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大跨度拱橋鋼筋混凝土拱箱纜索吊裝施工技術
來源:   日期:2012-08-06 09:26:34  

      [摘  要]通過工程實例,介紹大跨度拱橋鋼筋混凝土拱箱采用無支架纜索吊裝,單肋合攏的施工技術及監控量測方法。
     [關鍵詞]大跨度拱橋  纜索吊裝  施工技術  監控量測

     1.前言
     當大跨度拱橋位于深水、深谷、通航河道或限于工期必須進行拱肋施工時,常采用無支架施工方法。纜索吊機具有跨越能力大,水平和垂直運輸機動靈活,不受氣候和地形等條件的限制,用途多樣,施工安全便捷等優點,因此目前大跨度拱橋無支架施工多采用纜索吊裝的方法。
     2.工程概況
     福建省寧德市寧屏公路嶺兜特大橋,全長329.5m,橋跨布置為(3×30+1×160+2×30)m。其中主跨為160m懸鏈線鋼筋砼箱型拱,凈高2.5m,寬8.0m,拱箱頂板厚0.25m(其中預制0.1m),底板厚0.2m,中腹板0.41m(其中預制0.05m×2m),橫向四片拱箱,每片拱箱分為七段預制吊裝,最大吊重70t。嶺兜特大橋主拱圈采用無支架纜索吊裝工藝,單基肋合龍成拱。
     3.纜索吊裝系統組成及施工
     纜索系統主要由塔架、纜索 (主索、起重索、牽引索、扣索及風纜) 、起吊設備、地錨及驅動裝置等組成。
     3.1地錨
     本橋地錨分為主地錨、風纜地錨、臨時地錨等。其中主地錨主要承受主索、起重索、牽引索、扣索以及塔架后風纜的拉力。寧德岸主地錨設在0#臺后,寬12.0m、長12.0m、高4.0m。屏南岸的主地錨結合6#臺明挖擴大基礎布置,基礎開挖深度8.0m,地錨寬12.0m、長10.0m、深4.5m。主地錨均采用C20混凝土重力式地錨,底部間距0.5 m布設抗滑錨桿,以提高其穩定性。風纜地錨用于錨固纜風以保證塔架和已吊裝拱箱的橫向穩定,臨時地錨用于臨時固定卷揚機。風纜地錨、臨時地錨均采用臥式地錨,根據地形和用途分別設置于上下游合理位置。
     3.2塔架安裝
     塔架利用3#、4#交界墩C30鋼筋混凝土蓋梁為基礎,蓋梁施工時預埋塔架鉸接支座連接螺栓。
     塔身高30m,寬12.0m,采用西乙型萬能桿件拼裝,立柱為4—N2,斜撐為2—N3,水平撐為4—N4。塔頂由配套的過載梁、運載梁、索鞍組拼而成。主索及其它工作索的支承主要由塔頂索鞍來承擔,索道的橫向移動通過手拉葫蘆牽引連接于索鞍的運載梁來完成,而構件及索道的重力主要由塔頂的過載梁通過各鉸接點傳遞給塔架。運載梁上設索鞍3 組,分別為主索鞍、扣索鞍和工作索鞍。索鞍與索鞍座、索鞍座與運載梁均采用螺栓連接。
     每座塔架布置16根穩定風纜,其中前后風纜各6根,主要用于平衡縱向水平力,采用Φ28鋼絲繩。前風纜分別錨固于兩交界墩拱座處外側預埋錨環,后纜風分別錨固于兩岸主地錨。側風纜4根,主要用于平衡吊裝橫移時產生的側向水平力,采用Φ26鋼絲繩,分別錨固于塔架左右兩側的風纜地錨。塔架風纜采用鏈條滑車收緊。
     3.3纜索安裝
     3.3.1主索架設
     根據橋梁結構和地形條件,索跨設計為1×110m+1×170.5m+1×72.0m (圖一)。主索采用兩組4—Ф52(6×37+1)型號鋼絲繩。架設時,單根繩展開并由卷揚機導索牽引過本岸塔頂,架立于索鞍上,再由預先架好的工作索牽引至對岸塔頂穿過索鞍,然后在對岸地錨通過平衡輪轉向,再重復架設步驟,把8根主索串連在一起使之受力均勻。在調整好主索空載時的設計垂度后,把主索用繩夾錨于地錨臥木。兩組主索既有獨立功能,又可組合使用,每組主索均具有獨立的起重和牽引功能。

