大跨度钢筋混凝土拱箱七段单肋缆索吊装施工工法.docx

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大跨度钢筋混凝土拱箱七段单肋缆索吊装施工工法

大跨度钢筋混凝土拱箱七段单肋缆索吊装施工工法

1、前言

当大跨度拱桥位于深水、深谷、通航河道或限于工期必须进行拱肋施工时，常采用无支架施工方法。

缆索吊装是我国目前大跨度拱桥无支架吊装方案中使用最为广泛的一种，大跨度钢筋混凝土箱型拱桥的悬拼亦多采用缆索吊装。

缆索吊是一种特殊类型的起重机械，具有其独特的优点，不受气候和地形等条件的限制。

它适用于高差较大的垂直吊装和架空纵向运输，吊运重量自几吨、几十吨至上百吨甚至几百吨不等，纵向运距（即索跨）自几十米至几百米不一。

中铁十五局集团第二工程有限公司承建的福建宁屏公路岭兜特大桥，其主桥为跨径160m悬链线钢筋混凝土箱型拱桥。

该大跨度拱箱的悬拼采用七段单肋缆索吊装施工。

该公司联合武汉理工大学和福建省交通规划设计院开展了科技创新，成功实现了七段单肋安全合龙，并获得了“大吨位缆索吊机安全控制技术”研究成果，该成果于2008年3月通过结题验收。

同时，总结形成了大跨度钢筋混凝土拱箱七段单肋缆索吊装施工工法。

由于该吊装方法具有技术含量高、劳动强度低、安全快捷等特点，故有明显的社会效益和经济效益。

2、工法特点

2.1大跨度钢筋混凝土拱箱分七段单肋合龙，经济合理、安全可行，可缩短工期、降低成本。

2.2缆索吊塔架基础设置于交界墩顶、拱箱桥下预制吊装等施工技术降低了工程成本，具有创新性。

2.3重力式混凝土地锚承受主索、起重索、牵引索、扣索以及塔架后风缆的拉力，实现一锚多用。

2.4大部分监测监控数据由高校科研人员采集，数据真实可靠。

同时，将数据分析处理和信息反馈技术应用于施工，利用监测监控指导吊装施工，确保吊装全过程安全质量的动态控制。

2.5单肋合龙缆索系统具有设备简单且利用率高、费用低、操作简便、安全可靠等特点。

2.6本工法施工工艺技术性很强，需经验丰富的专业队伍完成。

3、适用范围

本工法适用于跨越深山、峡谷、桥下有繁忙交通运输的跨线工程和施工中不能中断航运或汛期须进行上部构造施工的桥梁工程等，适用于公路、市政、铁路等大跨度悬拼桥梁的吊装。

4、工艺原理

采用桥梁软件对大跨度钢筋混凝土拱箱单肋合龙进行稳定性分析，依据分析结果和拱箱最大单段吊重对缆索吊机进行设计与检算。

拱箱采用缆索吊装，分七段单肋合龙。

吊装时先悬挂单肋拱箱的端段（拱脚段）及中一段，再安装其中二段及拱顶段，形成单肋合龙松索成拱。

单肋拱箱吊装合龙后，当即封好各接头处的端横隔板，然后浇筑空心拱脚内混凝土及封闭拱座，并用相同标号混凝土浇筑接头混凝土（即横系梁），使之形成无铰拱，同时增加拱箱横向缆风索数量，以增大拱箱横向稳定。

待接头处混凝土达到设计强度100%后，卸下吊钩，通过塔顶索鞍过载梁移动主索进行下一片拱箱吊装。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工准备→缆索吊机设计与检算、拱箱桥下预制→缆索地锚施工→缆索系统安装与调试→缆索系统试吊→拱段吊装、段间连接以及监控检测→拱脚、横系梁施工→扣索、起重索卸除→单肋合龙成拱→索道横移→下一片拱箱吊装。

该施工工艺流程详见图5.1。

5.2操作要点

5.2.1施工准备

根据施工图设计要求，结合桥址地形、地貌和施工工期等拟定拱箱分段单肋合龙方案和预制方案，然后利用桥梁软件进行单肋合龙的稳定性分析，依据分析结果拟定缆索系统的总体设计方案如水平跨距、塔架高度、最大吊重、锚锭型式等，进而确定总体平面布置。

