白日壩中承式鋼管砼拱橋無支架纜索吊裝設計和施工

1、<p>　　白日壩中承式鋼管砼拱橋無支架纜索吊裝設計和施工</p><p>　　【摘 要】白日壩大橋為中承式鋼管砼拱橋，單節(jié)最大起吊重量26t，采用無支架纜索吊裝方案。支撐塔架選用萬能桿件拼裝，錨固系統(tǒng)左岸選用4根115噸錨索、右岸選用重力式錨碇，主跨長度166.6m。沿拱肋鋼管縱軸線設置兩套纜索系統(tǒng)以方便抬吊橫梁。 </p><p>　　【關鍵詞】無支架纜索吊裝；重力式錨碇；萬

2、能桿件；活動鉸；拱肋合攏 </p><p><b>　　一、概述： </b></p><p>　　四川瀘定白日壩大橋拱肋鋼管采用￠900×14mm螺旋管；橫撐主管采用￠500×10mm和￠400×10mm，橫撐腹管采用￠300×10mm鋼管；腹板采用t=12mm鋼板。每條拱肋均為上下鋼管砼，中間通過工字鋼與腹板組成等高度“啞鈴”

3、型截面；拱肋截面高度為2.68m，肋寬為0.9m，；每肋上、下各兩根￠900×14mm鋼管、內(nèi)灌C50砼的鋼管砼弦桿；弦桿通過45a工字鋼與12mm鋼板連接而構(gòu)成鋼管砼拱肋。 </p><p>　　拱肋中距為9.2m，兩肋橋面以上設置兩道“K”型橫撐和跨中一道“X”型橫撐，橋面與拱肋相交部位設置一道鋼橫梁，也作橫撐用，橋面以下無橫撐。 </p><p>　　吊桿采用85￠7mm鍍

4、鋅高強鋼絲，兩端采用PESM7-85型冷鑄錨，上、下兩端錨頭設有可調(diào)節(jié)橫梁高度的螺母。 </p><p>　　吊桿橫梁為預應力橫梁，雙側(cè)設置懸臂，橫梁上部設墊石和擋塊以支撐行車道板及人行道板。 </p><p>　　拱肋鋼管285t，共分15個吊裝節(jié)，單節(jié)最大起吊重量26t； </p><p>　　根據(jù)全橋吊裝重量及現(xiàn)場實際地形，最終確定采用無支架纜索吊裝方案。左右

5、岸均采用萬能桿件塔架作為支撐系統(tǒng)；右岸地形平緩，地質(zhì)條件為松散砂礫石，確定采用重力式錨碇作穩(wěn)定系。左岸岸坡陡峻，巖石條件較好，確定采用錨索作為穩(wěn)定系。 </p><p><b>　　二、吊裝方案 </b></p><p>　　2.1、主吊裝系統(tǒng)設計 </p><p>　　2.1.1、主吊裝系統(tǒng)選索及布置 </p><p>

6、;　　主吊裝系統(tǒng)主跨徑為166.6米，右岸采用重力式錨碇，左岸采用錨索錨固；主纜索設置兩套，各種鋼繩的規(guī)格如下表： </p><p>　　主吊裝系統(tǒng)鋼索規(guī)格表 </p><p>　　名 稱 主 索 起吊索 牽引索 </p><p>　　型 號 6×37+1 6×37+1 6×37+1 </p><p>　　根數(shù)/

7、直徑 2×3Φ47.5 2×6Φ19.5 2×2Φ28 </p><p>　　單重（Kg/m） 7.93 1.63 2.76 </p><p>　　抗拉強度（MPa） 1670 1670 1670 </p><p>　　破斷拉力（KN） 1130 196.5 410.5 </p><p>　　鋼絲直徑（mm） 2

