斜拉扣挂法安装大跨度钢箱系杆拱桥施工工法.docx
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1、斜拉扣挂法安装大跨度钢箱系杆拱桥施工工法1、前言随着我国钢铁工业和钢结构技术的迅猛发展,钢结构桥梁的数量也在不断增加,在国 内下承式系杆拱桥出现较早,这种桥式多为钢筋混凝土结构,有柔性系杆刚性拱、刚性系 杆柔性拱和刚性系杆刚性拱之分。拱肋的推力由系杆承受,墩台和普通梁桥一样只承受竖向压力,这就减轻了墩台的负担,因此多用于跨径较大的桥梁。柳林河一号大桥为钢箱式系杆拱桥,本钢桥为1-130m下承式单线铁路简支系杆拱桥结 构,由拱肋、系杆、吊杆、横撑、横梁、桥面板组成,其中拱肋、系梁、 横撑为箱体;吊 杆为H型;横梁为T型;桥面板为正交异性板。通过现场的调查和方案比选,确定采用斜拉 扣挂法安装大跨度
2、钢箱系杆拱桥的施工技术。该关键技术获得2项实用新型专利: 1、扣、 锚索张拉装置专利号 ZL 201120081634.6。2、支架法安装钢管拱拱节段坐标调整装置专利号 ZL 201320837280.22、工法特点2.1 全桥采用自行设计的 2400KN 缆索起重机进行吊装作业,适用于跨度较大、地 形条件比较复杂,尤其是深峡谷中大型机械设备无法进场施工的地方,具有易操作、易掌握、施工方便、工艺简单、成本低、安全等特点。2.2 缆塔塔架为刚架结构选用万能杆件拼装而成,包括双塔架及上、中、下三道横联 结构,塔架中心间距 14 米,单个塔架外形尺寸 4 米2 米,塔架与基础采用铰接,易于安装,结构
3、稳定安全。2.3 在两侧桥台上设置格构式的钢管柱扣塔,并于扣塔上设置扣、锚索张拉锚梁,用于扣挂拱肋和连接锚碇;2.4 GX 拱脚节段分为 2 节进行安装,上半节采用缆索起重机吊装斜拉扣挂固定,下半节采用支架法进行安装,减少了吊装重量,提高了安装精度。2.5 通过采用空中扁担梁横移控制与地面横移小车控制相结合的方法,大大增加了缆索吊的吊装范围,成功解决了场地狭小情况下起吊大型构件的难题。2.6 通过设置平衡水平推力装置,充分利用了两岸岩层情况较好的优势,大大简化了以往设置临时系梁的施工方法,节约成本,降低了施工难度。13、适用范围本工法适用于跨度较大、地形条件比较复杂,尤其是深峡谷中大型机械设备
4、无法进场施工的大跨钢箱系杆拱桥安装施工。4、工艺原理选择起吊点设在方便一侧,两岸对称安装,所有钢构件的加工制作及预拼装均在钢结 构加工厂完成。采用先拱后梁的拼装顺序,组织钢构件按照拼装顺序陆续进场。首先安装 拱脚支撑,然后采用缆索吊进行拱脚拱、系部分安装及现场焊接,扣索后进行拱脚处 A 型 桥面板安装。 第二步:缆索吊机两岸对称进行拱肋和横撑安装。第三步:两侧对称安装吊 杆。单钩或者双钩辅助过扣塔,纵向就位后单钩吊装、横移就位。第四步:单侧双钩进行系杆安装,人工横移就位连接。第五步:全桥合龙后拆除缆扣体系,进行桥面附属施工。5、施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程:缆索吊设计 缆索起重机
5、拼装验收 扣塔塔架安装 拱肋节段拼装并焊接 吊杆安装 系杆安装 桥面板安装及焊接 桥面系及附属施工。5.2 操作要点5.2.1 缆索起重机拼装缆索起重机塔架、塔顶索鞍及分配梁、起重跑车、缆索系统零部件运到现场后首先在 预定拼装场地上采用 50t 汽车吊进行拼装,拼装施工需由有资质的单位按缆索起重机拼装说明顺序进行。(1)缆索吊机塔架安装见图 5.2.1-1图 5.2.1-1 缆索吊机塔架安装 施工缆索吊机塔架基础及锚碇,埋设塔架基础预埋件及锚碇预埋件。2 拼装塔架、塔顶工作平台。0#台:地面杆件运输采用 25t 汽车吊配合人工施工,塔架上杆件垂直运输采用摇头扒杆施工, 卷扬机采用 50t 汽车
6、吊吊装至山顶卷扬机布置平台。1#台:杆件拼装及卷扬机安装采用汽车吊配合施工。第 1 节 4m 节段单杆件散拼成型,以上节段部分连接件(如四周 “米”字型结构),可 先在地面拼装, 而后利用吊机或者摇头扒杆吊离地面在空中对接组拼;其它小杆件及连接 板等均采用摇头扒杆吊离安装。拼装至设计有横梁的高度应及时将横梁予以联结,以使拼装中的塔架始终处于稳定状态,塔架安装完成后及时安设后缆风绳。 将索鞍底梁、滑车、塔顶缆风分配梁安装到位,挂设后风缆及通风缆。 将索鞍分配梁、索鞍支座、牵引滑轮等索鞍系统构件吊装至塔顶,将索鞍拼装到位。 解除塔底临时抄垫,使塔架和基础铰接。缆塔塔架组装过程中与基础采用临时焊接形
7、成刚性结构, 做法如下:塔架基础预埋件 Y2 联接下铰座, 下铰座与上铰座栓接;同时将塔柱底部与基础顶面相应预埋件 Y1 临时焊 接,中间设 5cm 钢板临时抄垫,将塔柱固定于基础上,形成刚性结构。塔架及塔顶索鞍安装完毕后,解除两侧临时抄垫,使塔架与基础转换为铰接状态。摇头扒杆安装示意图见图5.2.1-2。图 5.2.1-2 摇头扒杆安装示意图索鞍安装分为二部分,一部分为索鞍下承重梁及索鞍分配梁的安装,二部分为索鞍各轮系安装。索鞍部分的安装采用在索塔顶上安装一个门字架,在门字架上挂设滑车,用卷3扬机作为提升动力进行吊装,为方便索鞍的高空安装,索鞍部分的连接采用高强螺栓。索鞍示意图见图 5.2.
