大距离索鞍横移缆索吊架设拱桥工法.doc
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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
①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。
②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。
③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。
④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43kg/m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
⑤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:
①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)。
②桥台拱座检查(拱座中线、边线、平整度、桥跨复核等)。
③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10~20cm,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1~2cm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Δy上=2Δy下=10cm。
另增加一对风缆以控制中线。
在Δy上=2Δy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1~3cm,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1~3cm时停止。
①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。
②装好接头螺栓,并拧紧各接头螺栓。
③调整拱肋中线位置,使其偏差在1~2cm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0.5~1.0cm,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1/4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0.5m/min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
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- 距离 索鞍横移 缆索 吊架 拱桥