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斜拉索施工方案
第一章斜拉索施工
一.1.工程概况
长江公路大桥斜拉索为空间双塔双索面扇形结构,南塔两侧各布置28对斜拉索,北塔两侧各布置26对斜拉索,具体如图2.11所示。
图2.11斜拉索总体制图
全桥共设216根斜拉索,采用镀锌低松弛高强度平行钢丝束,双层PE(层黑色、外层-----)防护。
斜拉索分为PES7-109、PES7-121、PES7-、PES7-151、PES7-、PES7-、PES7-211,PES7-223、PES7-241、PES7-253、PES7-265共12种规格,如表2.11所示。
表2.11斜拉索规格型号及数量表
序号
斜拉索规格
斜拉索编号
直径(mm)
根数
2
PES7-109
4
3
PES7-121
14
4
PES7-
22
5
PES7-151
12
6
PES7-163
16
7
PES7-
32
PES7-
24
PES7-211
20
PES7-223
18
PES7-241
38
PES7-253
12
PES7-265
4
合计
216
斜拉索最小长度(NZ1)127.201m,重5.050t。
最大长度(NZ28)442.287m,重36.135t,成桥恒载索力最大值5196.2KN。
全桥斜拉索钢丝总重为3483.832t。
采用PESM7冷铸锚固体系,斜拉索两端均采用拉端锚具,均要求在塔端进行拉。
斜拉索在主梁端砼采用砼锚固块锚固,钢箱梁段采用钢锚箱锚固,SB28~SB1、SZ1~SZ3索梁端直接锚固在混凝土结构上,SZ4~SZ28、NZ26~NZ1、NB1~NB26索锚固在钢锚箱上。
平行钢丝束截面为缺角六边形排列,经左旋轻度扭绞而成。
斜拉索构造如图2.12~图2.13所示。
图2.13斜拉索构造示意图
一.2.斜拉索施工综述
一.2.1.施工案选择
斜拉索施工主要包括运输、上桥、展索、挂设、拉、索力检测、调整及减振装置安装等工序,采用桥面放索工艺。
索盘水运至现场后,采用塔吊或梁面吊索桁车吊装至钢箱梁顶面的放索机上,运至梁端,采用5t卷扬机、25t汽车吊、塔吊、塔顶吊机配合展索。
挂索可分为“先下后上”或“先上后下”两种法。
“先下后上”要求塔布设大吨位起重设备,但受塔空间限制,布置大吨位起重设备非常困难,另外高空作业量大,出现问题不易处理,安全性差,工效低。
“先上后下”挂索法,利用塔吊配以卷扬机将上锚头牵入塔锚,旋紧螺帽,梁面上利用卷扬机、滑车组、千斤顶等将下锚头牵入设计位置锚固。
根据斜拉索的长度、重量、拉力的大小以及拉施工空间等实际情况,本桥斜拉索均采用先塔端挂索、后梁端挂索,塔上拉的案。
根据索力大小,选用650t拉千斤顶。
斜拉索索力调整均在塔进行,按设计与监控单位要求施工。
一.2.2.施工工艺流程
由于斜拉索梁端索力不同,挂索案也有所差别:
1)NZ1~NZ5、NB1~NB5索进入塔端索管,安装撑脚、千斤顶、拉杆,梁端通过卷扬机牵引索夹,将斜拉索牵入梁锚箱锚固。
2)NZ6~NZ28、NB6~NB26索均采用1.7m长拉杆,牵引斜拉索锚头进入塔端锚垫板旋紧螺母后,然后在梁端锚箱垫板处安装撑脚、千斤顶,接长5m拉杆,卷扬机拖曳索夹至索管附近、通过汽车吊调整斜拉索轴线与索管轴线一致,将拉杆及锚头拉入索管,直至拉杆端头穿出千斤顶,安装拉杆螺母,解除卷扬机与斜拉索的索夹连接后,通过千斤顶将斜拉索锚头牵引出垫板设计位置,旋紧锚头螺母,完成梁端挂索。
施工工艺流程如图2.21~图2.22所示。
图2.21NZ1~NZ5、NB1~NB5斜拉索施工工艺流程
图2.22NZ6~NZ28、NB6~NB26斜拉索施工工艺流程
一.3.斜拉索施工案
一.3.1.施工准备
