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1、大跨度箱形拱桥斜拉悬臂施工工法1 前言斜拉悬臂法施工是拱桥架设最常用的方法，其吊装常采用缆索吊装系统，因此有时也称为缆索吊装。即利用支承在索塔上缆索运输与安装桥梁构件的施工方法。这种架设方法根据缆索吊机的吊装能力，将拱肋分段预制，由缆索吊机先将拱脚段吊装就位，并用扣索将其固定，再依次吊装其余各段并与先吊段对接，直至全部吊装合龙。缆索吊作为一种特殊类型的起重设备，具有其独特的优越性，不受气候与地形的限制，适用跨越深峡谷或深水地区的大跨度拱桥施工安装，在特定的条件下能够发挥其他起重机械无法比较的优越性。中铁三局集团第五工程承建的安康危桥改建加固工程獐河沟大桥，平面位于半径R=253.525及R=2
2、60的S型曲线内，主跨为70m矢高10m的等截面悬链线箱形拱桥。一孔主拱圈由6片拱箱组成，每片拱箱分为3段预制吊装，合龙成拱，为大跨径无支架箱形拱桥施工积累了成功经历。2 工法特点2.1充分发挥缆索吊空中的运输功能，受地形限制小，减少施工便道与运输本钱。2.1跨越能力大强，尤其适用跨越深峡谷或深水及航道，不受水深及通航影响。2.3斜拉悬臂施工，索道架设、下部构造施工及拱肋预制同步进展，缩短工期，缆索系统能够重复使用，装拆方便。2.4水平、垂直运输机动灵活，适应性广，施工比较方便稳妥。3 适用范围本工法适用于跨越深谷、深水、通航河道或施工时不能中断交通的桥梁工程，利用支承在索塔上缆索运输与安装桥
3、梁构件。4 工艺原理斜拉悬臂缆索吊装箱形拱桥施工，根据施工现场的地形地势进展缆索设计、验算后，在两边架设施工塔架，主拱圈分节段从拱脚向拱顶悬臂施工，用斜拉索将悬臂的拱圈拉扣在塔架上，合龙段由主索形成天扣合龙从成拱，每片拱箱可以扁担梁或通过横移索鞍吊装就位。塔架的平衡是由背索及侧向八字缆风来维持，背索或拉在地锚上或拉在边跨上。见图4-1 5 施工工艺施工方案确实定施工前根据拱桥的设计跨径、构造形式、构件重量及吊装数量，结合施工现场的实际地形地势，因地制宜选择吊装方案，拟定缆索吊的设计跨径、塔架高度及塔架的拼装形式等，研究制定可行的吊装方案及施工步骤，进展缆索的设计、验算及拼装，为拱桥施工做好准备
4、。缆索吊设计设计时应满足以下要求：预制拱段能方便进入吊装范围；具有足够的吊装净空；为适应拱肋安装“正吊正扣情况，采用两组主索，索鞍设计为可移动索鞍，以满足拱肋节段的全方位吊装；吊钩下设扁担梁，以满足在进展绞缝施工后对腹拱进展必要的外观修复。缆索设计为整个拱桥吊装施工的关键工序。直接关系到拱桥施工的平安、质量与工期，关系到施工的成败，必须高度重视。由缆索系统、扣索系统、索塔及锚碇组成。缆索系统：缆索系统一般由承重主索、天线跑车、起重索、牵引索等组成。承重索的直径与根数需根据主索跨度与起吊重量通过计算确定。考虑到减少主索的横移次数、加快吊装进度及单基吊装双基合龙等要求，采取使用两组主索的方案，并通
5、过横移主索满足分片吊装；为使每根主索均匀受力，将一组内的钢绳穿过设于锚碇的特制大滑轮，将各根钢绳用索夹连接起来。扣索系统：拱肋在合龙前不是拱构造，斜拉悬臂施工法将扣索与拱肋组成斜拉构造。有“天扣、“通扣、 “塔扣及“墩扣等形式。本工法采用“墩扣形式，即在拱座上拼装扣塔，悬挂拱肋边段，合龙段采用主索形成“天扣，通过横移主索，采用“正吊正扣的方法就位合龙。扣索的使用的目的是调整与控制拱肋的标高，并于缆风一起维持拱肋的横向稳定性。扣索强度设计平安系数取2.02.5。塔架:又称索塔。采用斜拉悬臂施工时，有斜拉扣挂与缆索吊装两套系统，对应需要有扣塔与索塔两种塔架。这两种塔架有别离布置与共用两种方案。本工
