甘肃二级公路大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工工法

'甘肃xx建设集团有限公司省级工法文本工法名称大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工工法申报等级省级申报单位甘肃xx建设集团有限公司甘肃xxxx公路工程有限责任公司申报时间二○一○年六月13 目录1前言12工法特点13适用范围14工艺原理25施工工艺流程及操作要点25.1施工工艺流程25.2操作要点35.3施工控制76材料与设备76.1主要材料名称、规格及主要技术指标76.2主要施工机具、仪器、仪表87质量控制97.1质量控制标准及规范：97.2吊段本身质量控制97.3吊段间连接质量控制97.4吊装过程中质量控制97.5防腐工程质量控制98安全措施108.1安全措施108.2起重机械安全作业的对策109环保措施1110资源节约1111效益分析1112应用实例1213 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了改造与创新。由甘肃xx建设集团有限公司承建的XXXX大桥，主跨180米，全长248.06米。该桥位于黄河上游、刘家峡库区，是西北目前跨度最大的上承式钢管混凝土拱桥。施工中针对该桥结构复杂、技术难度大，施工困难等实际情况，针对大型钢管混凝土结构整体在施工过程中的质量控制及吊装、主体结构合拢等施工关键技术，编制了《XXXX大桥吊装实施方案》，采用双肋整体悬拼吊装技术，保证了该项工程的顺利进行。该工程被评为2009年甘肃省建设科技示范工程。通过对大跨度钢管混凝土拱桥双肋整体缆索吊装施工技术的总结，经提炼，形成了本项工法。2工法特点2.0.1通过对单肋悬拼吊装技术的优化，安装时采用双肋悬拼整体无支架缆索吊装技术，保证了拼装质量和施工安全。2.0.2设置的重力式钢筋混凝土地锚，考虑了吊、扣综合利用，简化了工序，节约了成本。2.0.3双肋悬拼拱肋技术，除采用单肋半跨平拼外，还采用了相临段整体立拼，保证了拱肋线型符合设计要求。解决了单肋吊装横撑安装时的扭曲和不水平问题。2.0.4将空中焊接横撑作业改为地面作业，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。2.0.5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，减少空中作业量和加快施工进度，解决了空中作业安全防护困难的问题。3适用范围双肋整体无支架缆索吊装法适合于跨越深峡谷或深水地区的大跨度拱桥拱肋的安装施工。13 4工艺原理双肋整体无支架缆索吊装施工是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施工工艺流程施工准备设备安装缆索吊装地锚施工缆索系统检验是否合格缆索系统试吊对缆索系统进行整改轴线、高程测量及调整扣索应力监测两拱脚段拱肋吊装设置扣索其它吊段吊装拱肋合龙浇筑拱脚混凝土放松扣索、吊索合龙段吊装N拼装上、下游拱肋成整体拼装上、下游拱肋成整体测量轴线、高程Y13 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进行通航的协调和指挥。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。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：13 承重主索接触应力按下式计算（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。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：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XXXX13 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。