5.2.2缆索系统设计与加工

缆索系统主要由塔架、缆索（主索、起重索、牵引索、扣索及风缆）、起吊设备、锚碇及驱动装置等组成。

根据已拟定的缆索系统总体设计方案，对缆索系统进行详细设计与检算。

缆索系统设计主要包括：

塔架、主索、起重索、牵引索、扣索、风缆、地锚等七项内容。

设计完成后，组织专家组评审。

满足要求后，组织和采购标准设备和构（配）件进场，安排非标准件加工，按设计组拼、试吊、投入使用。

5.2.3缆索系统拼装与施工

1、塔架及其风缆拼装

1）塔架基础与支座：

基础为C30钢筋混凝土，分别置于两交界墩盖梁顶。

支座为铰接。

2）塔身：

由于拱箱在桥下预制，吊重构件需向两岸运输，故两岸塔身基本不设置高差，其高差仅为两交界墩盖梁顶高程差。

塔身采用西乙型万能杆件拼装，立柱为4—N2，斜撑为2—N3，水平撑为4—N4。

3）塔顶结构：

塔顶由配套的过载梁、运载梁、索鞍组拼而成。

主索及其它工作索的支承系统主要由塔顶索鞍来承担，索道的横向移动主要通过手拉葫芦牵引连接于索鞍的运载梁来完成，而构件及索道的重力主要由塔顶的过载梁来承担，由过载梁传递给塔顶各铰接点。

运载梁上设索鞍，索鞍设3组，分别为主索鞍、扣索鞍和简易工作索鞍。

索鞍与索鞍座、索鞍座与运载梁均采用螺栓连接。

4）塔架风缆：

为确保塔架的纵横向稳定，平衡塔顶的水平力，每座塔架布置16根稳定风缆。

其中前后风缆各6根，侧风缆4根。

前后风缆采用Φ28钢丝绳，主要用于平衡纵向水平力。

前缆风分别锚固于两交界墩拱座处外侧，后缆风分别锚固于两岸主地锚。

侧风缆采用Φ26钢丝绳，主要用于平衡吊装横移时产生的侧向水平力，分别锚固于塔架左右两侧的风缆地锚。

塔架风缆采用链条滑车收紧。

2、主索安装

首先在两岸地锚处设置平衡轮（组）和穿索卷扬机，安装工作索，工作索选用Ф21.5钢丝绳。

主索

图5.1拱箱七段单肋缆索吊装施工工艺流程图

采用两组4—Ф52（6×37+1）型号钢丝绳。

架设时，单根绳展开并由卷扬机导索牵引过本岸交界墩塔

顶，架立于索鞍上，再由预先架好的工作索牵引至对岸交界墩塔顶穿过索鞍，然后在对岸地锚通过平衡轮转向。

钢丝绳通过转向平衡轮把8根主索串连在一起（平衡轮用绳夹锚于两岸地锚上）使之受力均匀。

在调整好主索空载时的设计垂度后，把主索用绳夹锚于地锚卧木上。

两组主索既有独立功能，又可组合使用，每组主索均具有独立的起重和牵引功能。

每组主索上布置前后二部跑车，由两台150kN卷扬机牵引，每部跑车均由独立的上、下挂组成，每一吊点由两台80kN卷扬机起吊。

3、工作索安装　

工作索和工作吊篮是专门为缆索吊起重索、牵引索、起重小车和运送人员以及吊运工具的安装而设。

它还可在吊装拱箱时运送绳头或扣索到位。

工作索为双线（走2），穿索方法同主索。

工作吊篮为2门4线矩形简易起重小车。

工作索、牵引索和升降索由1台50kN双筒卷扬机牵引，完成吊篮的起吊和运行工作。

4、起重索安装

起重索采用Ф21.5钢丝绳。

起重索安装时，利用工作吊篮将定滑轮组提升到塔顶工作平台上，分片套在承重索（主索）上，并用螺栓组合在一起;动滑轮组放在地面上，与上吊点对中。

将起重索由岸上起重卷扬机拉出，经导向轮牵引上塔顶，过索鞍，穿入定滑轮，然后利用工作吊篮将起重索绳头带下，穿入地面动滑轮组，如此反复、上下穿行，完成起重小车的穿索工作。

