拱桥的拱箱吊装施工技术方案

开发区大道工程XXXX大桥拱箱吊装施工技术方案(文字说明)编制：复核：审核：XXXXXXXX建筑工程有限公司XXXX大桥项目经理部20010年3月1开发区大道工程XXXX大桥拱箱吊装施工技术方案1、工程概况大道为开发区城市Ⅰ级主干道，分为东西、南北两段，二者交于碾子湾转盘，XXXX大桥位于南北段，跨越XXXX，主桥结构为净跨100米的钢筋混凝土箱板拱桥，引桥为13米简支空心板，桥跨组合为4×13m(两路)＋100m＋3×13m(碾子湾)，桥总长217.08米。桥梁宽度：单幅桥：4.0m人行道+14.0m车行道+1.0m绿化带=19m；两幅桥间距3m，全桥宽41m。大桥下部结构主拱基础为C25混凝土实体基础，C40钢筋混凝土拱座；引桥台为U型重力式桥台，扩大基础，基础和台身皆为C25片石混凝土，C30钢筋混凝土台帽；半幅桥引桥墩为四柱式C40钢筋混凝土圆柱墩，墩柱直径1.2m，C25混凝土扩大基础；半幅桥交界墩仍为四柱式C40钢筋混凝土圆柱墩，墩柱直径1.5m，基础座落在主拱台顶面。主桥上部结构采用钢筋混凝土等截面悬链线箱形板拱，主孔净跨100米，净失高18.18m，净矢跨比1/5.5，拱轴系数m=1.756。每幅桥由两个独立的拱圈(拱座连在一起)组成，每个拱圈由5个拱箱组成，全桥4个拱圈共20片拱箱，位于拱圈外侧的两片拱箱为边箱，中间的3片为中箱。每个拱圈拱背总宽度为8.14m，拱腹总宽度为8.06m，拱圈总高度1.9m；其中预制拱箱边箱拱背宽1.55m，拱腹宽1.58m，中箱拱背宽1.44m，拱腹宽1.58m，预制拱箱高1.8m，另有10cm顶板现浇层。设计每片箱肋分五段预制吊装合拢，节段最大吊装净重量51吨。全桥共需预制安装拱箱100段。每个拱圈拱箱节段全部吊装完成，接头焊接完毕后，浇筑纵横接缝及顶板现浇层混凝土，整体化拱圈。拱上采用垫梁、矩形排架柱和悬臂盖梁来支承桥面结构，主拱上桥面板为7.2米跨径钢筋混凝土简支空心板。拱箱预制场设置在两路岸引桥台尾，预制完成的拱箱通过轨道平车进行纵横移，在两路岸引桥上起吊安装(后吊点位置距塔架应大于20m)。2XXXX两岸为第四系全新统崩坡积土(Q4col)，局部地段基岩裸露，下伏基岩为侏罗系中统上沙溪庙组(J2S)粉砂质泥岩及砂岩。桥位区属亚热带湿润气候区，具有夏热多雨、冬暖多雾、空气湿度大、日照偏少等特点。多年平均气温17.8℃，冬天最低温度-3.1℃，夏天最高温度42.2℃，区内降雨丰富，降雨多集中在5～9月。桥位处XXXX勘察时水位262.19m，最高洪水位272.00m。地下水对混凝土无腐蚀性。2、悬索吊装系统的布置2.1、总体布置(附图01)根据XXXX大桥实际地形特点，确定吊装索跨为80m(两路岸后拉索)+226m(主索跨)+75m(碾子湾岸后拉索)。两路岸塔架设于A0号桥台内，索塔中心桩号为K4+845.363m；碾子湾岸塔架设于A8号桥台台后13.33m处，索塔中心桩号为K4+071.363m。在两路岸A0号桥台后设置预制场，预制好的拱箱节段通过轨道平车纵横移至两路岸引桥上的主索下方待吊。在两路岸塔后80m处(预制场后)的左右半幅桥轴线上(与桥轴线横向距离11m)各设置4根容许抗拉力约为100t的钢筋砼锚桩来进行两路岸主索、二扣扣索、工作索及塔架后风缆等的锚固；在碾子湾岸塔后75m处的左右半幅桥轴线上仍各设置4根容许抗拉力约为100t的钢筋砼锚桩来进行碾子湾岸主索、二扣扣索、工作索及塔架后风缆等的锚固。两岸一扣扣索利用埋置于塔架基础内的I32B工字钢进行锚固，每根工字钢锚固一根一扣扣索。两路岸后拉索与水平面夹角为20.3718°；碾子湾岸后拉索与水平面夹角为22.6570°。拱箱安装系统采用2组主索(左右幅各1组，横距22m)并根据所吊箱肋位置在塔顶进行横移，两组主索可同时进行安装作业。考虑桥梁较宽，主索横移后其后拉索对塔架产生的横向水平力通过塔架自身刚度和设置塔架横向风缆来克服。缆索系统总体布置见附图01。