西門河大橋鋼管拱纜索吊裝施工技術(shù)
2017-11-13
一、工程簡介
西門河大橋位于陜西省安康市紫陽縣，是一座主橋主跨為220米的中承式鋼管混凝土拱橋。拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/4.5，矢高48.88米，凈跨徑217.09米，拱肋截面為1.9米x4.4米的橫啞鈴形四管桁式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管拱兩端分別設(shè)置19m和12m的簡支空心板引橋，主拱肋總重量為960噸。橋址處屬低山河谷地貌，大橋橫跨漢江河谷，兩岸與地方道路相連，相對(duì)高差100-200m。
西門河大橋鋼管主拱肋為全焊接結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)場整體吊裝受到吊機(jī)起吊能力和運(yùn)輸能力的限制。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場吊裝能力將鋼管1條主拱肋分解成9個(gè)吊裝節(jié)段（由于運(yùn)輸?shù)膯栴}，各吊裝節(jié)段又分2個(gè)加工小節(jié)段，全攏段為1個(gè)節(jié)段，在現(xiàn)場第二次組裝成吊裝節(jié)段），全拱肋16個(gè)段及2個(gè)全攏段合計(jì)共17件，及橫撐桁架節(jié)段橫撐7件。
二、施工方案
?。ㄒ唬├|索吊裝系統(tǒng)試吊
按纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)吊重作試吊控制重量，用拱肋節(jié)段加配重作為試吊物，檢驗(yàn)無支架纜索吊裝系統(tǒng)的工作性能。
試吊步驟為起吊卷揚(yáng)機(jī)分次受力、逐次檢查系統(tǒng)各受力部位、起吊試吊物距地面（船面）10cm、再次檢查各受力部位、啟動(dòng)牽引系統(tǒng)運(yùn)梁至跨中、測試數(shù)據(jù)、試吊物運(yùn)回。根據(jù)試吊觀察結(jié)果，對(duì)纜索吊裝系統(tǒng)工作性能作出評(píng)價(jià)后采取相應(yīng)措施。另外，根據(jù)是到檢驗(yàn)卷揚(yáng)機(jī)起吊系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)工作性能以及供電、通航保障系統(tǒng)并采取相應(yīng)措施。
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鋼管拱肋節(jié)段由工廠加工車運(yùn)至工地現(xiàn)場起吊位置，用纜索系統(tǒng)垂直起吊，正落位。鋼管拱肋根據(jù)施工各個(gè)方面統(tǒng)籌的工期安排，分節(jié)段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場?？吭跇蛑废率┕がF(xiàn)場位置待用，安裝時(shí)由安裝方到橋址下施工現(xiàn)場的起吊吊點(diǎn)位置，由安裝施工方將鋼管分拱肋吊索安裝好，起吊拱肋節(jié)段離開施工現(xiàn)場后。在整個(gè)過程中，由港航監(jiān)督部門進(jìn)行通航的協(xié)調(diào)和指揮。
1.拱腳扣段（1#扣段）的安裝
（1）拱腳鉸座、預(yù)埋主管的安裝。澆筑拱座砼時(shí)用三維坐標(biāo)定位方法精確定位，預(yù)埋拱腳鉸座預(yù)埋螺栓及鋼板和預(yù)埋主鋼管，然后通過鉸座預(yù)埋螺栓及鋼板安裝好鉸座。
?。?）第一、第二、第三、第四吊段的安裝。第一吊段，先用上游的兩組主索上的2個(gè)吊點(diǎn)吊運(yùn)上游第一段至拱座旁，一邊降吊點(diǎn)，一邊張拉扣索，慢慢地將拱肋節(jié)段拱腳端置于拱座上，借助拱座上預(yù)埋件通過鏈子滑車逐步調(diào)整第一吊段拱腳端鉸軸鋼管位置，使其與預(yù)埋件的拱腳鉸座接觸密貼。向跨中的一端，用橫向浪風(fēng)索調(diào)整好軸線位置，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高用臨時(shí)扣索調(diào)整標(biāo)高，待力全部交于扣點(diǎn)并拉好抗風(fēng)，拱肋標(biāo)高、軸線調(diào)整滿足規(guī)范要求后，取下吊點(diǎn)。第一節(jié)段吊裝就位后將鉸軸鋼管及與拱腳鉸軸連接的兩斜腹桿灌注50號(hào)砼，待其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后進(jìn)行第二吊段的安裝。
