建筑行业大跨径悬索桥锚碇预应力管道安装施工工法

大跨径悬索桥锚碇预应力管道安装施工工法1.前言随着经济和社会的迅猛发展，大型桥梁工程项目越来越多，悬索桥做为承载能力强、跨度大等特点广泛应用于大跨度桥梁结构中。锚碇结构常以隧道锚和重力式锚碇为主，在重力式锚碇结构中又以预应力锚固体系和型钢锚固体系为主，其中预应力锚固系统安装的准确性，直接影响到桥梁的受力体系和使用寿命，因此加大对重力式锚固系统的施工质量的控制尤为关键。重庆市郭家沱长江大桥采用重力式锚碇，锚固系统为预应力锚固系统。为保证锚固系统空间定位的准确性，保证缆索系统与设计计算模型相符，减少施工过程中的误差影响，对锚碇系统预应力支撑系统采用定位支架预制拼装的工艺，安装简单、高效，准确度高，在南北锚碇施工过程中取得了不错的效果，进而形成了《大跨径悬索桥锚碇预应力管道安装施工工法》，该工法技术可靠，可以为今后类似重力式锚碇预应力的施工提供经验参考。2.工法特点2.0.1锚体预应力管道支架由基架、骨架、片架三部分组成，各部分组成简单，现场加工难度小，易符合加工精度要求。2.0.2基架作为整个支架系统的基础部分，浇筑混凝土前在基架底部预埋钢板，便于现场定位放样出基架位置，减小了基架安装难度，提高了基架安装精度进而确保了整个定位支架系统的安装精度。2.0.3锚体预应力管道定位支架安装根据锚体混凝土分层浇筑分次安装，定位支架分3段安装，预应力管道分3段接长，并采取分节段由塔吊配合进行吊装定位。2.0.4骨架与基架，骨架与骨架之间先采用螺栓连接，定位时使用定位片架的定位线坐标进行调节，确保精度后再进行焊接。3.适用范围采用重力式锚固系统的大跨径悬索桥。4.工艺原理本工法大跨径悬索桥锚体预应力管道定位支架系统由基架、骨架、片架三部分组成。定位支架安装根据锚体混凝土分层浇筑进度分次安装，定位支架分3段安装，预应力管道分3段接长。锚体混凝土浇筑时预埋基架底部钢板，在预埋钢板上放样定位出基架位置后进行基架安装。骨架安装于基架之上，并逐步接长安装，骨架使用定位片架的定位线坐标进行调节，骨架与基架，骨架与骨架之间先采用螺栓连接确保精度后再进行焊接。骨架安装好后，计算出各片架的定位坐标便可安装定位相应片架。每一段定位支架安装好后进行预应力管道安装。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工准备施工准备钢材料进场下料基架、片架、骨架拼装焊接基架底部钢板预埋基架安装骨架安装片架安装预应力管道安装钢材料验收打磨、除锈图5.1-1预应力管道安装流程图5.2操作要点5.2.1预应力管道支架系统设计本支架系统采用MIDASCivil有限元软件建立支架局部模型。支架整体计算模型如下：图5.2-1支架计算模型（轴侧图）图5.2-2支架计算模型（立面图）图5.2-3支架计算模型（断面图）各工况分别考虑两种组合：基本组合与标准组合，基本组合计算结果用于评价强度与稳定性指标，标准组合用于评价刚度指标。表5.2-1各工况荷载组合工况组合自重索管施工人员风荷载1基本组合1.21.21.21.42标准组合1.01.01.01.0支架整体模型各工况的整体结构应力图及整体位移分别如下图所示：图5.2-4支架强度计算结果（工况1）图5.2-4支架支座反力计算结果（工况1）图5.2-5支架竖向位移（工况2）经计算，支架强度、支座反力、刚度均满足要求。5.2.2工艺操作要点1、支架系统结构尺寸要求严格，每片支架加工完成后，首先在地面进行试拼、校核并进行编号，满足设计要求后才能运至施工现场进行安装。2、定位支架根据锚体混凝土分层浇筑速度分次安装，混凝土浇筑前定位预埋基架底部钢板，在预埋钢板上定位放样出基架位置，确保基架位置准确后再将基架与钢板焊接，焊缝高度不小于6mm。3、骨架安装于基架之上，并逐步接长安装。为保证骨架与片架连接的一个面的位置正确，定位时在使用定位片架的定位线坐标进行调节。骨架与基架，骨架与骨架之间先采用螺栓连接，确保位置调整至符合要求后再进行焊接。4、预应力管道根据定位支架分3段安装，分3段接长。第一段管道安装：在后锚面模板上定位出锚点位置，以该点及以定位的片架进行定位，将相应的预应力管道放置到位，然后调节骨架下边的片架，测量钢管测控点的坐标，满足要求后，将下层片架与骨架焊接，预应力管道与片架暂时不先焊死，待后锚具安装完成后再焊接牢固。第二、三段预应力管道的安装：第二、三段管道以第一段管道的接头点以及下一片架上的定位点进行定位，调节下层片架，钢管调整到设计位置后，将片架焊牢在骨架上，再将管道焊接接长，检查合格后，将管道与片架焊接。图5.2-6预应力管道及支架图5.2-7预应力管道及支架5、预应力管道采用壁厚5mm的无缝钢管，管道的连接采用直径大于预应力管道5mm的接头管焊接连接，接头管的长度为25cm，施工时应严格检查接头管与预应力管道之间的焊缝，以保证焊接质量和焊缝厚度，避免漏浆，确保预应力管道通常，如下图所示。图5.2-8预应力钢管接长示意图5.3劳动力组织（见表5.3）表5.3劳动力组织情况表序号单项工程所需人数备注1管理人员22测量人员23焊工104塔吊司机25塔吊司索工26杂工5合计23人6.