某上部构造为连拱(4孔)、大跨(净跨132m)-钢筋混凝土箱形拱大桥上部结构吊装工艺研究.doc

上部结构吊装工艺研究

1. 墩上立柱及其盖梁吊装工艺
1.1 变更设计
XX大桥墩上立柱为空心薄壁墩，立柱高度约27m，截面尺寸2.5×1.5m，壁厚为0.25m，沿高度方向每隔5.4m设有一道20cm厚的横隔板。设计方案为滑模施工。若采用设计方案施工不但费工、费时，且施工工期较长，为确保工期，同时又节约投入，充分利用既有高架索道吊重大的优势，建议将墩上立柱、盖梁改现浇为分段预制吊装，并针对这一方案提出变更设计资料交监理、业主、设计单位审定后实施。
1.2吊装方案设计
1.2.1立柱分段
墩上立柱为小断面空心柱，长度约27m，总重量为126t，高架索道不能起吊。因此墩上立柱只能分两节预制吊装，分段吊装长度为13.5m，设计吊重量为63t。
1.2.2节头设计
墩上立柱设计为现浇，立柱内外主筋及脚筋均伸入拱座和盖梁。节头设计采用等强或超强原则进行设计。接头外层主筋留出，内层主筋与上下连接角钢焊接，待安装就位后，外层主筋采用帮条焊接，内层主筋通过连接角钢上好与内层主筋等强的螺栓后再在角钢隅处间隔20cm加一根Φ20钢筋进行紧向塞焊加强连接。刃脚筋与拱座及盖梁预留筋焊接。所有接头面均采用超强环氧树脂砼冲填密实后浇注一定高度的超强填心砼。(见图1)
图1 墩上立柱节头设计图
1.2.3立柱吊装方案
在分段立柱15cm方向预留6个吊孔，以便穿Φ100钢棒作为立柱安装吊点。靠上端设置4个吊孔，下端设置2个吊孔。上端4个吊孔为安装就位所用，下端两个吊孔为靠地面翻转竖直所用。立柱转直通过吊钩特殊设计的A型吊架进行，8个吊点力通过A型吊架下的滑轮自动调节。
1.3预制 、安装施工
1.3.1预制
靠近主墩就近预制，预制时设5cm的砂浆底模，并对吊装平面位置进行平面规划，按顺序预制。
预制时端头连接角钢及所有预埋件采用套板套孔定位，以利安装连接。
1.3.2安装
1.3.3安装前对预制构件进行仔细检查，端头凿毛清洗，并标出型号及中线以利吊装和就位观测。
1.3.4预制件脱模应采用千斤顶，严禁用索道起吊。
1.3.5立柱起吊离开地面时，上端缓慢起吊，下端通过滑车组或手链滑车放松，直到立柱竖直。
1.3.6底段立柱就位时，用4个1t手拉链条葫芦定位，用垫钢楔和拉浪风绳调整纵、横中线就位，而后上好螺栓，焊接主筋并经质量检查合格后松吊。
中接头设吊篮挂于节头处，用角钢配螺杆锁定上下接头四角强行就位，用垫钢楔和拉浪风绳调整中线定位，上好连接螺栓，焊接外层主筋并经质量检查合格后松吊。
1.3.7冲填环氧树脂砼并浇节头超强砼。
1.3.8安装就位时，纵横各用一台经纬仪观测中线。
1.3.9盖梁重72.5t采用8个吊点起吊，抬运就位安装，用一台水平仪控制盖梁安装标高和倾角。
通过变更设计方案，同时与4#、8#墩拱座上立柱及盖梁为调节劳动力采用现浇方法施工的对比，现浇施工一个月完成一根立柱，而吊装施工5#、6#、7#墩共12根立柱及6根盖梁仅仅用了一个月，效益十分显著。
2. 拱箱吊装分析研究报告
针对XX大桥五节段拱箱吊装中，因跨度大、连拱、索道跨度大、吊装重量重、桥位风速大，且设计要求严格控制施工过程的结构受力与变形，为此，针对单基合拢拱箱吊装方案请西南交通大学对拱箱吊装过程进行了结构仿真分析，以检验吊装的合理性与安全性。
2.1仿真分析主要内容
该仿真分析是以相对不利的6#、7#墩之间的桥轴线一侧的单片拱箱吊装合拢为对象，仿真分析该拱吊装合拢并松扣索后的作用效应该作用包括拱箱自重，最大风荷载，风缆和扣索张力作用。
仿真分析最不利作用所产生的拱箱变位、变形和稳定性。
仿真分析并检验设置风缆和扣索的合理性，其中包括横截面积、拉力点与锚固位置，浪风和扣索应力强度。
2.2仿真分析主要工况
着重检查了如下工况：
⑴ 二段—扣索与后拉索—风缆—角钢与未浇—松吊—有风工况；
⑵ 双箱合—横联—松扣—外侧风缆—有风工况；
⑶ 单箱合拢-扣索-风缆-角钢与未浇-松吊-有风工况；
同时，根据场地实际地形选布的风缆锚固点、风缆规格、上下扣索作了进一步分析研究，重点研究了两段拱箱吊装就位后，设置上下扣索和上下后拉索、设置上下风缆、端段拱箱与拱座焊接预埋角钢和预埋钢板、放松吊索情况。
2.3主要结论
2.3.1 通过优化扣索、风缆的预应力，使拱箱吊装施工结构系统具有更好的抵抗风力作用。
2.3.2 在布置好扣索、风缆后，调节扣索、风缆拉力，使其达到仿真分析所得到的预拉力（即无风时的拉力）值。鉴于预拉力值普遍加大，调节索力达到预拉力值的过程必须严格控制盖梁顶部和支架顶部的纵向变形均为最小。
2.3.3 风缆锚碇及其锚固必须牢固、可靠。
2.3.4 同跨的两片拱箱均合拢关连接规定的横联后，卸除风缆必须两侧同步。
3. 拱箱吊装工艺
3.1工艺设计原则
3.1.1 吊装原则：不歪拉、不斜吊、正穿扣、正合拢。
3.1.2吊装程序：边段拱肋吊装及扣挂、次边段拱肋吊装及扣挂，中段拱肋吊装及合拢。
3.1.3拱肋扣索布设原则:边段拱肋扣索通过墩上立柱采用通扣,次边段拱肋扣索通过墩柱上移动式扣塔通扣。
3.1.4吊装跨序：涪陵岸跨（8#、7#墩跨）→6#、7#墩跨→长寿岸跨4#、5#墩跨）→5#、6#墩跨。
3.1.5吊装片序：见下表。