按相同的方法，兩岸對(duì)稱吊完第二吊段、第三吊段，第四吊段用扣索固定，正式扣索掛好后，按設(shè)計(jì)標(biāo)高對(duì)高程進(jìn)行調(diào)整，用浪風(fēng)索對(duì)拱肋軸線進(jìn)行調(diào)整，正式扣索的張拉的放松均按分級(jí)，對(duì)稱的原則進(jìn)行，以標(biāo)高控制為主，同時(shí)兼顧索力索力用頻譜分析儀測試，在調(diào)索過程中實(shí)施監(jiān)控，確保施工安全。以起限位拱鉸、穩(wěn)定拱肋扣段的作用。全橋合攏后再解除此臨時(shí)的連接，并按設(shè)計(jì)要求焊接該接頭。
因焊接節(jié)段間的焊縫是控制吊裝施工工期實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵工序，此工序按招標(biāo)文件規(guī)定，由加工方實(shí)施，因此實(shí)施中需與加工方緊密配合，確保此項(xiàng)工作的順利完成。
2.一般扣段的安裝（2#、3#、4#扣段）
一般扣段參照吊裝程序與拱腳扣段（1#扣段）的施工方法進(jìn)行施工。按吊裝程序，每一正式扣索掛好后，均須對(duì)該扣索之前的扣索進(jìn)行調(diào)索作業(yè)。調(diào)索作業(yè)根據(jù)設(shè)計(jì)方和施工監(jiān)控方現(xiàn)場共同發(fā)布的調(diào)索索力和拱肋標(biāo)高，調(diào)索順序，對(duì)每一號(hào)索采用對(duì)應(yīng)鋼絞線束數(shù)的每岸8臺(tái)千斤頂、油泵張拉設(shè)備，同步作業(yè)，對(duì)稱、分級(jí)張拉，并進(jìn)行特殊的低應(yīng)力狀態(tài)下的夾片防松措施。同時(shí)用頻譜分析儀對(duì)索力進(jìn)行測試，以確保調(diào)索順利開展，確保各吊段間橫撐連接焊縫，節(jié)段間連接螺栓，節(jié)段間連接焊縫結(jié)構(gòu)安全。對(duì)每一扣段，均進(jìn)行一次拱肋軸線、拱肋高程的調(diào)整，避免拱肋的線形、標(biāo)高誤差累計(jì)到最后而造成調(diào)整困難，確保其安裝精度的有效控制。
3.合攏段安裝
拱肋第6#扣段安裝完成后，進(jìn)行不少于24小時(shí)的溫度影響觀測，由反映升溫和降溫過程的“溫度―懸臂端點(diǎn)高程、合攏段長度”關(guān)系曲線分析，為拱肋合攏提供溫度修正的依據(jù)。合攏前通過扣索、浪風(fēng)索，對(duì)拱肋進(jìn)行線形、標(biāo)高的調(diào)整，并根據(jù)需要進(jìn)行溫度修正，選擇溫度穩(wěn)定時(shí)段用設(shè)計(jì)臨時(shí)合攏構(gòu)造實(shí)施瞬時(shí)合攏。設(shè)計(jì)合攏溫度在18℃左右，不超過20℃。臨時(shí)合攏構(gòu)造設(shè)在兩主弦管間，全橋共2個(gè)，通過花蘭螺栓旋轉(zhuǎn)對(duì)拱圈兩側(cè)施力達(dá)到弦桿內(nèi)力調(diào)整及定位的目的。合攏施工方案在得到設(shè)計(jì)方、施工監(jiān)控方、監(jiān)理工程師的共同確定并同意后，制定詳細(xì)的操作規(guī)程，統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，確保合攏時(shí)2個(gè)臨時(shí)合攏構(gòu)件同步完成作業(yè)。合攏后對(duì)拱肋線形及位置實(shí)施精確測量，通過扣索和拱頂合攏裝置進(jìn)行精調(diào)，調(diào)整合格后固定合攏裝置，進(jìn)行各扣段間連接的焊接工作，完成后拆除臨時(shí)合攏裝置。