材料与设备本工法采用的机具设备见表6。表6机具设备表序号设备名称规格型号单位数量备注1塔吊QTZ125台2固定附着式2平板车台23电焊机台54压接机套45发电机台2备用6导链葫芦个207.质量控制7.1工程质量控制标准预应力锚碇锚固系统质量控制依据《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）、《钢模板制作质量标准》（GB50214-2013）、《钢结构工程质量检验评定标准》（GB50211-2014）、《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）、《钢结构施工规范》（GB50755-2012）、、《工程测量规范》（GB50026-2007）等。预应力锚碇锚固系统安装实测项目应符合下表的规定。表7.1-1预应力锚固系统安装验收标准序号检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1锚面孔道中心坐标偏差(mm)±10全站仪:测每孔道2前锚面孔道角度(°)±0.2全站仪:测每孔道3连接平板轴线偏位(mm)≤5全站仪、钢尺:测每个连接平板中心线与板边线交点7.2工程质量保证措施7.2.1根据控制点和设计图纸放样出定位支架的轴线，待支架就位后利用全站仪进行检查定位。7.2.2预应力管道安装在定位支架上，安装管道支架时，要保证平面与高程位置符合设计要求。首先根据图纸计算预埋件管道的三维坐标，然后利用定位支架对预应力管道进行粗定位，最后采用全站仪三维坐标法进行精确定位，以确定预应力管道的位置，使其符合设计规定和规范的要求。7.2.3焊缝感观应达到：外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡过较平滑，焊渣和飞溅物须清除干净。7.2.4工地焊接环境要求：风力<5级，温度≥5℃，湿度≤80%，雨天不能焊接；超出上述环境要求时，应采取措施，确实能保证焊缝质量时方可进行施焊。8.安全措施8.0.1起重安全，本工法用到的钢支架及预应力管道作业时都是采用的塔吊吊装安装，因此要注意起重安全，严格执行起重操作规程。8.0.2用电安全。严格用电管理，施工现场的一切电源电路的安装和拆除，必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和漏电保护器，场地电缆应架空，严禁拖地和埋压土中。8.0.3施工现场警示标志要醒目，锚碇基坑栏杆应焊接牢固。8.0.4特种作业人员包括：电工、起重工（含各种起重司机、起重指挥和司索人员）、金属焊接（气割）工、机动车辆驾驶和建筑登高架设人员等。必须经过专门培训，并取得特种作业资格，方可安排作业。8.0.5设专职安全人员对作业场地进行安全检查。对施工人员进行安全教育和培训。施工现场的易燃易爆及明火点，必须有消防措施和配置灭火器材。8.0.6夜间施工，要安装足够的照明灯具，施工现场用架空电缆，并设专人值班，以保证施工安全。8.0.7在坡顶、基坑周边、基坑边坡上面按照设计方案设置观测点，随时观测，发现异常情况立即停止施工。8.0.8起重作业前，必须严格检查起重设备各部件的可靠性和安全性。8.0.9吊装作业应设警戒区，警戒区不得小于起吊物坠落影响范围。9.环保措施9.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。9.2对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.3及时清运土石方，做好弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.4对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。10.效益分析10.1社会效益本工法有效解决了大体积锚碇预应力系统预应力管道定位问题，整个定位支架系统构造简单，易于加工同时能有效控制整个支架系统的定位精度。相比传统的锚碇预应力管道安装方法，本工法操作简便易于实施，且提高了预应力管道的安装精度，各界评价加高，社会效益显著。10.2经济效益大跨径悬索桥锚碇预应力管道安装工法，降低了定位钢支架的加工安装难度，采用标准件用栓接的方式连接，对原来的整体安装，焊接连接进行了改进创新，可以浇筑一层混凝土安装一层定位钢支架，加快了工程建设速度，节省了机械施工费，人工安装费，管理费，施工过程由原计划的7个月施工，实际5个月施工共完成南北锚碇混凝土浇筑过程，节省工期约2个月，总计节约成本：322万元。11.应用实例11.1重庆市郭家沱长江大桥项目郭家沱大桥为公轨共建桥，全长1403.8m，主桥采用单孔悬吊双塔三跨连续钢桁梁悬索桥，跨径布置为（75+720+75）m=870m，两岸引桥均采用预应力混凝土连续箱梁，北引桥跨径布置为（4×43）m，南引桥跨径布置为（3×43+4×43