桥钢管拱施工方案1.docx
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桥钢管拱施工方案1
辽宁省滨海公路大连市东寺沟至国际会议中心段1#桥
缆索吊机扣挂法安装钢管拱施工方案
编制：
中铁十三局集团有限公司
日期：
2009年02月26日
1.编制依据、原则与范围
1.1编制依据
（1）沈阳市公路规划设计院编制发布的《辽宁省滨海公路大连市开发区东寺沟至国际会议中心段公路新建工程1#桥施工图设计》（2008.09）。
（2）缆索吊机设计及起重设计规范。
（3）钢丝绳、卷扬机、钢材等设备材料标准。
1.2编制范围
辽宁省滨海公路大连市开发区东寺沟至国际会议中心段公路新建工程1#桥缆索吊机设计、安装及钢管拱吊装方案。
2.工程概述
辽宁省滨海公路大连市开发区东寺沟至国际会议中心段（图2-1）位于大连开发区东南部，由开发区现有山河线引出、经东寺沟、止于国际会议中心（河咀子村委会门前），起讫里程K0+000～K5+020，路线长度5.020km。
图2-1项目地理位置
1#桥中心里程K2+090、桥长164.60m，起讫里程K2+007.500～K2+172.100，采用2-13m预应力砼简支空心板+120m钢管砼中承拱+2-13m预应力砼简支空心板，在海边跨越一V形山谷（图2-2）。
图2-21#桥立面图
2.1引桥
桥梁全宽22m，每孔简支空心板由14片组成（图2.1-1），每片13m预应力砼简支空心板边板砼7.82m3、吊装重量204kN，中板砼6.43m3、吊装重量168kN。
全桥共需边板8片、中板48片。
图2.1-11#桥引桥横断面
2.2主桥
主桥为120m钢管砼中承拱为无铰拱，计算跨径120m，矢高27m，计算矢跨比1/4.44，采用悬链拱轴线，拱轴系数m=1.3；拱肋对称分为预埋段、第一段、第二段和合龙段（图2.2-1）；各段重量如表2.2-1所示最大吊装重量260kN。
图2.2-1钢管拱肋分段图
表2.2-1钢管拱肋分段一览表
中承拱采用双拱肋，拱肋中心距8.6～19.096m（图2.2-2、3），哑铃型拱肋（图2.2-4）。
图2.2-2钢管拱平面
图2.2-3钢管拱横断面
图2.2-4拱肋断面
钢管拱通过吊杆联系横梁形成桥面，横梁分吊杆横梁（图2.2-5）与肋间横梁（图2.2-6）。
吊杆横梁间距5m，采用预应力砼T形梁，高0.60～1.30m、宽0.60～0.90m、长22.00m，全桥需19根，每根预制砼15.48m3、吊装重量403kN；肋间横梁设于桥面与拱肋相交处，采用钢箱梁，高0.789～1.489m、宽1.300m、长22.00m，全桥需2根，每根吊装重量286kN；
图2.2-5吊杆横梁
图2.2-6肋间横梁
两片拱肋之间设有7道风撑（图2.2-7），其最大安装重量为166kN（表2.2-2）。
图2.3-1桥址处地形地貌
表2.2-2风撑一览表
2.3地形地质
桥址处为V形山谷（图2.3-1）。
图2.3-1桥址处地形地貌
桥址处地表0.0～0.6m为粉土层，允许承载力60kPa；0.6～2.3m为碎石层，允许承载力300kPa；2.3m以下为强风化石英岩，允许承载力1000kPa（图2.3-2）。
图2.3-2桥址处地质
2.4主桥设计施工方案
设计推荐采用缆索吊扣挂法悬拼安装主桥钢管拱（图2.4-1）。
图2.4-1缆索吊机扣挂法悬拼安装主桥钢管拱
2.5吊装单元参数
吊装单元包括拱肋、风撑、横梁、空心板，其最大吊装重量如表2.5-1所示。
表2.5-1吊装单元参数一览表
序号
名称
最大重量kN
吊点
数量
吊装
方式
单钩吊重kN
吊点间距m
备注
1
拱肋
260
1
纵向
260
最大作业起重量
2
风撑
166
2
横向
83
10.5
3
吊杆横梁
403
2
横向
202
17.5
4
肋间横梁
286
2
横向
143
7.8
3.缆索吊机的设计
3.1缆索吊机的构造
根据现场地形地貌和交通条件，考虑到横梁、肋段进入缆索吊机吊装范围，相对桥位设置不对称缆索吊机（图3.1-1）。
图3.1-1缆索吊机
缆索吊机由索塔及其基础、移动式索鞍、承重索及其地锚、起重索、牵引索组成。
缆索吊机主跨200m，索塔中心与拱座距离一端25m、另一端55m，承重索地锚与索塔距离70m。
承重系统采用单跨双索制，单道主索为双Φ60mm钢丝绳，起重索采用不旋转Φ26mm钢丝绳，牵引索采用Φ26mm钢丝绳。
主索最大承重挠度为13.3m，初始安装挠度6～7m。
主塔高40m，采用万能杆件拼组，三组2×4m截面组成（图3.1-2），索塔底宽18m、顶宽22m。