6、法采取主索塔架索塔与扣索塔架分开布置，扣索与斜拉索不受拱肋吊装时主塔架变形影响，有利于拱肋合龙前的稳定性与拱肋线形的调整。索塔由塔脚、塔身、塔顶、索鞍与抗风绳五局部组成，塔架的构造形式、高度根据缆索吊的水平跨度、最大垂度、拱肋顶标高、地面标高等确定。本工法塔架采用M型万能杆件拼装，塔脚采用固结形式，塔顶位移限制值为H/400。塔顶索鞍采用单滑轮式，滑轮直径宜大于15倍主索直径，滑轮轮槽的宽与深均应略大于主索直径，以减少钢丝绳与塔架的摩擦力，减小钢丝绳磨损同时使塔架受到较小的水平力。锚碇：锚碇作为缆索吊装时主要受力系统，它将主索、工作索、抗风、转向滑轮等传来的力传至地层。锚碇的形式根据锚碇受力与
7、所处的地形地质条件通过计算确定。大型吊装施工中，多采用重力式、埋置式、嵌固式锚桩等。后锚的设计由抗拔、抗滑、抗倾覆计算确定。缆索吊设计内容：.1根据设计文件及现场实际地形情况确定施工方案，确定缆索吊总体布置方案设计跨径、主索布置、塔架高程、主索垂度、最大吊重及最小吊装净空等；.2天车设计；.3选定吊具，起吊滑轮组及索鞍形式及布设；.4根据总吊重确定起重索、牵引索的布设；.5索鞍及塔架设计，背索及地锚设计；5.2.6根据拱肋安装顺序及荷载设计扣塔、扣索及地锚；.7根据地形情况布设风缆系统及其地锚。缆索吊设计时必须对钢丝绳、塔架、天车、滑轮等进展复核验算，以保证各部件的强度、刚度、稳定性满足要求。
8、缆索吊的安装、试吊缆索设备根据设计方案进展设备的配置与安装。首先按照设计进展塔架、地锚施工，按照设计要求进展各种预埋件、拉环的埋设、塔架拼装、索鞍安装及穿索等工作，以完成整个缆索吊装设备。正式吊装前，应对吊装系统各设施进展全面检查，然后进展试吊。试吊分为空载反复运转、静载试吊与吊重运行三个步骤。必须待每一步骤检查、观测工作完成并无异常现象后，方可进展下一步骤。试吊重物可以是钢筋混凝土预制构件、钢轨、钢梁等，一般设计吊重的60%、100%、130%分几次进展。在各阶段试吊中，应连续观测塔架位移、主索垂度、主索受力的均匀程度、动力工作状态、牵引索、起重索在各转向轮的运转情况、主索地锚稳固情况以及检
9、查通讯、指挥系统的通畅性能与各作业组之间的协调情况。试吊后，应综合各种观测数据与检查情况，对各设备的技术状况进展分析与鉴定，然后提出改良措施，确定能否进展正式吊装。主拱圈预制施工工艺与普通混凝土预制构件根本一样，根据拱圈在施工中采取不同预制方法对应不同的施工注意要点。拱圈预制分为立式预制与卧式预制。预制台座一般采用土牛拱胎、支架搭设等。无论采用何种形式，都必须保证设计拱圈的设计线行，拱圈的坐标系统一般以拱脚断面形心为原点，横向按计算跨径等分，拱圈坐标可用于全拱施工放样，在进展拱圈分段预制施工时，必须将坐标系进展转化计算，将各段分别转到水平位置，并改变坐标原点。按照转化后的坐标在预制场对拱弧底板
10、放样，进展拱弧底板填筑土牛拱胎或搭设支架。预制拱圈的根底必须结实，对土牛拱胎必须分层夯实，对于支架根底必须进展预压。拱肋预制时应严格控制各部位尺寸，以保证实际重量与理论重量相符。对拱段端部的尺寸、倾斜角度，预埋件的位置、尺寸、角度，预制时要进展严格检查，保证吊装合龙顺利进展。拱箱预制应一次浇筑完成，及时养护，在拱箱混凝土强度到达设计强度的75%方可起吊运输。吊装准备工作拱肋吊装前应对缆索设备进展系统检查，认真做好技术交底。制定岗位责任制，要求每个作业人员对吊装的程序、工作、责任、平安考前须知了如指掌。吊装前的检查工作主要有：.1检查缆索吊设备与试吊。根据缆索吊设计文件对已安装完毕的缆索吊进展全
11、面检查，包括主索空载时垂度、锚固系统的可靠性、动力系统的状态与行走系统的运行状态。试吊后应对各观测数据与检查情况进展分析与鉴定，提出完善的预防措施。.2检查拱台。墩台帽建成后，应复测拱台位置、每根拱肋的拱座起拱线处的实际高程、跨间距离、拱座的横向间隔、拱座斜面的斜度、各几何尺寸及拱座外表平整度、预埋件位置、拱座面倾角、台背回填等。符合设计要求后，放样出各片拱箱位置中线与起拱线。.3检查预制拱段。内容有检查拱段尺寸、预埋件位置；拱肋上缘弧长宜小于设计弧长510mm，使拱肋合龙时保存上缘开口，便于嵌塞铁片，调整拱轴线。如不符合以上要求，吊装前应采取相应措施。.4检查每根拱肋的实际跨长、几何尺寸及拱