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。13 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，一般在拱脚处设临时铰，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。13 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。5.3施工控制5.3.1施工控制目标（1）将可以直接量测的拱肋轴线和各点高程定为控制目标。（2）根据主拱圈抬高量，各点抬高量按挠度曲线分配。施工控制以线形控制为主，控制方法：在主拱上下游两侧焊接大小相同的三角块，位置设在拱圈正中部，在两岸桥台上各设置一观察点对拱肋安装中的轴线进行控制。在离每节段接头20cm处设置小棱镜，用于标高辅助控制。5.3.2施工控制（1）线形测量包括控制网和水准基点的复核；各阶段安装标高和拱轴的测量；扣塔顶的偏移测量；大气、温度及对拱轴变形影响测量。主要是对拱肋的拱脚、1/8、1/4、3/8、拱顶截面的上下弦杆、腹杆进行应力测试。测试方法采用长效电阻应变片。贴片位置在节段的中部，拱脚附近应增加节点处的贴片。（2）应力测试鉴于应力测试的不稳定性，起始初读数必须可靠和准确；设法排除温度影响，采用测各阶段应力增量的方法。监控单位对测试资料进行及时整理，并将整理成果报告施工、监理、设计及业主单位，以便评判结构现阶段的工作状态及是否可以继续进行施工。13 6材料与设备6.1主要材料名称、规格及主要技术指标主要材料名称、规格及主要技术指标表序号材料名称规格技术指标1钢丝绳Φ8.7、Φ13.5、Φ15.5、Φ17.5、Φ19.5、Φ22、Φ28.5、Φ32.5、Φ43.5、Φ47.5抗拉强度1550MPa2吊环（卸扣）GD9.5(10吨)、GD4.5(5吨)、GD2.7(3吨)、GD2.1(2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、Φ47.5)、Y10-32(Φ32.5)、Y9-28(Φ28)、Y7-22(Φ22)、Y7-20(Φ19.5)、Y5-15(Φ15.5-17.5)、Y3-10(Φ11)、Y2-8(Φ8.8)符合相关要求4滑轮组符合相关要求5吊篮1.5×1.5×0.6m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L125×125×10mm、缀条90×90×8mm符合相关要求9地锚预埋件及拉杆符合相关要求10地锚主索平衡轮D=400mm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、仪表主要施工机具、仪器、仪表一览表序号名称型号性能能耗数量110吨慢速单筒卷扬起重1012型，电机JZR51-8型良好2台25吨慢速单筒卷扬机起重1012型，电机JZR51-6型良好20台33吨慢速单筒卷扬机起重1011型，电机JZR51-6型良好6台4千斤顶50吨（油压式）、32吨（机械式）、16吨（机械式）、3-5吨（机械式）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*6D)、6门50吨(H50*6D)、5门32吨(H32*4D)、4门20吨(H20*4D)、2门16吨(H16*2D)、2门10吨(H10*2D)、单门10吨(H10*1GL)、单门5吨(H8*1GL)、单门3吨(H6*1GL)、单门1～2吨(H10*3GL)良好74套7交流电焊机B*3-300良好2台13 8氧割设备良好2套9对讲机良好4台10大锤、小锤、麻绳、活动扳手等良好若干7质量控制7.1质量控制标准及规范：《钢管混凝土结构设计和施工规程》（CECS28:90）；《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；《铁路钢桥制造规范》（TB10212）；《热喷铝及铝合金涂层》（GB9795-88）；《钢结构、管道涂装技术规范》（YB/T9256-96）7.2吊段本身质量控制对于运至现场的两单个拱肋吊装段及两吊段间的横（斜）撑，按照设计图纸认真复核其几何尺寸，检查构件在运输过程中是否发生变形，如果符合要求直接进行拼装，不符合要求，针对具体情况采取措施处理后再进行拼装，完成整体拼装检查合格后方可进行吊装作业。