8、1-3。图 5.2.1-3 索鞍示意图(2)挂设临时拖拉索见图 5.2.1-4图 5.2.1-4 挂设临时拖拉索示意图 将一根28 牵引索缠绕于兴县侧主地锚 10t 卷扬机上,牵引一端自兴县侧塔架外侧向上至塔顶,绕过牵引索转向滑轮后再降至河面。 采用渡船将28 钢丝绳引渡过河至太原侧(船前进的同时, 放松 10t 卷扬机)。 将28 钢丝绳端头绕过太原侧塔顶索鞍牵引索转向滑轮,拉至该侧主地锚,并缠绕于 10t 卷扬机上。 将另一根28 牵引索置于兴县侧塔架下,牵引一端自兴县侧塔架外侧向上至塔顶,绕过牵引索转向滑轮后,用绳卡将端头固定在第一根牵引索上(绳卡每隔 20m 一个)。 收放兴县侧、太原
9、侧两岸 10t 卷扬机,拖拉另一根牵引索至太原侧塔顶,并临时栓固。(3)挂设主索见图 5.2.1-54图 5.2.1-5 挂设主索示意图主缆索设计为56mm 钢芯钢丝绳(1870Mpa),且受地形条件限制(跨越柳林河),因此,在架设主缆索时,采用“小索代主索在滑道上直接拖拉法” 安装工艺。 在两岸安设 JM3 型 100KN 卷扬机,用已经拖拉过河的28 钢丝绳作为二级牵引绳用。 把28 钢丝绳安装到 JM3 型 100KN 卷扬机上,然后利用其拖拉42mm 工作绳 (或牵引绳)至兴县岸塔架,穿过索鞍滚轮,固定于西岸主地锚的附设辅助环上,固结方 式用绳卡。安装 2 根42 的两座塔架间对拉工作
10、钢丝绳,做为下部56mm 主缆索绳安装的滑行轨道线。 架设固定好后, 以此做为主缆索安装的工作缆索道。首先在工作绳上安装 20t 铁滑车,将主索端固定在铁滑车上,用 100KN 卷扬机拖拉此滑车在工作绳上滑行,将主索拖拉过河通过塔架索鞍用绳夹固定在主地锚上。 待主索全部跨越索鞍进行锚固后,在兴县侧用 15T 倒链对主索垂度进行调整,主 索安装垂度 10.05m,结合全站仪定位精确调整各主索,使每两根主索的跨中高差不大于2cm。(4)挂设起重索将24 钢丝绳置于兴县侧主地锚附近,将其一端牵引至兴县侧塔顶绕过起重索滑轮后临时锁定。(5)安装跑车见图 5.2.1-65图 5.2.1-6 安装跑车 利
11、用兴县侧塔顶鹰嘴在塔顶工作平台上分别安装跑车 A 、B ,先安装太原侧跑车 A,安装时先解除分配梁、挂架长轴, 分别利用塔架顶的简易扒杆吊放, 并对正放于主索 上,调整好位置后,在跑车底部进行抄垫,使跑车走行轮底与索鞍滑轮顶在同一高度,并利用一根长临时钢丝绳打梢,然后安装分配梁、上挂架及其他配件等。 将太原侧28 牵引索活头打梢在跑车 A 前牵引滑轮上,作为临时牵引跑车,用 28 联车绳一端连在跑车 A 之轮轴上,一端打梢在兴县侧塔顶上。拆除跑车 A 底下的抄垫, 使跑车 A 座在 4 跟主索上,起吊跑车 A 下挂架(不含配重),用细千斤绳吊挂于跑车 A 上挂架下方。 另取一根24 起重索钢丝
12、绳,置于兴县侧主锚碇,一端缠绕于该侧起重索 10t 卷 扬机上,另一端头绕过塔顶索鞍起重滑轮,穿过跑车 A 上、下挂架定、动滑轮,并临时固定在跑车 A 上, 开动太原侧 10t 卷扬机, 使跑车向太原侧移动 5m。 参照“”, 在兴县侧塔顶安装跑车 B。(2)扣塔安装扣塔在预拼场进行节段组装,每组装完成一节段,采用缆索起重机整体吊装至指定位置进行安装。塔架逐层向上拼装高度达到设计图纸要求,在拼装过程中塔架要及时设置临时缆风, 当到达缆风绳位置时再设置永久缆风绳,上层采用 242 钢丝绳,下层缆风绳使用 242钢丝绳,其设置的系点、锚点、锚固方式按设计图纸实施。5.2.2 检查验收: 静载、动载