图3.1-2索塔
采用分离式钢筋混凝土索塔基础，基础结构尺寸为1×5×3m（图3.1-3），基底地基承载力不小于280kPa。
采用斜挖孔桩钢筋混凝土承重索地锚（图3.1-3），桩径1.8m、桩长10m（图3.1-4-1）。
扣索地锚采用桩径1.5m、桩长10m（图3.1-4-2）。
图3.1-3缆索基础与地锚布置图
图3.1-4-1主索地锚图
图3.1-4-2扣索地锚图
3.2缆索吊机的设计计算
3.2.1缆索吊机设计验算
1．索具设计
索具主要包括承重索、牵引索、起重索及后背索等。
⑴承重索的计算
计算跨度如图3-5所示。
图3-5承重索设计计算简图
①荷载计算
钢丝绳：
＝2×15.44kg/m＝30.88kg/m＝0.31kN/m
钢丝绳：
＝2×2.58kg/m＝5.16kg/m＝0.148kN/m
钢丝绳：
＝2×2.58kg/m＝5.16kg/m＝0.052kN/m
起吊重量：
＝300kN
起重索走4高25m：
＝4×25×2.58kg/m＝2.6kN
综合以上荷载，有
均布荷载
＝0.51kN/m
集中荷载
＝Q1+Q2=303kN
②索长比
边跨索长：
＝47m
总索长：
索长比：
＝0.68<0.7
应考虑主索锚固段的影响。
③承重索在荷载作用下内张力的计算
A．竖向均布及集中荷载作用下，近似按集中荷载作用于跨中，不计两跑车距离。
＝1327.5N
＝202.5kN
B．水平向风力作用下
按12级风考虑，
＝30m/s。
＝65.4Pa，取
作用于索上的风力
（2×60+2×26+2×26）/1000×0.2＝0.045kN/m
作用于拱肋节段上的风力
＝3×25×0.5×0.2＝7.5kN
引起的主索内力（近似计算）：
＝45kN
（0.045×200+7.5）/2=8.25kN
=45.75kN
C．总内张力
＝1389kN
④主索张力安全系数
＞[3]
可以满足施工要求。
⑵起重索计算
定滑轮4个，动滑轮3个，转向滑轮2个（按3个计）。
查表注一荷载系数S＝0.093，则有
＝（450+40.25）×1.03×0.115/2=29kN
设计中采用
钢丝绳
（破断）
①张力安全系数
＝11.4>5～6（可）
②接触应力及安全系数
接触应力
＝331MPa
安全系数
（可）
③卷扬机选取
选用JM8慢速卷扬机，考虑0.75的效率系数，则有
拉力
（可）
3.2.2复合桩基水平承载设计大连滨海公路缆索吊后锚
[计算条件]
地面标高=0.000m地下水标高=-10.000m
层号
土类名称
层厚
重度
饱和重度
内摩擦角
风化
m
标贯
粘粒含
（m）
（kN/m3）
（kN/m3）
（度）
程度
（MN/m4）
击数
量（%）
1
粘性土
5.000
18.000
---
10.000
---
15.00
10.00
---
2
粘性土
5.000
18.000
---
10.000
---
15.00
10.00
---
3
粘性土
5.000
---
19.000
25.000
---
15.00
10.00
---
建筑桩基重要性系数1.00
地震烈度7度设防
地震类型远震
地基土液化不考虑
水平力H设计值（kN）1300.000
弯矩M设计值（kN-m）200.000
竖向力N设计值（kN）-750.000
承台X向长（m）2.000
承台Y向长（m）2.000
承台厚度（m）1.000
承台底标高（m）-1.000
X方向桩排数1
X方向排距（m）1.000
Y方向桩排数1
Y方向排距（m）1.000
桩身材料与施工工艺人工挖孔桩
承载力性状端承摩擦桩
成桩方法非挤土桩
截面形状圆形
桩直径（mm）1500
桩长（m）8.000
端头形状不扩底
扩底端直径D（mm）---
砼强度等级C30
配筋计算as（mm）35
桩纵筋级别HRB335
桩箍筋级别HPB235
桩箍筋间距（mm）200
桩身配筋率（%）0.50
综合系数（kN）60.00
[内力计算结果]
_桩侧面地基土水平抗力系数的比例系数m:
15.000MN/m4
_承台侧面地基土水平抗力系数的比例系数m:
15.000MN/m4
_承台侧面地基土水平抗力系数Cn:
15000.000kN/m3
_桩底面地基土竖向抗力系数C0:
150000.000kN/m3
_承台底面地基土竖向抗力系数Cb:
15000.000kN/m3
_桩身轴向压力传布系数:
0.000
_桩身面积:
1.767m2
_摩擦系数:
0.000
_桩底截面惯性矩:
0.26130m4
_桩顶地面处M0:
200.000kN-m