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空鋼管拱肋合攏、各節(jié)段接頭焊接完成，封固拱腳，由兩鉸拱轉(zhuǎn)換成無鉸拱后，逐級(jí)松扣，將扣索拉力轉(zhuǎn)換為拱的推力。松扣程序?yàn)椋簭目缰?號(hào)扣索開始，兩岸對(duì)稱分級(jí)（扣索拉力分5級(jí)，每級(jí)放1/5），依次（從4號(hào)→1號(hào)）放松，各扣索松一級(jí)，暫停15至20分鐘后，測試拱肋鋼管應(yīng)力、標(biāo)高、軸線及平面位置，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工監(jiān)控方確認(rèn)后，再進(jìn)行第二次放松循環(huán)。最后一級(jí)保留5�左右的扣力暫不放松。松扣后對(duì)拱肋進(jìn)行全面測試，根據(jù)測量結(jié)果來決定糾偏方式（適當(dāng)調(diào)整浪風(fēng)索、部分扣索索力等）和管內(nèi)砼灌注方案和灌注順序。拱肋鋼管內(nèi)砼灌注完成后，徹底放松扣索，利用工作天線、吊塔上扒桿、錨梁位置卷揚(yáng)機(jī)將扣索拆除。 （四）成橋檢驗(yàn)與臨時(shí)墩的拆除
吊裝結(jié)束后，同有關(guān)部門對(duì)橋梁幾何尺寸、內(nèi)部質(zhì)量、外觀進(jìn)行檢驗(yàn)。依次拆除臨時(shí)墩頂支撐拱肋的墊塊（從橋梁兩端對(duì)稱向中間進(jìn)行，使拱肋脫離與臨時(shí)墩頂?shù)慕佑|）、墩頂?shù)南尬谎b置和微調(diào)裝置，并對(duì)臨時(shí)墩頂接觸部位的拱肋外表面進(jìn)行補(bǔ)涂裝。最后，清理現(xiàn)場，恢復(fù)橋面作業(yè)面。
三、施工監(jiān)測和控制
拱肋吊裝中，對(duì)拱肋桿件內(nèi)力，拱軸線高程、橋軸線偏位、扣索索力、扣塔偏移以及纜索吊機(jī)的主要結(jié)構(gòu)等進(jìn)行全程的施工跟蹤監(jiān)測的控制。施工監(jiān)測和控制在每天氣溫、日照變化不大的時(shí)候進(jìn)行，盡量減少溫度變化等不利因素的影響。
?。ㄒ唬┕袄邨U件應(yīng)力測試：對(duì)拱肋的拱腳1/8、2/8、3/8、拱頂截面的上、下弦桿、腹桿進(jìn)行貼片測試，測試方法采用長效電阻應(yīng)變片。
（二）拱軸線高程，橋軸線偏位監(jiān)測：結(jié)合兩岸地形用兩臺(tái)PENTAX-V2全站儀和12臺(tái)精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測。每一扣段安裝完成后，調(diào)整扣索和浪風(fēng)索，使各扣點(diǎn)高程控制在設(shè)計(jì)值±15mm，橋軸線偏位±10mm。
?。ㄈ┛鬯魉髁ΡO(jiān)控：用頻譜分析儀測試扣索及臨時(shí)扣索索力，結(jié)合千斤頂――油表讀數(shù)監(jiān)控索力。
?。ㄋ模┛鬯疲河眉す庹諟?zhǔn)儀對(duì)扣塔偏移進(jìn)行監(jiān)測，通過計(jì)算對(duì)其信息的處理，自動(dòng)化啟動(dòng)千斤頂張拉系統(tǒng)調(diào)整平衡索的索力，使扣塔偏位控制在≤10mm范圍內(nèi)。
（五）纜索吊機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：吊塔桿件應(yīng)力用貼電阻應(yīng)變片進(jìn)行測試和控制；錨碇、索塔上設(shè)置標(biāo)志，吊裝期間密切觀察標(biāo)志的移動(dòng)情況；主索、起吊鋼絲繩牽引鋼絲繩的受力情況用頻譜分析儀測試并進(jìn)行監(jiān)控；鋼絲繩的磨損程度，卷揚(yáng)機(jī)、索鞍、滑車等機(jī)械設(shè)備，選經(jīng)驗(yàn)豐富的起重工、機(jī)械工隨時(shí)和定期檢查，并及時(shí)更換易損件部分，保證纜索吊機(jī)的正常使用。
（六）吊裝期間收集中長期天氣預(yù)報(bào)和短期天氣預(yù)報(bào)，收集氣象水文資料，防止惡劣天氣影響吊裝安全。
四、結(jié)論
西門河大橋共17個(gè)吊裝段，采用無支架纜索吊裝施工法，成功地解決了懸拼節(jié)段多、風(fēng)險(xiǎn)大的施工難題，并通過嚴(yán)格的監(jiān)測和控制方法，拱肋成型好。該橋吊裝施工實(shí)踐顯示，無支架纜索吊裝適用于跨越深峽谷或深水區(qū)的大跨度拱橋的安裝施工，拱橋及材料運(yùn)輸較為方便。但是，其缺點(diǎn)是需要設(shè)置主塔、主索、扣塔、扣索、地錨等。拱肋在空中對(duì)接精度較難控制，拱軸線型控制有一定的難度，分段越多，其工期和質(zhì)量控制的難度就越大，施工費(fèi)用就越高。
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