     3.3.2工作索架設 
     工作索和工作吊籃是專門為纜索吊起重索、牽引索、起重小車和運送人員以及吊運工具的安裝而設。它還可在吊裝拱箱時運送繩頭或扣索到位。工作索為雙線(走2) ,穿索方法同主索。工作吊籃為2 門4 線矩形簡易起重小車。工作索、牽引索和升降索由1 臺50kN雙筒卷揚機牽引,完成吊籃的起吊和運行工作。
     3.3.3 起重索安裝
     起重索安裝利用工作吊籃將定滑輪組提升到塔頂工作平臺上,分片套在承重索(主索) 上,并用螺栓組合在一起;動滑輪組放在地面上,與上吊點對中。起重索采用Ф21.5mm鋼絲繩,安裝時將起重索由岸上起重卷揚機拉出,經導向輪牽引上塔頂,過索鞍,穿入套在主索上的定滑輪,然后利用工作吊籃將起重索繩頭帶下,穿入地面動滑輪組,如此反復、上下穿行8次,完成起重小車的穿索工作。另一起重小車驅動卷揚機設在對岸,穿索方法相同。
     3.3.4牽引索安裝
     牽引端段就位時,牽引索拉力最大為44t,因此牽引索采用“走二”牽引,能確保端段拱箱準確就位。牽引索采用柔性好的Ф26鋼絲繩,一端固定于天車上,另一端與卷揚機相連。穿索時利用“臨時工作索”和工作吊籃牽引到位,牽引索安裝方法同主索。為使牽引力受力均勻,構件縱向運輸進退同步,牽引索采用閉合循環回路布置,由兩臺分別設在兩岸的150KN卷揚機牽引,一臺前進用,一臺后退用。
     3.3.5扣索安裝
     此橋端段扣索拉力62t,采用一組2—φ47.5mm鋼絲繩;中㈠段扣索拉力90t,采用一組2—φ52.0mm鋼絲繩;中二段扣索拉力108 t,采用一組4—φ47.5mm鋼絲繩。其中端段、中㈠段為墩扣,扣索通過架于3#、4#交界墩墩頂的索鞍轉向至地垅錨固,中㈡段為塔扣,扣索通過安裝在塔頂的索鞍轉向錨于主地錨錨固。
    3.3.6拱箱橫向穩定風纜安裝
     為了確保拱箱單肋合龍的橫向穩定,在每段拱箱的接頭處增加橫向纜風,纜風采用Φ21.5鋼絲繩,并采取走二的方式實施,上下游各一組,對稱設置,鏈條滑車收緊。
     4.試吊
     4.1空載試運轉
     提升吊具至離跑車約3m距離時,牽引跑車往返運行一次。運轉時,觀測主索的收緊均勻程度,及各部位機械設備的運轉情況,一切正常后,再進行靜載試驗。
     4.2靜載和動載試吊
     本工程構件最大重量P=70t,試吊按0.6P、P、1.3P逐級加載進行,先靜載,后動載。即先吊起42t的物體在跨中停留10分鐘,然后逐級加重至70t、91t的靜載試吊;最后進行動載試吊,起吊重量按42t,70t,91t三次逐級加載,并沿主索運行一個來回,以檢查牽引設備的運行情況及地錨,塔頂索鞍的受力情況。整個試吊過程中,用千分表觀測地垅位移情況(地垅位移不宜大于3mm),以確定地垅的受力能力,用全站儀觀測塔頂位移、交界墩墩頂位移及主索重載垂度,用Cras振動及動態信號采集分析系統監測主索、牽引索、起重索和風纜的索力等是否符合規范(計算)要求,一切正常之后,進行拱肋安裝。
     5.鋼筋混凝土拱箱吊裝
     5.1 吊裝前的準備工作
     5.1.1預制構件質量檢查
     拱肋接頭和拱腳用樣板校驗,突出部分予以鑿除,凹陷部分用環氧樹脂砂漿抹平。接頭砼接觸面鑿毛,鋼筋除銹。螺栓孔用樣板套孔,不合時擴孔。拱肋接頭及端頭用紅油漆標出中線,便于觀測和對中。檢測拱肋上、下弦長,如不符合設計,對大于設計弧長的箱段鑿短。根據各箱段的實際長度,結合可以置換位置的段數,具體編組各片拱箱,使各片拱箱總長度的差值最小,然后按起吊順序在拱箱上編號。
    5.1.2墩臺拱座尺寸檢查
     墩臺拱座混凝土面要修平,水平頂面高程略低于設計值,在拱座面上標出拱肋安裝位置的臺口線及中線,用全站儀復核跨徑,施工誤差可以在拱座處墊鑄鐵板來調整。
     5.2 拱肋吊裝
     按照對稱原則和施工需要,吊裝順序為:3#拱肋→2#拱肋→4#拱肋→1#拱肋。箱段吊裝按照圖示順序。
 