12、肋接头情况；通过测量所得的拱肋长度与墩台之间净跨的施工误差，可在拱座处加垫钢板进展调整。对拱段端部做样板进展校检，标出拱肋中线，以便安装时观测拱肋中线。拱肋吊装.1拱段可采用龙门吊或轨道平车进展运输，一般拱肋采用两点起吊，两点搁置，较长的拱段可采用三点、四点起吊。拱箱吊装可以通过埋设吊环起吊，吊环用3号钢制作，本工法采用捆梁方式进展吊装，采用两点起吊，离拱箱端头0.220.24L，L为拱箱弧长。.2起吊方法与拱肋接头预制场地假设设在桥台后的引道上，那么拱肋有轨道平车运至桥台顶并从索塔下专设门洞处穿过，通过主索进展起吊；假设预制场设在栈桥下河滩，那么拱肋可运到主索下起吊。本工法预制场设置在桥台引
13、道于索塔之间的空地内，在进展起梁后，由主索直接进展起吊，防止再次运输。拱肋接头方式有电焊型钢、螺栓连接、电焊拱肋钢筋及环氧树脂水泥胶等。本工法拱箱接头采用电焊型钢，此种方式接头结实，强度高，但钢材用量大，高空作业，焊固后不能调整标高。.3拱肋悬臂拼装根据斜拉悬臂施工方案确定的拱肋吊装节段与合龙方法，从两拱脚对称悬臂拼装，合龙成拱。本工法的每片拱箱分为三段吊装，双基吊装单基合龙。边段悬挂就位首先吊装两边段拱肋，拱脚段拱肋吊装就位时，下端先对准拱座上标画的中线，上端中线位置用上、下游缆风绳使其中线位置大致符合。待下端落到拱座上并对准中线及起拱线后，调整前端标高，使前端标高比设计标高高出1530cm
14、，然后收紧扣索并卡紧，设计标高值应包括预加拱度值在内。徐徐放松起重索，不摘钩，用风缆调整拱肋中线，中线偏差控制在标准允许范围内。调整扣索，使拱肋端头标高比设计值高出510cm。最后固定风缆，完成边段拱肋安装。拱顶段拱肋就位拱肋吊装节段之间的接头采用对接接头，直接由拱顶段与边段拱肋对接合龙。因此拱顶段拱肋必须采用“正吊正扣准确就位，待拱顶段拱肋与边段的下缘对上后，缓慢降低边段拱肋使其与拱顶段合龙，具体步骤如下。首先用仪器控制合龙段两端标高，徐徐松开起重索，当标高比设计值高出12cm时，关闭起重卷扬机，两端不得与边段相碰。松开两侧边段拱肋扣索，使两侧边段拱肋端头均匀下降，每次以相邻接头标高变化不超
15、过1cm为宜，屡次循环，直至拱顶段合龙，并用厚度不同的薄钢板嵌塞接头缝隙。将索放松压紧接头缝后，应再调整中线偏差至0.51.0cm以内，调整拱轴线，固定缆风。采取分层、间隔、交织施焊的方法，从跨中向两岸进展的顺序进展施焊，每层焊接不得过厚，不得灼伤周围混凝土。拱圈合龙松索过程是对拱圈进展受力体系转换的过程，松索必须按照先松扣索，再松起重索的过程进展均匀对称松索。合龙过程中应对各接头、拱顶、1/4跨处的标高及拱肋中线进展观测。松索合龙的过程中，可保存起重索，待拱肋接头的连接工作全部完成后在完全松索。横向其他各片拱箱通过横移索鞍，将主索拨至拱圈中线位置处后，采取同样的方法吊装就位。拱肋在拼装过程中
16、，纵向稳定通过控制接头标高与及时完成接头的连接工作，使拱肋及早形成无绞拱。横向稳定通过缆风、相邻拱肋的横相连接来保证，及早浇筑拱肋接头及绞缝微膨胀混凝土。拱肋的纵横向连接。当第一片拱肋合龙并调整接头点高程及中心后应及时做好与第一片的横向连接。各片拱肋吊装合龙后，要及早按照设计要求进展接头、纵向的绞缝混凝土的浇筑。浇筑工作从拱脚向拱顶对称进展。缆索吊装观测拱箱在吊装过程中需要进展以下观测：.1主索垂度观测。即可以在索塔塔身上用水平仪或水准仪进展粗略观测，也可以全站仪测仰角通过计算进展观测。本工程施工过程中，采用莱卡TCR402通过红外进展观测。.2塔顶与锚碇位移观测。对高度不大的索塔可在塔顶的上下游端头，各挂一种重量大于5kg的垂球，高度大的索塔那么在