拱 箱 片 序 吊 装 表
3.1.6吊装段序：见下表。

3.1.7合拢原则：严格采用边碰中合拢顺序。
3.1.8浪风绳布置原则:浪风绳与桥轴线水平投影的夹角大于50°,与地面夹角小于20°。
3.2吊装前准备工作
缆索系统经试吊验收，对存在的问题整改并完善后，即可进行正式吊装，吊装前须作好以下准备工作：
3.2.1 对预制拱箱从长、宽、高、中线及预埋件位置等进行质量检查，不符合质量标准者不得投入使用，有缺陷者予以修补。
3.2.2 主墩拱座砼平整凿毛，并标出拱肋安装位置的台口线及中线。
3.2.3 测量计算拱肋长度与拱座间净跨的施工误差，可在拱座处用钢垫板调整。
3.2.4 对检查合格、准备吊安的拱段，在其两端头及拱肋中线用红油漆作标记以便中线观测；在拱段前端头设高程标尺，以便高程观测；对合拢段拱箱的纵向中线设水平标尺，以便按三角网布设的设计跨中控制点进行跨中观测。
3.2.5 拱箱吊装观测
3.2.5.1 采用主索跨径中点垂度的方法，计算主索拉力是否接近设计值。
3.2.5.2 对地垅的安全应用位移值进行观测。
3.2.5.3 用经伟仪对塔架位移进行观测。
3.2.5.4 用水平仪观测接头和拱顶标高，用以控制合拢过程中拱箱预抬高量扣松和合拢。安装标高=设计高程+预拱度+抬高量。
3.2.5.5用经伟仪随时观测拱箱吊装合拢过程中的墩顶水平位移，必须满足设计要求的情况下进行主拱箱吊装。
3.3 拱箱合拢方式
由于主墩按单片拱推力控制设计，吊序采用为先吊装左右线相邻最近的两肋拱片而后依次往外，左右对称。待左右线相邻最近拱片合拢后用型钢进行连锁，形成一个稳定结构后并辅以横向浪风方可松开吊扣索。（见图2）
3.3.1 边段拱肋就位
3.3.1.1 边段拱肋扣挂定位时，下端头先对准拱座上标画的中线就位，上端用上下风缆使其中线位置大体符合。然后将上端头标高调整到比设计标高高出15─20cm后收紧扣索并卡紧。
3.3.1.2 下降起重索，至下降松完后停留5分钟观测标高无变化，确认扣索可靠后，松完吊钩。