8、.2 0.9 1.3 </p><p>　　2.1.2、承索器的布置 </p><p>　　纜索吊裝系統(tǒng)主索跨度達166.6米，由起重索和牽引索的垂度引起的松弛阻力將極大地影響到起吊力和牽引力，為減小起吊和牽引力，在主纜上設置承索器，承托起吊索及牽引索，從而減小其松弛阻力，達到減小起吊和牽引及配重塊重量的目的。 </p><p>　　承索器的結(jié)構(gòu)為在每組主纜上分別布

9、置兩個承索滑輪，其間距為距吊點最大距離30cm，以承托起起吊繩和牽引繩。 </p><p>　　2.1.3、混凝土配重塊設計 </p><p>　　吊點混凝土配重塊的作用是使吊點在沒有吊重時，能夠自由下降，配重的大小受起吊繩的線數(shù)、滑車輪數(shù)及索跨大小等因素控制；混凝土配重塊經(jīng)演算后確定為1噸。 </p><p>　　2.1.4、索塔系統(tǒng) </p>&l

10、t;p>　　2.1.4.1、索塔高度確定 </p><p>　　索塔高度以吊裝中段的最低需要高度確定，根據(jù)吊裝總體布置可知，右岸索塔設置于右岸引道路基上，左岸索塔設置于左岸橋臺上，首先吊裝左岸端節(jié)段，其次吊裝右岸端節(jié)段，最后吊裝中段合攏，由吊裝過程可知，在吊裝中段時，節(jié)段最低應高于右側(cè)端段拱肋頂1.00米，所以索塔的控制高度為： </p><p>　　（1）天線工作垂度 f=170/

11、13.5=12.6m </p><p>　?。?）滑車組最小高度 h1=2m </p><p>　?。?）跨越障礙物的安全高度 h2=1m </p><p>　　（4）千斤頭長度 h3=1m </p><p>　?。?）吊重物的高度 h4=2.5m </p><p>　　（6）起重小車高度 h5=1 .3m </

12、p><p>　?。?）吊具高度 h6= 1.2m </p><p><b>　　（8）塔頂標高： </b></p><p>　　H塔≥1335.39（拱頂標高）+f+Σhi= 1358.0m </p><p>　　索塔底標高為：右岸：1318.5；左岸1322.6m </p><p><b>

13、;　?。?）索塔高度： </b></p><p>　　右岸：H右=1358.0-1318.5=39.5m， </p><p>　　左岸：H左=1358.0 -1322.6 =35.4m </p><p>　　實際塔高度為：右岸：43.03m；左岸39.28m </p><p>　　塔頂標高：右岸：1361.5m；左岸1361.9m

14、 </p><p>　　2.1.4.2、索塔塔體在組拼設計 </p><p>　　索塔塔身采用M型萬能桿件組拼成雙柱門式索塔，右岸塔高43.03米，左岸塔高39.28米，每柱截面為2m×2m；中部設兩道橫梁，兩柱之間的中心距離為10m，索塔塔頂順河向?qū)挾葹?4.0m，索塔主立桿（1#桿件）為4肢，塔頂縱向分配梁采用2I32工字鋼，共8組，橫向分配梁采用5I36工字鋼，橫向分配梁上

15、分別設置主天線索鞍、工作天線索鞍、壓塔索索鞍等，具體設計見圖1。 </p><p>　　2.1.4.3、索塔塔頂索鞍及塔腳鉸腳布置 </p><p><b>　　1）、索鞍布置 </b></p><p>　　索塔塔頂索鞍包括吊裝主索、纜風索（壓塔索）、工作天線主索、牽引索、起吊索、扣索等索鞍；所有索鞍均采用單輪滾動結(jié)構(gòu)形式的工作方式，塔頂分兩層

16、工字鋼分配梁，在工字梁上按相應的位置安裝索鞍，并將索鞍于工字梁固定在一起。具體布置見圖2。 </p><p><b>　　圖 1 </b></p><p><b>　　圖 2 </b></p><p>　　相應的位置預埋鉸腳鋼板，拼裝索塔時，將鉸座底鋼板與預埋鋼板焊接相連，焊接時應保證焊接質(zhì)量，索塔鉸腳詳見下圖： 　　2