     5.2.1端段吊裝
    按照對稱原則,首先吊裝3#拱肋的端段(圖二中1、2段),用儀器輔助調整軸線與標高使端段的上端頭比設計標高高出20cm, 隨后綁好扣索及橫向纜風??鬯韃捎枚湛?,由安放在地錨處的卷揚機收緊,符合標高后錨固于地垅上。橫向纜風上、下游對稱布置,同時徐徐收緊,以確保拱頂軸線位置符合要求。為防止端段接頭發生上冒變形,在接頭下方設置下拉索(采用Ф26鋼絲繩)來控制變形,待拱上構造施工完畢后解除。
5.2.2中㈠段吊裝
     拱箱的中㈠段(圖二中3、4段)吊裝就位后,調整扣索及橫向纜風使拱箱上端頭比設計標高高出20cm,軸線符合設計要求。聯結下端頭底板與端段的螺栓并擰緊,頂板螺栓松連,使接頭處形成上開口。
     5.2.3中㈡段吊裝
     安裝3#拱箱的中㈡段(圖二中5、6段),調整扣索及橫向纜風使軸線符合設計要求,上端頭標高比設計標高高約40cm左右,聯結下端頭底板與中㈡段的螺栓并擰緊,頂板螺栓松連。
     5.2.4拱頂段吊裝
     安裝3#拱箱的拱頂段(圖二中7段),拱頂段在吊運過程中應保持水平位置,在頂段基本就位但不松吊的情況下,按照1:1:2的比例,先端段,再中㈠段,后中㈡段的順序兩側對稱,緩慢均勻地放松扣索,每次各接頭點標高降低不超過1cm,在放松扣索的同時要均勻對稱收緊各段的橫向纜風,用三臺水準儀同時觀測6個接頭處標高變化情況,防止反對稱變形。松索時按端段、中㈠段、中㈡段、起重索的先后順序,反復循環,在水平及軸線的控制下,及時調整接頭標高和拱箱軸線,直至中㈡段與拱頂段接頭完全吻合使其連成拱,逐漸減小扣索、起重索受力至約為頂段吊重的30%,使頂段二端逐漸承受軸向推力,此時3#拱箱基本合龍。在各接頭頂板角鋼之間繼續墊填和嵌緊鋼楔木以進一步減少扣索、吊索受力,逐漸使全肋成拱。
     5.2.5拱腳及拱箱接頭施工
     全肋成拱后,擰緊各接頭處螺栓,焊接接頭處墊板和底板角鋼的連接板。安裝橫系梁鋼筋及各接頭處的橫隔板模板,澆筑空心拱腳內砼及封閉拱座,同時用同標號砼由中間向兩邊依次對稱澆筑各段間橫系梁,待砼強度達到100%后,再卸除扣索、起重索,保留橫向纜風。
     5.2.6其他拱肋吊裝
橫向移動索鞍使主索中線與要吊裝拱箱的軸線重合,再重復以上順序進行2#箱、4#箱、1#拱箱的安裝。安裝后三肋拱箱時每段拱箱吊裝就位后還要增加和先前已經安裝好的拱箱之間的橫向臨時聯結,以增加施工安全性。
     6.監控量測
     6.1應力、應變監控
     6.1.1塔架和交界墩監測
    在試吊、拱箱吊裝過程中,通過安裝在塔架和交界墩根部的DH3818靜態應變測試儀,對塔架、交界墩應力-應變進行監測,收集吊裝各工況下塔架、交界墩受力情況,并與計算應力值進行比較,掌握塔架、交界墩的安全狀況。
    6.1.2主拱圈監測
    主拱圈的應力-應變監測,采用鋼弦頻率振弦儀,拱箱預制時在主拱圈各典型截面處預埋,單肋合龍階段和主拱圈全部合龍后分別進行監測,比較實際應力應變值與理論計算值,驗證單拱肋和主拱圈的穩定性和安全狀態。
    6.1.3索力監測
    在吊裝過程中,運用Cras振動及動態信號采集分析系統連續監測主索、牽引索、起重索和風纜的索力,實時比對實測應力與理論計算值,掌握吊裝系統各工況的受力狀況和安全性。
     6.2位移觀測
     在吊裝過程中連續觀測主索垂度、塔頂位移、墩頂位移、地錨位移,比對實測位移值與理論計算值,及時反饋,指導施工,確保大橋的施工安全和工程質量。主索垂度、塔頂位移、墩頂位移均采用全站儀觀測主索中點及墩頂、塔頂安裝的反射片采集數據,地錨位移用2臺千分表觀測。
     6.3拱箱觀測
     在整個大橋拱箱的安裝過程中,高程和軸線觀測始終控制著整個拱肋合龍的全過程,觀測結果及變化情況觀測人員應認真細致分析并實時地把匯報給指揮者,及時調整,直至符合設計要求,確保拱箱安裝質量。
     7.結束語
     采用單基肋纜索吊裝技術充分發揮了纜索跨越能力大、水平和垂直運輸機動靈活的特點,不僅安全準確地完成了全橋拱箱的吊裝任務,還比雙基肋纜索吊裝,縮短工期1個月,節約資金約170余萬元。同時,拱箱橋下預制、交界墩作塔架基礎減少了占地,縮短了索跨,節約了資金。從試吊到最后一肋順利合攏共用了四十天時間,質量符合設計和規范要求,沒有發生安全事故,為以后同類橋梁的施工積累了經驗。
參  考  文  獻
 [1] 中交第一公局,《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T F50-2011),2011年8月1日。
[2] 中交第一公局,《公路施工手冊》— 橋涵 。

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