7.3吊段间连接质量控制吊段间采用高强螺栓连接，通过千斤顶、导链等工具调整，螺栓应按同一方向自由穿入，不得敲打和扩孔；法兰盘连接螺栓必须全部终拧完毕，中间不得间断。7.4吊装过程中质量控制7.4.1拱肋安装就位施工中必须进行接头高程和轴线偏位观测，控制轴线符合要求。7.4.2在拱肋吊装移动过程中，必须派专人随时观测塔架、主索、扣索变形及地锚位移，发现异常情况随时处理。7.4.3吊装必须按程序对称进行。7.4.4在吊装过程中由于吊段间接头焊缝处于高空位置，给焊接工作造成很大困难，要严格按设计要求的焊缝等级进行施焊和检测，对于不合格的焊缝，先制定具体的返修工艺后再处理，同一部位焊缝返修次数不宜超过2次。7.4.5松索按照扣索顺序对称均匀进行。13 7.5防腐工程质量控制拱肋在运输、吊装过程中因捆绑、碰撞等原因，使拱肋喷涂防腐局部发生破坏，在起吊前应重新进行防腐处理，对于不能处理的部位，吊装完成后再进行处理。8安全措施8.1安全措施8.1.1安全工作目标：确保不发生人身伤亡事故、无重大设备事故，确保安全生产；做到现场施工安排有序，人员操作规范，作业环境整洁，防护设施完善。8.1.2贯彻“安全生产，人人有责”的方针，组织施工人员进行安全教育与训练，增强安全员安全意识，提高安全知识水平。8.1.3建立健全安全保障体系，制定拱肋吊装的各项安全生产管理制度及各工序安全生产操作规程。8.1.4坚持安全第一，预防为主的原则。有组织、有领导地开展安全管理活动。在向施工人员进行施工技术交底的同时进行安全交底，讲解施工工艺安全技术操作规程。8.1.5配备必要的安全生产用具及设备，参加施工的所有人员进入现场必须佩戴安全帽，高空作业人员必须穿胶鞋，系安全绳。8.1.6施工中临时结构必须向施工人员进行安全技术交底，对塔架、钢丝绳等必须进行安全计算和鉴定，合格后方可使用。8.1.7对危险作业场所、作业面、特殊机械设备采取特殊措施，对于可能发生的安全事件必须编制切实可行的应急预案。8.1.8施工现场必须严格执行统一指挥、统一信号、统一行动。除现场指挥人员外，他人不得直接发号施令。8.1.9缆索吊装设备由专人操作和定期检修，并做好运行检修记录，非操作人员不得操作。8.1.10拱肋吊装期间，为保证过往游船安全。在上、下游各1Km范围内，设置“浮球航线”，由专职安全员指挥过往船只；8.1.11拱肋下方满铺安全网，拱上施工人员配备防滑鞋和安全带；8.1.12桥位周边地形狭窄，在边施工边通车路段，设置安全警示标志、标牌，专人指挥交通，随时维护便道、洒水抑尘，保证了过往摆渡车辆的和道路畅通。13 8.2起重机械安全作业的对策8.2.1加大监督力度；8.2.2加强人员培训工作；8.2.3开展起重机械安全教育；8.2.4建立健全安全生产责任制；8.2.5编制安全施工技术措施；8.2.6严格执行安全操作规程；8.2.7认真搞好起重机械安全检查活动。施工过程中，现场施工安排有序、操作规范、环境整洁，防护设施完善，未发生一起安全责任事故。9环保措施在施工过程中严格遵守环境保护的法律、法规，加强环境、卫生、文明、安全的施工管理。9.0.1按施工方案，合理布置临时施工场地，施工场地做到整洁文明。废水的排放、建筑垃圾等堆放和丢弃应按政府有关部门的规定进行管理。9.0.2在工程施工期间，加强对劳务人员的管理，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；9.0.3定时对各种施工机械进行检修保养，确保尾气达标排放；9.0.4道路及作业面适时洒水，防止扬尘产生；在施工过程中，尽量减少对植被的破坏；9.0.3严格执行《建筑施工场界噪声限值》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。