17、.1.5、纜索系統(tǒng)地錨布置 </p><p>　　在橋梁右岸合適位置主拱肋軸線上各設置一個地錨，地錨形式為重力式，基礎開挖時應保證嵌巖深度，地錨設計如下圖： </p><p>　　左岸地錨根據(jù)實際地形確定采用4根115噸錨索。 </p><p>　　2.1.6、索塔避雷設施布置 </p><p>　　因索塔高度極大，中高度達43米，因此必須設

18、置避雷設施；按照Ⅱ級結(jié)構(gòu)物避雷要求設置，通路電阻小于4Ω；索塔防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置等三部分組成；采用Φ22圓鋼制作接閃器，其長度為1.5m，在塔頂立柱上各設置一根，同時用Φ16圓鋼外套PVC防護管作為引下線，接至地面與相應的接地裝置相連接，接地裝置采用型鋼L100×100×10打入地中設置，打入深度不小于1.5米。 </p><p>　　2.1.7、扣索布置 </p>

19、<p>　　拱肋扣索根據(jù)受力的大小，第一節(jié)段選用2根Φ15.24鋼絞線，第二節(jié)段選用3根Φ15.24鋼絞線，拱肋鋼管位置可通過后部千斤頂進行精確調(diào)整。 </p><p>　　2.1.8、纜索吊裝系統(tǒng)側(cè)抗風布置 </p><p>　　因本橋?qū)挾容^窄，導致索塔寬度相對變小，而節(jié)段最大吊裝重量為26t（不包括吊具重量），所以索塔高寬比較大，故側(cè)向穩(wěn)定較差，需設置較強的側(cè)向抗風，抗風

20、繩采用Φ21.5鋼繩走8線，按對稱4組布置。 </p><p>　　2.2、施工觀測控制 </p><p>　　白日壩大橋拱肋安裝施工觀測主要分為六個方面：拱肋軸線控制，索塔在拱肋安裝中的偏移，拱肋扣點在施工過程中的高程控制，扣索索力觀測，纜索吊裝系統(tǒng)主索垂度及索力觀測，吊裝錨碇的位移觀測。 </p><p>　　2.2.1、拱肋軸線的控制 </p>

21、<p>　　在左、右兩岸的上、下游軸線上適當?shù)母叱涛恢酶髟O一個拱肋軸線觀測站，觀測本岸節(jié)段上弦頂面的拱肋軸線，拱肋吊裝前，在軸線上用油漆畫上記號標注，以方便觀測。 </p><p>　　2.2.2、塔在拱肋安裝中的偏移控制 </p><p>　　在索塔塔架兩側(cè)面上從塔頂?shù)跻恢卮骨?，吊裝時通過垂球的偏移確定塔架的偏位情況，通過風纜調(diào)整塔架，使索塔在重載時偏位不大于15cm，同時在索

22、塔兩側(cè)布置經(jīng)緯儀對塔頂進行觀測，并對垂球位移進行復核，隨時將數(shù)據(jù)報告吊裝指揮中心。 </p><p>　　2.2.3、拱肋扣點在施工過程中的高程控制 </p><p>　　利用紅外儀進行拱肋扣點在施工過程中的高程控制。 </p><p>　　2.2.4、主索垂度及索力觀測 </p><p>　　在起吊前觀測纜索空載時的垂度，起吊后拱肋運至1/

23、2跨時，再觀測重載最大垂度；其觀測方法是在岸上高地適當位置確定一控制點，測出控制點標高和距跨中距離，在控制點上置經(jīng)緯儀，觀測主索跑車位置，并讀出豎直角，從而可計算得出垂度值；主索索力可使用頻譜分析儀測出。 </p><p>　　2.2.5、吊裝錨碇的位移觀測 </p><p>　　在地錨上設置標志，起吊拱肋后用經(jīng)緯儀在垂直于橋軸線方向上觀測其錨碇有無位移變化，如位移過大時，應立即通知吊裝指