2.2、吊重的确定经计算，拱箱节段最大净重量为51吨，在吊装计算中，按拱箱G=51吨控制设计，计算重量为Pmax＝(G+4+1)×1.2＝67.2t，4吨为吊具(含跑车、起吊滑车、起吊3牵引钢绳)，1吨为配重，1.2为冲击系数。2.3、主索主索按静力平衡原理进行计算，先假定主索初始垂度，计算重索垂度。初始(空索)垂度(f0)自定以后，空索长度(S0)为定值，在荷载作用下必然引起弹性伸长，受载后的总长度S应等于空索长度S0加上由于荷载引起的弹性伸长值ΔS，即S=S0+ΔS。重索长度有两个途径计算：一是按假设重索垂度，以图形几何关系算得S；二是按假设重索垂度，以计算主索内张力得到弹性伸长ΔS算得重索长度S´=S0+ΔS。当S≈S´(在要求的精度内)，则假设重索垂度为所求解，重索垂度求出后，其它需要值即可解出。在塔顶布置2组4∮56.5mm(6×37+FC)的麻芯钢索作为主索，公称抗拉强度170kg/mm2。单根钢绳破断拉力为164t。悬索跨度L＝226m，空索垂度f0＝9m，矢跨比为L／25.1，按单组钢索吊运1段拱箱计算，当吊运至索跨跨中时，主索垂度为fmax＝18.118m，矢跨比L/12.47，主索最大张力Tmax＝2157.14KN，拉力安全系数K＝3.04[3]。张力安全系数满足要求。主索用量2×4×450=3600米。为使悬索受力均匀，主索通过120吨大吨位滑轮串联，使张力自动调整均匀，见附图(22)～(24)。主索按两路岸塔前20m起吊(后吊点位置)、碾子湾岸拱脚段就位、拱箱运输至索跨跨中共计算三种工况。计算初始数据及计算结果如下：初始数据━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━吊装跨径＝226米前后两吊点间水平距离(单吊点取零值)＝14.5米起吊岸主锚距塔架水平距离＝80米非起吊岸主锚距塔架水平距离＝75米两岸塔顶高差(起吊岸低取正值，等高取零值)＝-3米起吊岸主索后拉索与水平面夹角＝20.3718度非起吊岸主索后拉索与水平面夹角＝22.657度主索弹性模量＝75.6千牛/平方毫米4安装期与吊运期最大温差(温度升高取正值)＝0摄氏度(不考虑温度影响)起吊结构重量(包括吊具及动力系数)＝672千牛主索单位重量＝.444千牛/米主索破断拉力＝6560千牛主索截面面积＝4712.4平方毫米拟定的主索跨中安装垂度＝9米━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━主索计算结果━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━空索情况:────空索跨中垂度F0=9米空索初始长度S0=393.682米(不含后拉索回头长度)空索后拉索张力(较大岸)T0=319.6522千牛起吊岸塔架空索水平力差H10=15.33738千牛起吊岸塔架空索竖直力V10=165.6321千牛非起吊岸塔架空索水平力差H20=21.22653千牛非起吊岸塔架空索竖直力V20=168.6227千牛结构后吊点距起吊岸塔架20米时的情况：（两路岸引桥上起吊）──────────────────1、不计温度影响后吊点垂度F1=8.562419米前吊点垂度F2=11.41958米跨间主索水平张力H=1487.219千牛主索最大张力T=1627.451千牛起吊岸塔架主索水平力差H1=-38.44096千牛起吊岸塔架主索竖直力V1=1227.425千牛非起吊岸塔架主索水平力差H2=110.9234千牛非起吊岸塔架主索竖直力V2=685.9646千牛结构后吊点距起吊岸塔架147.6米时的情况：(碾子湾岸拱脚段就位)──────────────────51、不计温度影响后吊点垂度F1=16.90356米前吊点垂度F2=15.8663米跨间主索水平张力H=1999.318千牛主索最大张力T=2057.085千牛起吊岸塔架主索水平力差H1=105.6675千牛起吊岸塔架主索竖直力V1=991.4585千牛非起吊岸塔架主索水平力差H2=100.9827千牛非起吊岸塔架主索竖直力V2=1276.493千牛结构吊运至跨中时的情况:───────────1、不计温度影响跨中主索最大垂度F=18.11788米跨间主索水平张力H=2116.986千牛跨中主索最大张力T=2157.14千牛主索安全系数K=3.041063起吊岸塔架主索水平力差H1=94.76692千牛起吊岸塔架主索竖直力V1=1165.202千牛非起吊岸塔架主索水平力差H2=135.6241千牛非起吊岸塔架主索竖直力V2=1185.15千牛━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━(1)、考虑主索弯曲作用应力构件运输至跨中时主索张力最大，按此阶段控制计算。