9.0.4施工结束后，及时恢复两岸地形地貌，使周围景观与大桥相协调。环境效益良好。10资源节约在跨越深峡谷或深水地区采用双肋整体缆索吊装方法，节约了塔架钢材和高空作业所需防护设施，减少了空中作业量；扣索采用现有钢丝绳，节省了钢绞线，且钢丝绳可以重复使用；同时，加快了施工进度，节约了工期。13 11效益分析施工中，通过新工艺、新材料的应用，取得了较好的经济效益。主要体现在以下几方面：11.0.1采用双肋整体无支架缆索吊装方法，节约了塔架钢材；11.0.2采用双肋整体无支架缆索吊装方法，节省了高空作业所需防护设施，减少了空中作业量；保证了施工质量和结构安全；11.0.3扣索采用现有钢丝绳，节省了钢绞线，且钢丝绳可以重复使用；11.0.4通过优化施工方案，加快了施工进度，节约了工期。11.0.2采用缆索吊装系统进行吊装，节约施工机具；11.0.5应用了“大跨度桥梁施工监控计算机仿真软件”，为类似桥梁过程施工提供了借鉴经验。12应用实例12.0.1工程名称：XXXX大桥12.0.2工程地点：甘肃省XX回族自治州XX县XX库区XX渡口上游1KM处12.0.32006年8月开工，2009年9月19日底交工通车12.0.3工程造价：3293万元。12.0.4工程概况：桥梁结构为主跨180m的上承式钢管混凝土无铰拱桥，净矢跨比采用1/5，拱圈采用截面高度相等的悬链线，拱轴系数m=1.543，起拱线标高1741.826米。跨径组合为：20m简支梁+净跨180m拱+20m简支梁，全长248.06m。技术标准：公路等级二级，双车道，桥面宽12m，两侧设防撞墙，设计荷载：公路-I级。该桥拱圈截面由哑铃形桁式双肋组成；拱脚段将腹杆改成缀板，内填充微膨胀混凝土形成实腹段。每肋由4根直径φ700，壁厚12mm的16Mnq钢组成，内灌C50微膨胀混凝土作为弦杆；上弦和下弦横向两根钢管之间用缀板连接，内灌C50微膨胀混凝土。拱上结构采用梁柱式，立柱为钢管混凝土；桥面板为13米预应力混凝土空心板，拱脚处跨度16米，两则各设一孔20米预应力混凝土空心板梁与路基相接；普通重力式拱座；U型桥台，明挖扩大基础。13 12.0.5施工过程简介拱肋加工过程中，在场地内建立平面控制网，严格将放样温度控制在5～20℃，且每段完成后，均对平台上的放样点进行复测。同时沿拱肋段内缘中心轴线布置22组棱镜，以实施吊装现场监控量测。拱肋安装采用双肋悬拼整体无支架缆索吊装技术。吊装系统主塔采用E型万能杆件组拼的双柱门式塔架。主索跨径270m，塔架高30m，设置重力式Ｕ型钢筋混凝土地锚时，考虑了吊、扣综合利用。钢管拱吊装阶段最大自重90吨，吊装速度控制在1米/分钟。在桥址地形狭窄、极难用侧缆风索进行稳定的情况下，满足了横向稳定的要求，保证了拱肋吊装施工的顺利进行和施工过程中结构的安全。吊装自两岸拱座从第Ⅰ节段开始，悬拼对称进行。相向吊装、栓接至第Ⅳ节段，调整好拱轴线及各控制点高程，插入合龙段，实施合龙、焊接各段接头包板，逐级对称放松各道扣索，封固拱脚，由两铰拱转化为无铰拱，拱段吊装完成。采用精度2＂全站仪在两岸相向对平面拱轴线按“测设→拱肋调整→测设→拱肋调整”程序实施过程监控。经测量中心拱轴线与设计施工拱轴线误差15毫米，小于规范规定的30毫米（L/6000）。钢管拱加工委托二十一金属机构分公司冶进行，项目部技术人员进行全程跟踪、监控；焊缝委托兰州理工大学采用100%超声波检测和10%的射线抽检，成拱焊缝合格率100%。钢管拱肋合拢成拱后，采用泵送顶升施工技术，分12次对称压注C50高强度微膨胀混凝土；待钢管内混凝土强度达设计要求后，按预先确定的施工次序分阶段、对称安装拱上结构。该工法在XXXX大桥工程施工中成功应用，在桥址地形狭窄、极难用侧缆风索进行稳定的情况下，满足了横向稳定的要求，保证了拱肋吊装施工的顺利进行和施工过程中结构的安全。为在甘肃乃至跨越深峡谷或深水地区的类似桥梁施工积累了经验，具有广泛的推广价值和应用前景。社会效益和经济效益显著。13'