另一起重小车驱动卷扬机设在对岸，穿索方法与第1台小车相同。

每条起重绳在上下滑车组间采用“走八”布置，由于预制场地面与主索间净空较大，每条起重钢丝绳长约1000m，因此起重索两头均进入80kN卷扬机。

起重索总拉力由4-Φ21.5起重索承担，8台80kN卷扬机起吊。

起重索缠绕方式详见图5.2.3-1。

图5.2.3-1起重索缠绕示意图

5、牵引索安装

　牵引索是牵引起重跑车沿主索前后移动的无极式拉绳，仅受拉力，故选用柔性好的Ф26钢丝绳。

穿索方式为两岸各设1台牵引绞车，1台前进用，1台后退用。

牵引索一端固定于天车上，另一端与绞车相连。

穿索时利用“临时工作索”和工作吊篮牵引到位，牵引索安装方法同主索。

为使牵引力受力均匀，构件纵向运输进退同步，牵引索采用闭合循环回路布置，由两台150kN卷扬机共同牵引。

牵引绳采用“走二”牵引，以确保端段拱箱准确就位。

其缠绕方式详见图5.2.3-2。

图5.2.3-2牵引索缠绕示意图

6、跑车安装

跑车是在主索运行和起吊拱箱的装置。

跑车由跑车轮、起重滑轮组和牵引系统组成。

起重滑轮组分为上、下两组，上滑轮组（定滑轮组）与跑车联系在一起，下滑轮组（动轮组）与吊点联系在一起，均由单片组合而成。

本工法采用两套28轮组合式跑车，一组主索上设有两个跑车，其间采用一根短钢丝绳相连。

在跑车中，主索、牵引索、起重索分三层布置，互不干扰。

7、扣索安装

扣索是在拱箱分段安装过程中，为暂时固定分段拱箱而设置的。

本工法采用墩扣和塔扣两种形式，其中端段、中一段为墩扣，扣索通过设置于交界墩盖梁顶的索鞍转向至地锚锚固，中二段为塔扣，扣索通过安于塔顶的索鞍转向锚于两岸主地锚。

端段扣索采用一组2—Φ47.5钢丝绳、中一段采用一组2—Φ52.0钢丝绳、中二段采用一组4—Φ47.5钢丝绳。

8、拱箱横向稳定风缆安装

为了确保拱箱单肋合龙的横向稳定，本工法在每段拱箱的接头处增加横向拱箱稳定风缆，上下游各一组，并对称设置，以减小拱箱自由长度。

采用链条滑车收紧。

该风缆采用Φ21.5钢丝绳，并采取走二的方式实施。

9、地锚施工

地锚分为主地锚、风缆地锚、临时地锚等。

其中主地锚主要承受主索、起重索、牵引索、扣索以及塔架后风缆的拉力。

它设置于两岸，均采用重力式混凝土地锚，并布设抗滑动锚杆，以提高其稳定性。

风缆地锚是锚固缆风以保证塔架和吊装拱箱的横向稳定，临时地锚是临时固定卷扬机等。

风缆地锚、临时地锚均采用卧式地锚，根据地形及用途分别设置于不同的坡地或小河边。

5.2.4拱箱预制及运输

1、拱箱预制

根据现场实际，拱箱预制场布置于桥下。

设4个预制底座，即端段、中一段、中二段、拱顶段各1个。

底座严格按施工图文件提供的主拱圈坐标表进行放样。

每片拱箱分七段预制，每段拱箱采用组合法施工，即先预制腹板、横隔板，再组合拱箱，浇筑其底板、顶板混凝土。

2、拱箱运输

拱箱在预制场内的纵、横向移动通过龙门吊完成，并吊至运梁平车（轮胎式炮车）上，然后移运至缆索吊起吊位置。

5.2.5拱箱缆索吊装

1、缆索系统试吊

根据缆索吊装施工规范和施工组织设计的要求，缆索系统安装完毕须进行调试和试吊。

应先检查各部位的牢固性及正确性、各种机械运转是否正常、主索的初始垂度是否符合设计要求，通过检查，及时整修，使各部位设备运转正常，并具备试吊条件。

1）试吊的目的

检测该缆索系统（包括主索、牵引索、起重索、滑车、卷扬机等）的性能、安装及有关技术参数是否达到设计标准的要求，确保缆索吊装设备的状态良好、安全运行及满足施工需要；检查主索初始安装垂度、塔顶（地锚）的纵向水平位移、主索（起重索、牵引索）在最大吊重下的受力状况、最大吊重状态下跑车的运行范围；检查缆索吊机吊装前的准备工作是否充分，检验吊装过程中通讯、指挥系统的通畅性能和各作业班组之间的协调情况。

2）试吊的方法与步骤

缆索系统的试吊分跑车空载反复运转、静载试吊和吊重运行三步骤。

必须待每一步骤检查、观测工作完成并无异常现象后，方可进行下一步骤。

试吊按设计最大单段吊重的60%、100%、130%逐级加载进行。

首先进行空载运转，即跑车沿主索来回运转，运转时，要观测主索的收紧均匀程度，及各部位机械设备的运转情况。

一切正常后，再进行静载试吊，即先吊起最大单段吊重的60%的物体在跨中停留10分钟，然后逐级加重至最大单段吊重的100%、130%。

此时要注意起重索的拉力及各卷扬机的工作情况，并使主索逐步过渡到承受设计荷载的状态。

最后进行吊重运行，起吊重量按三级逐级加载，并沿主索运行一个来回，以检查牵引设备的运行情况及地垅，塔顶索鞍的受力情况。

3）试吊的观测与分析

在整个试吊过程中，要注意对缆索系统的塔架、地锚、缆索、交界墩等进行连续监控观测。

4）试吊结束后应综合各种观测数据和检查情况，对缆索系统的各项设备的技术状况和性能进行分析和鉴定，然后提出改进措施，确定能否进行正式吊装。

2、吊装准备

1）预制拱箱检查

①复核拱脚起拱标高和拱脚斜面倾角，拱箱接头和拱脚采用样板校验，突出部分予以凿除，凹陷部分，应用环氧树脂砂浆补平。

接头混凝土接