工藝工法QC山區(qū)大跨上承式鋼管混凝土拱橋拱肋節(jié)段雙肋整體拼裝施工工法斜拉扣掛法

1、山區(qū)大跨上承式鋼管混凝土拱橋 拱肋節(jié)段雙肋整體拼裝施工工法1 前言xx特大橋橋梁全長545.54m，主橋為1-430m上承式鋼管混凝土拱橋，橫跨xx峽谷，位于不對稱“V”字型河谷岸坡，地形復雜，無水運條件、無整節(jié)段陸運條件、無法采用傳統(tǒng)工藝鋼管拱肋安裝用風纜，橋位處也無合適拼裝場地。為了實現(xiàn)鋼管拱肋節(jié)段安裝，中鐵xx集團公司成立科研組進行科技公關，根據(jù)現(xiàn)場地形條件，充分利用上承式鋼管混凝土拱橋的結(jié)構(gòu)特點，利用纜索吊裝系統(tǒng)，采用“兩岸無風纜雙肋整體對稱懸拼、齊頭并進至跨中合龍的斜拉扣掛法”施工工藝，經(jīng)總結(jié)形成本工法。2 工法特點 利用引橋進行立體組拼，栓焊結(jié)合，有效控制了結(jié)構(gòu)尺寸。 采用無塔纜索

2、起重機進行拱肋節(jié)段安裝，對位快，安全可靠。 充分利用上承式拱橋特點和地形條件，采用新型斜拉扣掛體系，保證合龍前后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。無風纜條件下采取雙肋安裝、單肋調(diào)整輔以加墊片方式進行軸線調(diào)整。 對稱懸拼，動態(tài)瞬時合龍，拱肋線型控制精度高，施工操作方便。3 適用范圍本工法適用于大跨度上承式鋼管混凝土拱橋拱肋節(jié)段安裝，尤其是在地形為 “V”字型，施工場地狹小，無法設置纜風，施工和交通運輸極為困難的山區(qū)條件下上承式鋼管混凝土拱橋拱肋節(jié)段的安裝，亦可用于相同條件的大跨度鋼箱拱橋拱肋節(jié)段安裝，其它采取纜索吊裝的拱式結(jié)構(gòu)橋梁可供參考。4 工藝原理單跨雙索道無塔纜索起重機覆蓋全橋范圍，兩組索道各設兩個吊鉤，可單獨和

3、同步升降及縱向運行，滿足鋼管拱肋節(jié)段平移、吊裝、對位需要。利用兩岸交界墩（蓋梁）作為支點，以墩頂錨梁、橋臺身作為剛性傳力梁，通過扣索、平衡索、預應力錨索、引橋箱梁，形成力的轉(zhuǎn)換與平衡體系，將懸拼的拱肋節(jié)段固定。在引橋上雙肋立拼形成單元，整體起吊對稱懸拼，一側(cè)利用纜索起重機動態(tài)合龍。5 施工工藝流程與操作要點5.1施工工藝流程（見圖5.1-1）施工準備節(jié)段立體組拼起吊扣索安裝平衡索安裝、張拉對位、栓結(jié)扣索張拉索力、高程監(jiān)控纜索起重機松鉤合龍卸扣圖5.1-1 施工工藝流程圖5.2操作要點5.2.1 WJLQ3000KN型無塔纜索起重機.1 組成主要由組合式索鞍、主索（承重索）導撓系統(tǒng)、牽引索導撓系

4、統(tǒng)、起重索導撓系統(tǒng)、增力式自調(diào)平衡運行小車、定滑輪和動滑輪組、雙鉤回轉(zhuǎn)吊鉤系、懸鏈式支索機構(gòu)、動力源（10t快速單筒卷揚機4臺、28t雙筒慢速卷揚機4臺），電控柜、防雷系統(tǒng)和重力式錨碇等十一個系統(tǒng)組成單跨雙索制。纜索起重機總體布置見圖5.2-1。圖5.2-1纜索起重機總體布置圖纜索起重機是露天工作，作用在纜索起重機上主要荷載有自荷重載、起升荷載、水平荷載、慣性荷載、沖擊荷載、風荷載、斜向拉力荷載、碰撞荷載、安裝荷載、試驗荷載、工藝荷載和溫度荷載等。冰雪荷載和地震荷載不考慮。.2主要技術參數(shù)額定起重量：Q=2×750×2=3000kN的雙鉤雙起。建筑跨度和使用跨度（單跨雙索制