一.3.1.1.成品索的检验
斜拉索出厂前按设计及相关规要求对斜拉索有关性能进行检验。
斜拉索到达现场后,查验并索取每根成品索的质量保证书(含本批交货的数量、质量及各种检验结果)。
一.3.1.2.索套管的处理
斜拉索锚头外径与索套管的径相差很小,挂索时极易产生位置偏差,从而造成锚头外丝扣和斜拉索PE保护套的损伤,因此斜拉索挂设前应对塔、梁端的索套管进行全面的检查,对索套管的焊渣、毛刺等进行打平磨光。
一.3.1.3.钢梁锚固端风嘴的局部处理
为满足长索梁端牵引、拉施工要求,钢箱梁部分风嘴需待斜拉索安装完成后,再拼装焊接。
1)SZ5~SZ28、NZ1~NZ26斜拉索对应的箱梁前端6m长风嘴(即拉索锚固区)先不安装。
2)A22斜拉索对应的合龙段AH2梁段前端2.25m与A23梁风嘴先不安装,中跨合龙段JH风嘴先不安装。
3)NZ3斜拉索对应的NZ4梁段东侧风嘴先不安装(吊索桁车安装位置)。
4)所有未安装的风嘴均待该节段斜拉索施工完成后安装。
一.3.1.4.梁端滑轮组固定装置
SZ5~SZ28、NZ1~NZ26斜拉索按照先塔顶、后梁端顺序进行挂设,梁端采用卷扬机与滑轮组拖曳,配合千斤顶及拉杆牵引斜拉索锚头通过锚垫板锚固。
为了固定定滑轮,在锚垫板正上设置吊耳,在对应的M3、M2、M1型锚箱处均需设置,在钢箱梁加工厂与钢箱梁同步制作完成,单个吊耳按60t牵引力控制计算,钢板材质取Q345D,厚度24mm。
吊耳总体布置如图2.31所示。
图2.31固定定滑轮吊耳总体布置图
一.3.2.斜拉索挂索计算
斜拉索安装前应根据索长、索重、斜度等因素计算其安装过程中锚头距索管口不同距离时的牵引力,以综合选择安装案和设备。
斜拉索挂索索力按下式计算:
式中:
—斜拉索锚头距离锚垫板端部中心距离;
—斜拉索锚板中心几间距;
—斜拉索长度;
—斜拉索垂度修正值,其中,
—斜拉索单位长度重量;
—斜拉索水平投影长度;
—斜拉索挂索牵引力;
—斜拉索伸长量修正值,其中:
A—斜拉索横截面积;
—斜拉索弹性模量。
在斜拉索挂索各阶段牵引力的作用下,计算的ΔL(m)值如表2.31所示。
表中数据表示斜拉索锚头端部距离锚垫板顶的距离(m),牵引力单位:
KN。
一.3.3.主要施工设备配置
一.3.3.1.吊索、展索设备
每个索塔吊索、展索设备主要包括:
1台QTZ315A塔吊、1台梁面吊索桁车、1台放索机、塔顶2台10t卷扬机、1台5t卷扬机;桥面布置两台10t牵引卷扬机、一台5t放索卷扬机以及放索小车与转向滑轮等。
一.3.3.1.1.塔吊
斜拉索施工阶段,可以利用QTZ315A塔吊,最大吊重16t,其23m工作幅度可吊装12.6t。
NZ1~NZ3、SZ1~SZ3索采用塔吊吊装上桥。
吊装前需要根据斜拉索索盘的实际包装情况设置相应的吊具。
一.3.3.1.2.卷扬机
1)塔顶挂索提升卷扬机
塔顶卷扬机主要用于斜拉索塔上挂索施工,根据牵引力需要,选用2台10t快速卷扬机和1台5t卷扬机。
10t卷扬机用于重量超过10t长索的起重吊装,由于塔顶距离钢箱梁顶面约202m高,NZ26索长442.287m,重36.2t,故将索提升至塔顶索管口长度占总长的46%,提升力需36.2×0.46=16.6t。
钢丝绳需走2线,卷筒容绳量要求不小于500m。
5t卷扬机钢丝绳在塔顶人洞经转向滑轮转向后下放,经过待安装斜拉索的索管口穿出塔外至桥面,用于斜拉索塔端锚头的牵引导向。
索塔封顶混凝土浇筑前注意施工平台预埋件的埋设。
图2.32塔顶吊装系统布置图
2)梁上卷扬机
梁上卷扬机主要包括2台用于斜拉索梁端挂索的10t卷扬机,1台5t放索卷扬机,其中放索卷扬机布置于索塔下附近,钢丝绳通过转向滑轮引导至需要挂索的索管口附近。
挂索卷扬机随着钢箱梁及斜拉索的施工进度逐步前移。
一.3.3.1.3.梁面吊索桁车