13、试验5.2.3 施工步骤第一步:首先安装拱脚支撑,然后采用缆索吊进行拱脚拱、系部分安装及现场焊接,扣索后进行拱脚处 A 型桥面板安装。在拱脚和桥台后背之间挤紧方木限制横向位移,平衡6水平推力。第二步:缆索吊机两岸对称进行拱肋和横撑安装。第三步:两侧对称安装吊杆。单钩或者双钩辅助过扣塔,纵向就位后单钩吊装、横移就位。第四步:单侧双钩进行系杆安装,人工横移就位连接。 第九步:桥面板安装采用扁担梁下设电动葫芦 4 点起吊,对称安装。第五步:全桥合龙后拆除临时系杆以及缆扣体系,进行桥面附属施工。5.2.4 拱肋施工大、小里程,左、右双侧, 拱肋相同结构均有 4 个(合龙段 2 个)。安装过程中顺序为:
14、小里程左侧 GX 节段吊装 小里程右侧 GX 节段吊装 大里程左侧 GX 节段吊装 大里程右侧 GX 节段吊装 小里程左侧 G1 节段吊装 小里程右侧 G1 节段 吊装 大里程左侧 G1 节段吊装 大里程右侧 G1 节段吊装 中跨左侧 G6 合龙 中跨右侧 G6 合龙。拱肋安装采用抬吊方式,吊钩下方横桥向设置 2 道扁担梁,拱肋起吊前,在扁担梁上 先控制吊索位置,起吊就位后安装挂扣系统进行张拉,每吊装一段或多段拱肋后,应尽快装好临时横向连接系,确保横向稳定。(1)扣点、锚箱设置扣点设置:拱肋在吊装之前均,按照扣挂体系设计图纸要求在拱肋上部靠近下一安装节段横隔板处焊接临时扣点。 见图 5.2.4
15、-17图 5.2.4-1扣点结构及设置示意图锚箱设置:锚箱与扣点采用销轴铰接, 然后与扣索钢绞线连接;通过扣索钢绞线张拉来实现拱肋扣挂稳定。 见图 5.2.4-2。图 5.2.4-2 锚箱结构示意图(2)拱脚 GX 安装GX 结构为拱肋和系杆连接体,安装过程分步进行。 在系杆上部 800mm 位置处分界,将 GX 结构分为拱肋和系杆两部分,分步安装后进行焊接。在桥台扩大基础开挖同时进行 GX 结构安装支架基础平台开挖,支架采用钢管柱,基础平台采用混凝土结构(浇筑时候预埋钢板,以便将来焊接钢管柱及工字钢)。拱脚 GX 节段分为两节段进行桥位安装,第一节段采用支架法原位安装,每侧支架采 用一排 2
16、 根直径为 630mm 的钢管柱支撑,钢管柱中心线距每侧支座横向中心线 8 米,钢管 柱之间加设 16b 号槽钢和 10 号槽钢组成的横向连接系,钢管柱与下侧条形基础预埋件有效连接。 见图 5.2.4-3。图 5.2.4-3 GX 结构支架体系示意图8先进行 GX 结构系杆吊装。 由于主索中心间距为 14m,而系杆中心间距为 9m,所以系 杆吊装工作需要在跑车吊钩下方设置扁担梁来实现。横向设置两道扁担梁,在扁担梁上控 制位置,设置吊索,通过两扁担梁下方吊住系杆(详见图 3-6-6),纵向移动,然后下落安放于支架顶部对位;先进行支座对位安装,然后精调系杆位置。GX 结构系杆安装完成后,进行 GX
17、 结构拱肋部分安装。 同样通过两横向扁担梁来控制吊装位置,纵向移动,然后落位与系杆焊接。焊接完毕后安装扣索,并张拉成型。如此依次安装 4 个部位的 GX 结构部分。最后安装端横梁,端横梁与 GX 结构栓接连接。拱脚安装完毕后,需要对拱脚进行临时定固,以保护支座受力。具体做法是在桥台胸 墙和防落梁挡块内侧采用工字钢顶住拱脚,临时焊接成刚性整体。待全桥合龙后方去除临时定固,实现支座受力体系转换。(3)拱肋 G1-G6 安装施工准备 拱肋起吊 空中运输 精调对位 临时码板固定 锚、扣索张拉 缆索吊松钩 焊接中间节拱肋通过吊钩扁担梁进行吊装。扁担梁上横向对位后起吊,然后纵向移动,下 放就位, 与前一节
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