_桩顶地面处H0:
1300.000kN
_桩的水平系数:
0.347m-1
_桩身抗弯刚度:
6663231.500kN-m2
_单位力作用桩身地面处，桩身在该处引起的变位:
__单位水平力作用下，水平位移:
1.048488e-005m/kN
__单位水平力作用下，转角:
2.345726e-0061/kN
__单位弯矩作用下，转角:
8.213049e-0071/kN-m
_桩顶水平位移:
0.01410m
________________________________________________________
_桩身右侧最大弯矩:
56.799kN-m
_桩身右侧最大弯矩距承台底7.800m
_桩身左侧最大弯矩:
2662.064kN-m
_桩身左侧最大弯矩距承台底3.200m
_桩身最大负剪力:
-826.289kN
_桩身最大负剪力距承台底5.700m
_桩身最大正剪力:
1300.000kN
_桩身最大正剪力距承台底0.000m
________________________________________________________
_按规范直接计算所得的最大弯矩为：
2327.380kN-m
_按规范直接计算所得的最大弯矩位置为距承台底处：
3.143m
[配筋计算结果]
_承台下桩的编号顺序为：
始于承台左下角，先从左到右，后从下到上
桩号=1
_桩身轴力-750.00kN
_桩身Y方向最大弯矩2662.06kN-m
_桩身X方向最大剪力1300.00kN
_全部纵筋16643.15mm2
_全部箍筋629.37mm2
_纵筋最小配筋长度8.00m
_桩计算长度8.00m
3.2.3缆索吊主塔结构验算
采用有限元软件对主塔及主缆系统建模计算，有限元模型为更好的模拟现场情况，主缆索采用只受拉桁架单元，主塔万能杆件采用梁单元。
节点荷载取300KN，后锚及主塔底以节点约束模拟。
经过计算取得结果如下：
⑴结构模型
主塔及主缆系统有限元模型图
⑵结构位移
在初始安装挠度加上集中的节点荷载300KN，计算下挠度为3m。
⑶结构应力
主塔底部杆件结构应力值为138Mpa.
主塔顶部杆件应力较大，是由于出现应力集中的情况。
实际施工时集中力会通过索鞍、滑道分散到塔顶万能杆件上，不会出现极端的应力集中情况。
⑷主缆拉力
计算结果如下图，主缆最大拉力为148t，于手算结果相同，背索需施加的平衡水平力值为148-68=80t，背索施加拉力值92t。
4.缆索吊机的安装
缆索吊机的安装分四部分。
4.1索塔基础施工
首先需要确认肋段、横梁进入现场的方向，将索塔距拱座距离大的一侧置于肋段、横梁进入现场方向，据此按图3.1-1、图3.1-3平面位置放样定位索塔基础位置，根据索塔基础结构与钢筋布置、索塔预埋件图进行施工。
索塔基础施工主要控制基础地面岩土基本允许承载力满足要求，同时确保索塔安装位置准确和垂直度要求。
可采取预拼索塔下端段固定后预埋法施工。
4.2地锚施工
按索塔基础放样途径，定位地锚平面位置。
根据地锚结构、钢筋布置、预埋件图进行施工。
地锚为混凝土斜桩，根据地质采用挖桩成孔。
安全是地锚施工的首要控制因素，钢筋就位与方向定位是在施工中需要重点关注的质量问题。
4.3索塔安装
索塔为万能杆件组拼结构，为控制缆索吊机安装工期的关键工序。
为提高索塔安装速度，建议下部采用汽车起重机分节预拼、整节吊装，以减少高位安装量。
超出汽车吊安装高度时采用自制摇头小扒杆，周转范围3m，单杆安装的方式。
横梁安装采用导引绳悬拼杆件的方法，先安装底层杆件形成作业平台，在导引绳上设置小滑轮辅助吊运杆件。
索鞍及滑道安装，根据吊重可加强扒杆杆件，先将滑道吊装就位后，再将索鞍构件吊至塔顶进行组装。
在索塔安装过程中，需设置临时稳定风绳，以保证安装安全。
4.4穿索
穿索的同时需要注意跑车和吊钩安装，以及调整承重索的初始安装挠度。
穿索一般采用“以小带大”的方式，用人牵引麻绳过“V”谷再牵引钢丝绳过塔。
穿索过程中注意钢丝绳释放内劲发生的安全问题。
5.钢管拱及横梁的吊装
鉴于现场条件，在缆索吊机安装后，需要先将横梁存放于两拱座范围的地面上，为缩短起重索的长度，横梁应存放在尽量高的位置（图5-1）。
然后吊装拱肋、风撑，最后吊装横梁，所以应协调横梁、拱肋、风撑生产预制的先后与工期安排，其安装流程详见附图。
6.工期安排
按2009年3月1日开始施工，至缆索吊机拆除共150天（图6-1）。
图6-1工期安排
横向横板
切缝
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