5、）：Lj=5+756+5=766m；L=756m；Ls=L-2(L/10)=756-2(756/10)=604.8m。起升高度：本橋跨徑430m，矢高78.18m，矢跨比f=1/5.5，拱肋拱腳高度13m，拱頂高6.5m，根據(jù)此條件設定了運行小車至吊鉤最小距離h=4.11m，纜索起重機起升高度H=100m。運行速度：小車運行速度V1=0.3610m/min，起升速度V2=0.263m/min。主索形式：主索采用62.5mm的鋼絲繩20根，單跨雙索制。工作級別（GB3811-1983）：總設計壽命以12500h計算，總的工作循環(huán)次數(shù)2×106利用等級U6，載荷Q3重，名義載荷譜系數(shù)Kp

6、=0.5，設計取用工作級別為A7級。斜拉扣掛系統(tǒng)根據(jù)本橋上承式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場地形特點，鋼管拱肋斜拉扣掛系統(tǒng)設計利用兩岸交界墩（蓋梁）作為支點，以墩頂錨梁、橋臺身作為剛性傳力梁，通過扣索、平衡索、預應力錨索、引橋箱梁，形成力的轉(zhuǎn)換與平衡體系，主要由扣點、扣索、扣墩及錨梁、平衡索及錨碇、扣墩錨梁的支承系統(tǒng)五部分組成?？傮w布置見圖5.2-2。圖5.2-2 斜拉扣掛系統(tǒng)總體布置圖.1 扣點為減少傳統(tǒng)的扣點由于焊縫過多給主結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，吊段斜拉扣索的扣點采用在上弦鋼管之下設置的鋼錨梁，連接吊裝的主拱肋與扣索。鋼錨梁通過拱肋的節(jié)點板支承拱肋，并以螺栓與拱肋節(jié)點板的綴板臨時連接。鋼錨梁由鋼板焊接而成，依扣

7、索位置及索力不同而設置，扣點處主弦鋼管及節(jié)點板進行了局部加強，對于索力大于1000kN的扣索在每一扣點處加設工形塊反力架。.2扣索扣索的作用是將拱肋安裝期間的拱肋自重等施工荷載傳遞于扣墩及錨梁，并適當調(diào)整主拱肋的標高。各吊裝節(jié)段均設扣索，每組扣索4束，對稱布置于拱肋的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。扣索采用強度標準值1860MPa 鋼絞線，采用單端張拉，張拉端位于交界墩錨梁，固定端位于拱肋扣點，均采用“P”型錨具。.3扣墩及錨梁利用上承式拱橋交界墩墩身較高的特點，將交界墩作為吊裝扣墩，并在其上設置鋼筋混凝土錨梁，以承受扣索、平衡索傳遞的全部施工荷載。.4平衡索及錨碇為平衡交界墩頂錨梁扣索水平力而設置的平衡索，一端

8、連接于交界墩頂錨梁，另一端連接于橋臺。橋臺通過預應力錨索錨固于山體巖石上。橋臺兼作為平衡索-預應力錨索的錨梁，臺身背面作為平衡索的固定端錨固面，臺身前面作為預應力錨索的張拉端錨固面。.5扣墩錨梁的支撐系統(tǒng)借助引橋箱梁橋臺臺后巖面構(gòu)建交界墩錨梁的支撐系統(tǒng)，使錨梁可以先承受較大的向岸側(cè)的平衡索水平力。由于向岸側(cè)的平衡索水平力先期存在，使向河側(cè)的每一次張拉的扣索水平力的幅度得以較大地提高(僅需累計扣索水平力不超過累計的平衡索水平力)，方便了施工及其施工控制。引橋橋臺端，與橋臺背墻間預留有伸縮縫間隙（寬812cm），以硬木與橋臺背墻楔緊，橋梁安裝完成后硬木即予拆除。鋼管拱肋節(jié)段拼裝.1節(jié)段安裝順序拱肋

9、雙肋組拼拼裝，有橫撐的節(jié)段，雙肋間靠橫撐（半“米”撐）聯(lián)結(jié)，無橫撐的節(jié)段，雙肋間靠臨時聯(lián)結(jié)系固定，落位栓結(jié)后隔節(jié)段拆除臨時聯(lián)接系，周轉(zhuǎn)使用。兩側(cè)采取對稱安裝的施工順序，兩側(cè)原則上最多允許相差2個節(jié)段。.2施工準備鋼管拱肋節(jié)段現(xiàn)場立體組拼工作需要在下述項目完成后方可進行： 完成纜索起重機的安裝和試吊，確認達到使用條件。 完成扣掛體系土建工程施工，包括橋臺預應力錨索。 完成引橋箱梁架設，形成完整橋面。 完成立體組拼平臺的搭設和龍門吊的安裝、驗收；完成鋼管拱肋的工廠加工、臥拼，并分批次運至現(xiàn)場存放，存放量以滿足兩節(jié)段“11”組拼為準。.3立體組拼按以下步驟進行雙肋立體組拼，形成吊裝單元。 在引橋上安

