良好2台8氧割设备良好2套9对讲机良好4台10大锤、小锤、麻麻绳、活动动扳手等良好若干7质量控制制7.1质量控控制标准及及规范：《钢管混凝土结结构设计和和施工规程程》（CECSS28:990）；《公路桥涵施工工技术规范范》（JTJ0041-22000）；《铁路钢桥制造造规范》（TB100212）；《热喷铝及铝合合金涂层》（GB9795-88）；《钢结构、管道道涂装技术术规范》（YB/TT92566-96）《公路工程质量检检验评定标标准》（第一册土建工程程）（JTGF80//1-20044）7.2吊段本本身质量控控制对于运至现场的的两个单段拱肋吊装装段及两吊吊段间的横横（斜）撑撑，按照设设计图纸认认真复核其其几何尺寸寸，检查构构件在运输输过程中是是否发生变变形，如果果符合《公路工程程质量检验验评定标准准》（第一册土建工程程）（JTGF80//1-20044）中表8.88.6-1的相关要求求，直接进行行拼装，不不符合要求求，针对具具体情况采采取措施处处理后再进行拼装装，完成整整体拼装检检查合格后后方可进行行吊装作业业。7.3吊段间间连接质量量控制吊段间采用高强强螺栓连接接，通过千千斤顶、导导链等工具具调整，螺螺栓应按同同一方向自由穿入入，不得敲敲打和扩孔孔；法兰盘盘连接螺栓栓必须全部部终拧完毕毕，中间不不得间断。拱肋安装必须满足《公路工程质量检验评定标准》（第一册土建工程）（JTGF80/1-2004）中表8.8.6-2的有关要求。7.4吊装过程中质量量控制7.4.1拱拱肋安装就就位施工中中必须进行行接头高程程和轴线偏偏位观测，控控制轴线符符合要求。7.4.2在在拱肋吊装装移动过程程中，必须须派专人随随时观测塔塔架、主索索、扣索变变形及地锚锚位移，发发现异常情情况随时处处理。7.4.3吊吊装必须按按程序对称称进行。7.4.4在在吊装过程程中由于吊吊段间接头头焊缝处于于高空位置置，给焊接接工作造成成很大困难难，要严格格按设计要要求的焊缝缝等级进行行施焊和检检测，对于于不合格的的焊缝，先先制定具体体的返修工工艺后再处理，同同一部位焊焊缝返修次次数不宜超超过2次。7.4.5松松索按照扣扣索顺序对对称均匀进进行。7.5防腐工工程质量控控制拱肋在运输、吊吊装过程中中因捆绑、碰碰撞等原因因，使拱肋肋喷涂防腐腐局部发生破坏，在起吊吊前应重新新进行防腐腐处理，对对于不能处处理的部位位，吊装完完成后再进进行处理。防腐处理必须满足《公路工程质量检验评定标准》（第一册土建工程）（JTGF80/1-2004）中8.9.2条的规定。7.6施工控制制7.6.1施工控制制目标1将可以直接量测测的拱肋轴轴线和各点点高程定为为控制目标标。2根据主拱圈抬高高量，各点点抬高量按按挠度曲线线分配。施工控制以线形形控制为主主，控制方方法：在主主拱上下游游两侧焊接接大小相同同的三角块块，位置设设在拱圈正正中部，在在两岸桥台台上各设置置一观察点点对拱肋安安装中的轴轴线进行控控制。在离离每节段接接头20ccm处设置置小棱镜，用用于标高辅辅助控制。7.6.2施施工控制1线形测量包括控制网和水水准基点的的复核；各各阶段安装装标高和拱拱轴的测量量；扣塔顶顶的偏移测测量；大气气、温度及及对拱轴变变形影响测测量。主要是对拱肋的的拱脚、1/8、1/4、3/8、拱顶截截面的上下下弦杆、腹腹杆进行应应力测试。测测试方法采采用长效电电阻应变片片。贴片位位置在节段段的中部，拱拱脚附近应应增加节点点处的贴片片。2应力测试鉴于应力测试的的不稳定性性，起始初初读数必须须可靠和准准确；设法法排除温度度影响，采采用测各阶阶段应力增增量的方法法。监控单位对测试试资料进行行及时整理理，并将整整理成果报报告施工、监监理、设计计及业主单单位，以便便评判结构构现阶段的的工作状态态及是否可可以继续进进行施工。8安全措施施8.1安全措措施8.1.1安安全工作目目标：确保保不发生人人身伤亡事事故、无重重大设备事事故，确保保安全生产产；做到现现场施工安安排有序，人人员操作规规范，作业环境境整洁，防防护设施完完善。8.1.2贯贯彻“安全生产产，人人有有责”的方针，组组织施工人人员进行安安全教育与与训练，增增强安全员员安全意识识，提高安安全知识水水平。8.1.3建建立健全安安全保障体体系，制定定拱肋吊装装的各项安安全生产管管理制度及及各工序安安全生产操操作规程。8.1.4坚坚持安全第第一，预防防为主的原原则。有组组织、有领领导地开展展安全管理理活动。