24、揮及時進行加固處理。 </p><p><b>　　2.3、試吊 </b></p><p>　　為檢驗纜索吊裝系統(tǒng)的性能，須進行纜索吊的試吊工作。當主索和牽引索架設完后，空載往返運轉(zhuǎn)三次，并仔細觀察、檢查各部位運轉(zhuǎn)是否順暢，有無碰撞、阻塞。正常后做吊重試驗，試吊重物為整捆鋼筋。試吊前在地錨處，鋼繩接頭卡子處，做好標記，并派人專門進行觀測。試吊時，加載按75%、100%

25、、110%三種工況來進行，當?shù)踔剡\至跨中時，觀測纜索的工作垂度，作好記錄以檢驗計算的正確性，如誤差較大時，則需調(diào)整。整個試吊過程均需派人專門進行觀測，發(fā)生超出規(guī)定的變形要及時報告，以便處理。 </p><p>　　在試吊過程中，應對以下項目進行觀測或檢查： </p><p>　　A、塔架位移（連續(xù)觀測）； </p><p>　　B、主索受力的均勻程度（通過連續(xù)觀測每

26、根主索垂度加以檢查）； </p><p>　　C、動力裝置（卷揚機）工作狀態(tài)和牽引索、主索在各轉(zhuǎn)向輪上的運轉(zhuǎn)情況； </p><p>　　D、主索主錨索的工作狀態(tài)； </p><p>　　E、通訊、指揮系統(tǒng)的通暢性和各作業(yè)工序之間的協(xié)調(diào)情況。 </p><p>　　2.4、拱肋節(jié)段吊裝 </p><p>　　2.4.1

27、.吊裝前的準備 </p><p>　?。?）檢查整套纜索系統(tǒng) </p><p>　　對整個纜索吊系統(tǒng)進行全面的檢查，包括索塔系統(tǒng)、主索系統(tǒng)、天車系統(tǒng)、錨碇系統(tǒng)、抗風系統(tǒng)、牽引及起吊系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、工作吊籃系統(tǒng)、扣索系統(tǒng)等進行檢查。并重點對鋼繩繩卡、卷揚機性能、鋼繩倒向滑車、抗風的錨固情況、天車系統(tǒng)進行檢查，確保吊裝過程的絕對安全。 </p><p>　?。?）鋼管拱

28、節(jié)段的檢查 </p><p>　　在監(jiān)理工程師的組織下，主要檢查從鋼管拱在加工場的加工到拱節(jié)段的試拼以及拱節(jié)段的拱軸線及觀測、控制標尺的設立、法蘭連接的精度等，確保拱節(jié)段吊裝過程的順利進行。 </p><p><b>　?。?）吊點捆綁繩 </b></p><p>　　用φ28的鋼繩穿接而成，每一捆綁處與吊點連接均為4線，單根鋼繩長度為20m。

29、千斤頭采用繩卡連接，對接接頭為8個繩卡，與定滑車形成自動調(diào)平。捆綁時應盡可能靠近節(jié)點附近，同時，在捆綁處的主管上，增設鋼繩限位板，以避免在吊運過程中，吊點鋼繩與鋼管、腹桿的反復摩擦，損傷鋼繩。 </p><p><b>　?。?）側(cè)抗的準備 </b></p><p>　　側(cè)抗風索先根據(jù)最長兩根索下料，待拱肋節(jié)段到位后備用。 </p><p>&

30、lt;b>　?。?）扣索的準備 </b></p><p>　　各節(jié)段扣索由多根（2、4根）一束的鋼鉸線組成，定長準確下料后用14#鐵絲捆扎，外表涂黃油后用兩層膠帶防護，使用時扣索錨固端系于節(jié)段上端，張拉端錨在塔頂鋼錨箱，通過1500kN穿心式千斤頂調(diào)節(jié)受力?？鬯鳒蕚湟佬蜻M行。 </p><p>　　（6）拱肋吊裝用觀測點的設立 </p><p>　