σ＝Tmax/An＋V×E/(TmaxAn)/n其中：主索最大张力：Tmax＝2157.14KN。塔顶座滑轮位置主索受到的垂直作用力最大：V=1185.157KN。钢索截面积：An＝4712.4mm2。钢索弹性模量：E＝75.6KN/mm2。塔顶主索滑轮数量：n＝2×4=8。6代入上式得到：σ＝Tmax/An＋V×E/(TmaxAn)/n＝0.85752×103MPa。主索钢丝公称抗拉强度：σmax＝1.7×103MPa。则、考虑主索弯曲作用应力安全系数K＝1.2(不计冲击系数)×σmax/σ＝1.2×1.7×103/0.85752×103＝2.38[2]。可见，考虑主索弯曲作用应力安全系数基本满足要求。(2)、考虑主索接触作用应力σ＝Tmax/An＋Ce×E×δ/D其中：钢丝直径：δ＝2.6mm。滑轮直径：D=450mm。钢索弹性模量折减系数：Ce=0.104+0.04×2d/D。钢索直径d＝56.5mm。代入上式得到：σ＝Tmax/An＋(0.104+0.04×2d/D)×E×δ/D＝0.5033×103MPa。则、考虑主索接触作用应力安全系数K＝σmax/σ＝1.7×103/0.5033×103＝3.38[2]考虑主索接触作用应力安全系数满足要求。2.4、工作索考虑到吊运扣索、检修滑车及运送小型机具的需要，在左右幅桥塔顶主索侧各布置1根∮47.5mm(6×37+FC)工作索，公称抗拉强度170kg/mm2，破断拉力为1175KN，工作索安装垂度f0＝6.5m，按最大吊重80KN(含配重及冲击系数)进行控制，吊重索跨跨中垂度fmax＝15.423m，最大张力Tmax＝330.285KN，拉力安全系数K＝3.56[3]。工作索用量2×450=900米。工作索按吊篮位于两路岸塔前15m、碾子湾岸塔前11m及索跨跨中共计算三种受力工况，计算初始数据及计算结果如下：初始数据━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━7吊装跨径＝226米前后两吊点间水平距离(单吊点取零值)＝0米起吊岸主锚距塔架水平距离＝80米非起吊岸主锚距塔架水平距离＝75米两岸塔顶高差(起吊岸低取正值，等高取零值)＝-3米起吊岸主索后拉索与水平面夹角＝20.3718度非起吊岸主索后拉索与水平面夹角＝22.657度主索弹性模量＝75.6千牛/平方毫米安装期与吊运期最大温差(温度升高取正值)＝0摄氏度起吊结构重量(包括吊具及动力系数)＝80千牛主索单位重量＝.07943千牛/米主索破断拉力＝1175千牛主索截面面积＝843.47平方毫米拟定的主索跨中安装垂度＝6.5米━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━工作索计算结果━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━空索情况:────空索跨中垂度F0=6.5米空索初始长度S0=393.18米(不含后拉索回头长度)空索后拉索张力(较大岸)T0=78.66521千牛起吊岸塔架空索水平力差H10=4.28049千牛起吊岸塔架空索竖直力V10=37.39632千牛非起吊岸塔架空索水平力差H20=5.64951千牛非起吊岸塔架空索竖直力V20=38.15236千牛结构吊点距起吊岸塔架15米时的情况:──────────────────1、不计温度影响吊点垂度F=6.125391米8跨间主索水平张力H=203.4