10、裝一臺龍門起重機，起重機凈跨20m，龍門起重機跨中與橋面道路中心重合。 在橋面上指定支點位置安裝墊枕，墊枕頂面高度按拱肋下弦軸線放樣確定。 組裝拱肋n節(jié)段下弦管及其間的橫聯(lián)桿件和中間下橫撐。 組裝n節(jié)段腹桿。兩相鄰腹桿以臨時連接件固定，拉纜風或加支撐，以防止傾倒。 安裝n節(jié)段斜撐，并將其與上弦管連接的節(jié)點板栓在斜撐上端。 將n節(jié)段上弦弦管及其間的橫聯(lián)桿件在兩拱肋間的橋面上組裝好，然后安裝于設計位置。 按照n節(jié)段順序安裝n+1節(jié)段。 依次定位安裝中間斜撐，上橫撐和M撐。 焊接為方便安裝預留的工廠焊焊縫，緊固螺栓。 拆開n、n+1節(jié)段接頭，并用纜索起重機吊裝n節(jié)段。 重新調(diào)試支點墊枕位置及頂部標高

11、。將n+1節(jié)段移到岸端，以n+1節(jié)段為基準，按上述相同的方法組裝n+2節(jié)段拱肋。依此類推，直至十五個鋼管拱肋節(jié)段拼裝完成。每次立體組裝兩段，拼裝完成后，拆下前一段吊往安裝位置正式安裝，后一段留下作為再下一段立體組裝的基準。正式安裝前，取下遮蓋安裝測量基準的鐵皮。即雙肋立體組拼次序為1#+2#2#+3#3#+4#4#+5#?？鐑蓚€節(jié)段的斜腹桿，在立體組拼時，裝在下一個節(jié)段上，并用臨時撐桿點焊固定或用繩索將其固定。安裝M撐及橫向聯(lián)接桿件時要考慮焊縫收縮，預留焊縫收縮間隙，保證工件吊裝過程中的對位準確。立體組拼采用沖釘定位，高強度螺栓緊固。測量調(diào)整合格后，焊接節(jié)點板焊縫。焊接完成后，取下沖釘，裝上螺

12、栓擰緊，然后進行局部清理，補噴鋁層和油漆。.4起吊扣、平衡索安裝為了不影響關鍵工序，平衡索在吊裝前一次安裝到位。平衡索規(guī)格及索力在設計時考慮與扣索對應設置，鋼絞線采用單根下料，由于平衡索長度較短，重量較輕，安裝采用人工直接拖拉安裝。每一節(jié)段吊裝就位后即進行扣索安裝，扣索安裝采用在鋼管拱端口處掛1個10t的轉(zhuǎn)向滑車，在引橋上安裝2臺10t卷揚機，一臺做為牽引固定端鋼鉸線用，另一臺做為溜放和提升張拉端鋼鉸線用。起吊在立體組拼檢驗通過并確認吊裝體系運轉(zhuǎn)正常和扣、平衡索體系完備后，即可進行拱肋吊裝作業(yè)。拱肋吊裝采用“四點抬吊、正吊正落”方法，雙肋同時起吊，吊點盡量靠近腹桿節(jié)點板。鋼管拱肋采用1+1在引

13、橋上立拼且四點同時起吊的施工方法，由于第n段鋼管拱肋在第n1段拱肋的后方，第n段鋼管拱肋吊裝時必須要跨過第n1段拱肋。.5對位栓結(jié)鋼管拱肋慢起慢落，在測量組的指示下，初步落位，再精確對位。拱肋順橋向水平位置由運行小車的移動進行調(diào)整，豎直位置由吊鉤起落調(diào)整；橫橋向水平位置由吊點確定（吊點正對拱肋中心線），豎直位置由吊鉤起落調(diào)整。第一節(jié)段與預埋鋼管座采用套接方式，在第三節(jié)段安裝完成前保持鉸接狀態(tài)。預埋鋼管座內(nèi)徑比主弦鋼管外徑大6cm，富余量較小，為了縮短對位時間，施工時先精確定位預埋固定下弦四根管座，上弦四根管座粗定位并可進行調(diào)節(jié)。下弦管對位時，依靠吊鉤的起落并配備導鏈調(diào)整位置，測量工作全程跟蹤，