NZ3斜拉索施工完成后拼装梁面吊索桁车,采用梁面吊索桁车将4~28#索整体提升上桥面。
桁车布置于梁面东侧NZ2与NZ3斜拉索之间,布置位置如图2.33所示,对应的NZ4梁段风嘴后安装。
图2.33吊索桁车结构布置示意图
桁吊顺桥向跨度6.0m,横桥向跨度19.5m,高12m,悬出梁侧7m。
桁吊主承重梁、直立柱及前斜立柱均采用HW400×400型钢,其它斜腿采用HN400×200型钢。
起吊横梁采用4根HN400×200的工字钢,平联及斜撑采用[20a槽钢。
起吊卷扬机选用JM8卷扬机,采用40t滑车组,走5线。
在主承重梁顶设置轨道及4台15t单轨平车(自带刹车系统),通过平车带动卷扬机行走实现索盘的平移。
吊索桁车总体结构如图2.34所示。
图2.34吊索桁车结构布置图
图2.35吊索桁车施工图
一.3.3.1.4.放索盘
放索盘为桥面放索装置,本桥采用卧式放索机,由斜拉索生产厂家提供。
具体结构形式如图2.36所示。
图2.36卧式放索盘结构图
一.3.3.1.5.放索小车
为便斜拉索在桥面的移动及展开,避免斜拉索与桥面的直接接触,防止斜拉索PE防护层损伤,斜拉索在桥面移动时采用放索小车,放索小车结构如图2.37所示。
图2.37放索小车结构图
图2.38放索小车施工图
一.3.3.1.6.锚头小车
为防止斜拉索锚头损伤,斜拉索在桥面移动时设置锚头小车,结构如图2.39所示。
图2.39锚头小车结构图
一.3.3.1.7.索夹
索夹是斜拉索塔、梁端挂设的着力点,为挂索设施与斜拉索的连接工具,表面设置吊耳。
索夹采用厚壁钢管与钢板焊接而成,在钢管同斜拉索接触处加垫5mm厚氯丁橡胶板,可以有效避免在施工过程中,斜拉索PE防护层受损伤。
根据斜拉索型号,塔端起吊索夹与梁端拖曳索夹各设计三种规格尺寸。
索夹结构如图2.310~图2.311所示。
图2.310塔端索夹结构构造图
图2.311梁端索夹结构构造图
一.3.3.1.8.汽车吊
1#斜拉索安装完成并进行第一次拉后,将一台25t汽车吊起吊上桥,用于斜拉索梁端安装时的角度调整和后安装风嘴的桥面转运、吊装等。
一.3.3.2.斜拉索拉设备
斜拉索牵引一般分为硬牵引拉杆及软牵引钢绞线两种,现对两种牵引比较如下:
牵引式
硬牵引
软牵引
特点
构造简单、操作便、可换性强、成本低、施工节奏快;拉杆可承受大吨位拉力,牵引设备和拉设备可通用
构造复杂、操作工序多、牵引速度慢、循环施工期长、相对成本高;软牵引钢绞线易出现受力不均现象,施工风险较大
适用围
适应围较小,最大牵引水平距离一般不超过5m,在短中索牵引拉中应用广泛
适用围大,安全性能较好,最大牵引水平距离一般超过10m,在长、重索施工中应用广泛
推荐式
本桥最长索442.287m,重36.135t,根据斜拉索挂索计算结果可知,当梁端牵引力为500KN时,斜拉索锚头距离锚垫板端部中心距离均小于4m;当梁端牵引力为600KN时,斜拉索锚头距离锚垫板端部中心距离均小于3m,故推荐使用5m长硬牵引拉杆即可满足施工需要。
硬牵引拉系统由穿心千斤顶、油泵、压力传感器、拉杆及螺母、变径连接头及撑脚等组成,硬牵引及拉系统组成形式如图2.312所示。
图2.312硬牵引拉系统组成示意图
1)拉千斤顶及压力传感器
拉千斤顶根据斜拉索的拉控制力进行选择,为减小施工过程中的误差、确保千斤顶的使用安全,将斜拉索的拉控制力控制在千斤顶额定拉力的50%-85%围。
本桥斜拉索设计成桥恒载索力为486-520t,故每塔配置欧维姆YCW650B千斤顶4台(用于塔端拉)和YCW350B千斤顶4台(用于梁端牵引)。
千斤顶机械参数如表2.32所示。
表2.32斜拉索施工千斤顶参数
规格
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