在在向施工人人员进行施施工技术交交底的同时时进行安全全交底，讲讲解施工工工艺安全技技术操作规规程。8.1.5配配备必要的的安全生产产用具及设设备，参加加施工的所所有人员进进入现场必必须佩戴安安全帽，高高空作业人人员必须穿穿胶鞋，系系安全绳。8.1.6施施工中临时时结构必须须向施工人人员进行安安全技术交交底，对塔塔架、钢丝丝绳等必须须进行安全全计算和鉴鉴定，合格格后方可使使用。8.1.7对对危险作业业场所、作作业面、特特殊机械设设备采取特特殊措施，对对于可能发发生的安全全事件必须须编制切实实可行的应应急预案。8.1.8施施工现场必必须严格执执行统一指指挥、统一一信号、统统一行动。除除现场指挥挥人员外，他他人不得直直接发号施施令。8.1.9缆缆索吊装设设备由专人人操作和定定期检修，并并做好运行行检修记录录，非操作人员员不得操作作。8.1.10拱拱肋吊装期期间，为保保证过往游游船安全。在在上、下游游各1Kmm范围内，设设置“浮球航线”，由专职职安全员指指挥过往船船只；8.1.11拱肋下方方满铺安全全网，拱上上施工人员员配备防滑滑鞋和安全全带8.1.12桥位周边边地形狭窄窄，在边施施工边通车车路段，设设置安全警警示标志、标标牌，专人人指挥交通通，随时维维护便道、洒洒水抑尘，保保证了过往往摆渡车辆辆的和道路路畅通。8.2起重机机械作业安安全措施8.2.1加加大监督力力度；8.2.2加加强人员培培训工作；；8.2.3开开展起重机机械安全教教育；8.2.4建建立健全安安全生产责责任制；8.2.5编编制安全施施工技术措措施；8.2.6严严格执行安安全操作规规程；9环保措施施在施工过程中严严格遵守环环境保护的的法律、法法规，加强强环境、卫卫生、文明明、安全的的施工管理理。9.1按施工工方案，合合理布置临临时施工场场地，施工工场地做到到整洁文明明。废水的的排放、建建筑垃圾等等堆放和丢丢弃应按政政府有关部部门的规定定进行管理理。9.2在工程程施工期间间，加强对对劳务人员员的管理，按“文明工地”的标准，做到废料、废水定点收集，及时处理，防止了对河流的污染；9.3定时对对各种施工工机械进行行检修保养养，确保尾尾气达标排排放；9.4道路及及作业面适适时洒水，防防止扬尘产产生；在施施工过程中中，尽量减减少对植被被的破坏；；9.5严格执执行《建筑筑施工场界界噪声限值值》标准，施工中采用低噪音的工序，大量焊接所产生的光污染，应采取相应措施进行防护，发现超标及时进行整改。噪音较大的工序禁止夜晚作业。9.6施工结结束后，及及时恢复两两岸地形地地貌，使周周围景观与与大桥相协协调。10效益分分析施工中，通过新新工艺、新新材料的应应用，取得得了较好的的经济效益益。主要体体现在以下下几方面：：10.1采用双肋肋整体无支支架缆索吊吊装方法，节节约了塔架架钢材；10.2采用双肋整体无无支架缆索索吊装方法法，节省了了高空作业业所需防护护设施，减减少了空中中作业量；；保证了施施工质量和和结构安全全；10.3通过优化施工方方案，加快快了施工进进度，节约约了工期。11应用实例xxx黄河大桥桥位于xxxx省库区xxxx渡口上上游1KMM处。该工程程于20006年8月开工，22009年9月19日底交交工通车。工程造价42000万元。xxx黄河大桥桥为主跨1180m的的上承式钢钢管混凝土土无铰拱桥桥，净矢跨跨比采用1/5，拱圈采采用截面高高度相等的的悬链线，拱拱轴系数m=1..543，起拱线线标高17741.8826米。跨径组组合为：220m简支支梁+净跨180m拱+20mm简支梁，全全长2488.06m。技术术标准：公公路等级二二级，双车车道，桥面面宽12mm，两侧设设防撞墙，设设计荷载：：公路-I级。该桥桥拱圈截面面由哑铃形形桁式双肋肋组成；拱拱脚段将腹腹杆改成缀缀板，内填填充微膨胀胀混凝土形形成实腹段段。每肋由由4根直径φ700，壁厚122mm的16Mnnq钢组成，内内灌C50微膨胀混混凝土作为为弦杆；上上弦和下弦弦横向两根根钢管之间间用缀板连连接，内灌C50微膨胀混混凝土。拱拱上结构采采用梁柱式式，立柱为为钢管混凝凝土；桥面面板为13米预应力混混凝土空心心板，拱脚脚处跨度116米，两则各各设一孔220米预应力混混凝土空心心板梁与路路基相接；；普通重力力式拱座；；U型桥台，明明挖扩大基基础。该工法在xxxx黄河大桥桥工程拱肋施工中中多次反复复应用，在桥桥址地形狭狭窄、极难难用侧缆风风索进行