14、及時傳遞數(shù)據(jù)，確保三維定位準確。其余各節(jié)段間均以高強螺栓聯(lián)結(jié)，螺栓連接前操作人員進入已安裝完成的主弦管內(nèi)，待主弦管對位后進行螺栓連接操作，對位時依靠吊鉤的起落并配備導鏈調(diào)整位置。.6平衡索、扣索張拉及線形調(diào)整每一節(jié)段吊裝前進行平衡索張拉，吊裝基本就位后張拉扣索，二者采用不同步的原則。平衡索按照計算得出的數(shù)據(jù)進行吊裝前張拉，每次張拉的力可平衡1到2個節(jié)段的扣索力。扣索張拉的基本原則是始終保持水平方向扣索索力總值小于平衡索索力總值。該規(guī)定需在施工中嚴格執(zhí)行，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應立即停止，分析原因，進行糾偏。平衡索的張拉YCD24型千斤頂分批進行單根張拉張拉的方式進行，按設計噸位進行張拉到位后不再做調(diào)整

15、。張拉時上下游同號平衡索對稱進行。節(jié)段就位后，通過扣索對標高進行調(diào)整。張拉扣索的同時松吊點，待力全部交于扣點且拱肋標高（修正計算后）、軸線調(diào)整滿足規(guī)范要求后，取下吊點。拱肋端為錨固端，張拉端在交界墩砼錨梁上，張拉端用YCW250YCW350型穿心式張拉千斤頂張拉調(diào)整；張拉到位后將張拉端夾片鎖定。節(jié)段軸線的調(diào)整先初步定位，預估偏位值，然后加事先準備的不同厚度鋼墊片，若墊片超過16mm仍無法糾偏到允許值，則采取將中間聯(lián)結(jié)系一側(cè)解開加墊片的方式進行調(diào)整?？鬯鲝埨捶旨墶ΨQ的原則進行，即4個工作點同步張拉。前八個吊段的扣索一次張拉到位，從第九個吊段開始，扣索的張拉分23個等級進行。張拉順序及索力嚴格

16、按照設計文件進行，每索同級索力允許誤差為±1%，且各千斤頂?shù)耐街畈坏么笥谟捅碜x數(shù)的最小分格。各扣索張拉一級，暫停15至20min后，測試各項數(shù)據(jù)，經(jīng)有關各方確認后，再進行第二級張拉循環(huán)。為使同組各根鋼絞線受力均勻，現(xiàn)場配備YCD24型千斤頂進行單根張拉調(diào)整。索力用頻譜分析儀測試，在調(diào)索過程中實施監(jiān)控，確保施工安全。.7節(jié)段施焊節(jié)段及節(jié)段間的焊接可以在節(jié)段繼續(xù)向前安裝過程中進行，焊接工作不再占用關鍵工序時間。在n+4節(jié)段安裝就位后，可進行n節(jié)段的焊接操作。焊接設備可置于橫撐處的平臺上，焊接位置設鋼筋制作的操作吊籃以滿足焊接空間的需要。 .8合龍拱肋節(jié)段安裝完成后，盡快地實施合龍。合

17、龍前通過扣索，對拱肋進行線形、標高的調(diào)整，并根據(jù)需要進行溫度修正，選擇溫度穩(wěn)定時段實施瞬時合龍。在拱頂中部預留節(jié)段合龍缺口，在扣點高程滿足設計要求的情況下（高程內(nèi)應計入溫差校正值），丈量缺口長度，加工合龍節(jié)段，并在一天內(nèi)最接近設計溫度時合龍。一側(cè)利用纜索起重機，不設置扣索，合龍時以另一側(cè)標高為準進行調(diào)整。.9卸扣空鋼管拱肋合龍、各節(jié)段接頭周圈焊接完成并形成無鉸拱后，進行逐級松扣，將扣索拉力轉(zhuǎn)換為拱的推力，使空鋼管拱肋呈自重作用下的無鉸拱狀態(tài)。各扣索松一級，暫停15至20min后，測試各項數(shù)據(jù)，經(jīng)有關各方確認后，再進行第二級放松循環(huán)直至拆除。拆除后應對拱肋進行全面測試，特別是拱軸撓度、拱軸線偏移