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此，施工时采取传感器测设初张力，使拱箱吊装施工结构系统具有好的稳定作用，同时在拱箱缆风锚环及地垅锚环设橡胶皮防风振。
38.2 风缆不可过早或中途松卸，在每孔拱肋全部合拢，接头纵缝砼强度达到允许后始能逐步拆除。
3.8.3风缆须保持设计的安装初张力。当拱肋接头标高下降时引起风缆松驰，须及时收紧。
3.8.4拱箱横向稳定只能靠横向风缆提供，左线紧靠桥轴线的单片肋拱，除不松扣外，加强横向浪风稳定尤为重要，待右线紧靠桥轴线的单片拱合拢后，在不解除吊扣的情况下，左右两线相邻拱片间设强有力的型钢支架，将两片拱固结在一起，形成稳定“桁架拱”结构后，并辅以横向浪风始能摘除吊扣索。
3.8.5纵向稳定措施
当拱肋在吊装合拢过程中，发现拱肋接头有上冒变形时，在下方可设下拉索或调整扣索张力控制其变形。主要是防止拱肋纵向失稳。
3.9质量控制
掌握施工过程中拱肋与墩台的变化规律，用以指导施工，因此须做到：①做好拱肋挠度和横向偏移观测，掌握拱肋在吊装过程中纵横向稳定和变位情况，是松索成拱的纵横向位置达到设计要求的重要保证。应以拱肋接头位置的标高为观测控制点，②拱肋合拢时，中线偏移控制在1.0cm以内；拱顶标高误差在＋1.0～＋1.3cm（“＋”表示抬高），两对应接头标高之差≤2cm；③对扣索、索塔、主索及地锚等的变形与变位，应经常观测，及时纠正不正常现象，每当主索横移一次，须对吊装设施重复观测一次；④对墩身与墩上立柱的水平位移观测，须满足设计条件才能吊装主拱箱。
3.10拱箱安装的施工误差
交通部公路科学研究所等单位编写的“大跨径钢筋混凝土拱圈多段吊装施工工艺阶段研究报告”提出了对箱形拱的施工容许误差分三方面来确定。第一对全拱较均匀的施工误差，最大容许值为L/800～L/1200；第二对不利于稳定的施工误差，即有正负值出现，最大当量施工误差限制为≤L/1200；第三对节点局部下沉的施工误差，最大容许施工误差为L/2000。由交通部颁发的“公路工程质量检验评定标准”（JTJ071-98）规定为：主拱圈轴线偏位与拱圈标高的允许偏差均与跨径相联系；L≤60m时轴线偏位为10mm,L＞60m为L/6000；标高L≤60m时为±20mm,L＞60m时为±L/3000,对称点高差允许偏差也用此值,同跨各拱肋相对高差允许偏差为20mm,同跨各拱肋间距允许偏差为±10mm.本桥根据验收标准进行施工控制。
本桥拱箱安装最大施工误差（吊装的四孔拱箱中误差最大的拱箱）：轴线偏位实测为5mm，标高为4.3cm，约达L/3000，误差形式近于全拱均匀下沉。
3.11结论
《公路桥涵施工技术规范》要求无支架施工的拱桥，箱拱当跨径大于80m，应采用双基肋合拢，松索成孔的方式。由于XX大桥设计主墩只能承受单片拱箱推力以及设备受合同单价低限制，不能按双基肋合拢。经过施工单位多次研讨，提出了单箱合拢方案，并报建设、监理、设计单位多次研讨，确定了以上施工方案，并顺利完成了主拱箱吊装施工任务，通过工程实践我们认为，在施工中认真制定保证安全的措施，加强箱肋的纵横向稳定，运用科学的态度在结构和施工工艺上采取措施，稳妥地制定出拱箱合拢方案，是可以完成单箱合拢的。
4. 拱上立柱及其盖梁吊装工艺
4.1施工方案选择
因XX大桥拱上立柱、盖梁品种多、数量大、圬工方量小，均属细长构件等特点。若采用设计搭架现浇施工，不但费工、费料，且施工工期较长，为确保安全、工期，同时又充分利用既有高架索道吊重大的优势和借鉴我单位修建同类桥拱上构件预制吊装的施工经验，决定拱上结构的立柱和盖梁的施工方案选择采用预制吊装。
4.2变更设计
4.2.1经我单位本着等强或超强的原则，对节头进行了设计。(见图3)
4.2.2上下接头钢
筋分别从盖梁预制，垫梁现浇时预埋留出。立柱整根一起吊装。
4.2.3立柱最长19.5m,吊重为46.1t,截面为1×1.1m。设计时为确保立柱吊装安全，吊孔布置为多点同时起吊布置，立柱两端头将主筋用泡沫隔出以利与垫梁与盖梁连接。 4.2.4接头缝采用环氧树脂砂浆填实,接头用超强微膨胀砼浇注。
4.3预制、安装 图3 拱上立柱节头设计图
4.3.1在两台后路基上浇注地模重叠预制。预制后脱模采用千斤顶顶松，采用平车移到主索道下，两端起吊摆直，垂断裂。
4.3.2由于属细长杆件吊装，提起摆直时，应轻拿轻放，严禁振动过大导致断裂。
4.3.3拱上立柱加载必须采用从拱脚至拱顶，并左右对称，四孔同步。
4.3.4立柱就位时，四周用钢板垫平调整安装轴线，就位后采用八字浪风固定后焊接主筋并浇接头。
4.3.5运盖梁于主索道下方用主索道吊运拼装，接头处理与立柱吊装相同。
4.4 结论
充分利用既有高架索道进行预制、吊装施工，变现浇施工高空作业为地面作业，安全威胁大大减小，同时采取了超强原则进行节头设计，确保了工程质量，效果显著。