31、　拱肋軸線測量的置儀點設于兩岸的能通視拱肋上弦的較高處，后視點在對岸，肋上的觀測用標尺在加工場地設立好（預先在拱肋主管焊上標尺，包括高程標尺和拱軸線標尺）。標尺的設置由加工單位在拱肋加工（試拼裝）時完成。 </p><p>　　2.4.2、拱肋節(jié)段吊裝 </p><p>　　白日壩大橋主孔鋼管拱肋共分5段，先吊安左側(cè)拱腳節(jié)段，再吊右側(cè)拱腳節(jié)段，最后吊合攏段。 </p><

32、;p>　　拱肋的吊裝方法采用兩點抬、起吊就位的方法進行。 </p><p><b>　?。?）拱腳段 </b></p><p>　　由拱肋加工單位將拱腳段運至索塔前方的吊點下，捆綁吊點。利用纜索吊機起重小車兩個吊點同時起吊，待行走至預留拱座位置后先掛扣索，扣索由一對￠15.24mm預應力鋼絞線組成，扣點位于河中心一側(cè)。用倒鏈調(diào)整拱軸進入預留拱座內(nèi)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)采

33、用纜索系統(tǒng)牽引和提升繩調(diào)整整個安裝段整體標高及平面位置接近于設計位置。然后運用扣索后部張拉千斤頂微調(diào)標高、用側(cè)抗風調(diào)整平面位置，在達到設計位置后鎖定。用手握式測力計測量扣索及側(cè)抗風繩上拉力，當拉力達到預算數(shù)據(jù)后移除吊點，移除順序為先拆除拱腳后移除靠河中心端吊點。移除過程中，拱肋鋼管觀測持續(xù)進行。待力的體系轉(zhuǎn)換完全由纜索轉(zhuǎn)換成扣索及抗風后，安全移除吊索系統(tǒng)。 </p><p><b>　?。?）拱肋合攏

34、</b></p><p>　　拱肋合攏是整個吊裝過程中最大的難點，它要完成兩次受力體系的轉(zhuǎn)換，第一次由纜索系統(tǒng)傳遞給扣索及抗風等穩(wěn)定系，第二次拆除穩(wěn)定系后傳遞給鋼管拱本身。合攏時段選擇在晴朗無風的日子，以方便觀測和吊裝，吊裝溫度一般不超過25℃為宜。纜索吊將合攏段鋼管吊運至接近安裝位置后，首先測量兩端已安裝段鋼管標高及平面位置，待已安裝段調(diào)整至設計位置后纜索吊徐徐下落，然后用倒鏈進行微調(diào)，使合攏段與已

35、安裝段對接合攏。合攏后保證吊裝卷揚機處于制動狀態(tài)，防止晃動移位，然后焊接臨時搭板，臨時搭板跨縫處設弧形凹槽，方便永久焊接施工。測量進行全跨鋼管拱線性測量，位置達到設計標準后，對稱焊接焊縫。焊縫經(jīng)超聲波無損探測合格后移除纜索吊系統(tǒng)。全跨接頭焊縫全部驗收合格后拆除預應力鋼絞線扣索及抗風，鋼管拱合攏施工完成。因為此時鋼管拱僅承受自身重量而未承擔橋面系等恒載，測量觀測時必須嚴格按照設計預拱度進行高程控制。 </p><p&g

36、t;<b>　　三、應用效果 </b></p><p>　　3.1、無支架纜索吊裝方案通過白日壩大橋吊裝檢驗，證明切實可行。根據(jù)實際地形右岸采用重力式錨碇、左岸采用錨索作為穩(wěn)定系合理可行。 </p><p>　　3.2、索塔采用租賃的萬能桿件拼裝方便、節(jié)約成本；索塔底部采用活動鉸，索塔本身僅承受壓力而不承受縱向彎矩，節(jié)省了施工材料。 </p><p