18、測量，根據(jù)測量結(jié)果研究決定管內(nèi)混凝土灌注順序。.10施工監(jiān)控拱肋吊裝中，需要對拱肋桿件內(nèi)力、拱軸線高程、軸線偏位、扣索索力、扣墩偏移以及纜索起重機的主要結(jié)構(gòu)等進行全過程的施工跟蹤監(jiān)測和控制。施工監(jiān)測和控制在每天氣溫、日照變化不大的時候進行，盡量減少溫度變化等不利因素的影響。需要施工監(jiān)控單位配合完成的項目如下： 拱肋桿件應力測試：由監(jiān)控單位完成。 高程、軸線監(jiān)測：結(jié)合兩岸地形用兩臺PENTAX-V2全站儀進行監(jiān)測。每一扣段安裝完成后，調(diào)整扣索，使各測點高程和軸線控制在允許范圍內(nèi)。 扣索索力監(jiān)控：用頻譜分析儀測試扣索索力，結(jié)合千斤頂油表讀數(shù)監(jiān)控索力。 扣墩偏移：用全站儀對扣墩縱橫向偏位進行觀測，通

19、過調(diào)整平衡索，使扣墩偏位控制在設計允許的范圍內(nèi)。 纜索吊裝系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)：錨碇上應設置標志，吊裝期間密切觀察標志移動情況；主索、起吊鋼絲繩、牽引鋼絲繩的磨損程度，卷揚機、滑車等機械設備，選經(jīng)驗豐富的起重工、機械工隨時和定期檢查，并及時更換易損件部分，保證吊裝系統(tǒng)的正常使用。 氣象信息：吊裝期間收集中長期天氣預報和短期天氣預報，收集氣象水文資料，防止惡劣天氣影響吊裝安全。6 材料與設備（見表6-1）表6-1 主要材料及機具設備表序號名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1纜索起重機WJLQ3000KN型臺1單跨雙索道13對講機5km臺16指揮、聯(lián)系15全站儀徠卡702臺1測量定位16鋼絞線j15.24t195斜拉

20、扣掛系統(tǒng)17混凝土C40、C50m 32377斜拉扣掛系統(tǒng)18鋼材Q345t562斜拉扣掛系統(tǒng)19錨具OVM套244斜拉扣掛系統(tǒng)20擠壓機JYJ400臺1鋼絞線P錨21穿心千斤頂YDCJ240、 YCW250、350套各4扣索、平衡索張拉22電焊機NBC-400臺247 質(zhì)量控制各階段質(zhì)量控制、驗收按照如下規(guī)范、標準進行控制：公路工程技術標準（JTGB012003）公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD602004）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D622004）公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTJ0241985）起重機設計規(guī)范（GB38111983）鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB5001720

21、03）優(yōu)質(zhì)鋼絲繩標準（GB89181996）起重機用鑄造滑輪標準（GB/T90051999）建筑卷揚機標準（GB/T19552002）公路工程質(zhì)量檢驗評定標準（JTJ F80/1-2004）公路橋涵施工技術規(guī)范（JTJ041-2000）鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規(guī)范（JGJ82-91）建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術規(guī)程（JGJ81-2002）鋼管砼結(jié)構(gòu)設計與施工規(guī)程（CEC2890）8安全措施鋼管拱肋安裝須明確崗位操作責任制，統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一行動。除指定的現(xiàn)場指揮人員外，其他任何人不得發(fā)號施令。高空作業(yè)人員必須先經(jīng)身體檢查合格，不合適高空作業(yè)的人員不得勉強進行高空作業(yè)。高空作業(yè)時，不僅要戴安全帽

22、，穿防滑鞋，設置安全網(wǎng)，還應檢查是否有系安全帶、安全的位置。遇有下列情況之一時，不得進行吊安裝作業(yè)：作業(yè)人員看不清、聽不清指揮信號；大中雨、嚴寒冰雪和五級以上大風天氣；夜間照明不良。高空作業(yè)的下方設明顯的警告標志，在此危險區(qū)域內(nèi)，無關人員嚴禁進入。鋼管拱肋上設置安全通道，滿足人員通行和操作需要。9環(huán)保措施重視環(huán)境保護工作，強化環(huán)保意識，學習環(huán)保知識，建立環(huán)境保護小組。施工機械防止嚴重漏油，禁止機械在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的油污水未經(jīng)處理就直接排放，或維修施工機械時油污水直接排放。修建臨時排水渠道，并與永久性排水設施相連接，隨時清理，防止淤積和沖刷。 采用爆破控制技術，盡量減少對植被的破壞，破壞處及早進行恢復。10效益分析纜索起重機的設計、安裝可與鋼