某大桥拱箱吊装施工技术方案_secret

彭水至酉阳公路(KXXX)某大桥拱箱吊装施工技术方案(文字说明)编制：复核：审核：2007年12月1彭水至酉阳公路某大桥拱箱吊装施工技术方案1、工程简介彭水至酉阳公路某大桥位于重庆市彭水县境内，距彭水县城约30Km。现有公路通往施工现场，交通条件方便。桥梁起点桩号K26+501.0m，终点桩号K26+589.0m，全长88米。桥面净宽：净-7+2×0.75m人行道+2×0.25m人行道栏杆，桥梁全宽9m；桥面纵坡-0.3%。主拱基础为明挖基础，实体拱座；彭水岸引桥台为实体横墙结构，基础座落在主拱台顶面，横墙与岩面间设置锚杆；酉阳岸引桥台下部为实体横墙结构，基础同样座落在主拱台顶面，且横墙与岩面间设置锚杆，上部为支承于横墙与基岩上的U形桥台。主孔为净跨80米钢筋砼无铰箱形拱桥，矢跨比1／6，主拱圈采用等截面悬链线，拱轴系数m=2.514，为适应桥面纵坡，主拱圈采用正拱斜置。主拱圈C40钢筋砼箱形结构，拱箱高1.4m，横断面全宽9.1m，由4片1.5m宽中箱及2片1.55m宽边箱构成。设计每片箱肋分五段预制吊装合拢，最大吊装净重量30吨；全桥共需预制安装拱箱30段。拱箱节段全部吊装完成，接头焊接完毕后，浇筑纵横接缝混凝土，整体化拱圈。拱上采用C25砼横墙及C30钢筋砼腹拱来支承桥面结构。彭水岸地势相对较为开阔，可做预制场地；酉阳岸台尾即进入隧道，隧道上方为悬崖陡壁。桥位处覆盖层较薄，其下为石灰岩；隧道上方基岩裸露。桥位区属亚热带湿润气候，具气候温和、雨量充沛，四季分明。云雾多，日照少，绵雨多，湿度大，无霜期长等基本特点。最热月份为每年的7～8月，最凉出现在1月；降水多集中于每年的4～10月，约占全年降水量的70％，每年4～6月、9～10月常阴雨连绵。22、悬索吊装系统的布置2.1、总体布置根据某大桥实际地形特点，确定吊装索跨为49.352m+127.032m。酉阳岸根据现有地形地质情况，台尾即进入隧道，隧道上方为山崖陡壁，且岩石强度及整体性较好，适合洞锚及锚索结构，因而酉阳岸主锚碇设计为锚索分配梁结构，通过锚索锚固型钢分配梁，再在分配梁上设置座(拉)板和转向滑轮来锚固钢索；主锚碇用于主索、工作索、一、二扣扣索等的锚固。彭水岸塔架设于0#桥台台后，距台尾28.648m，索塔中心桩号为K26+472.352m，塔架前后25m左右场地经平整压实后作为拱肋预制场；在彭水岸塔后49.352m处的桥轴线上设置容许抗拉力为270t的钢筋砼锚桩来进行主索、一、二扣扣索、工作索及塔架后风缆的锚固。彭水岸后拉索水平夹角为22.9027°，缆索系统总体布置见附图01。2.2、吊重的确定经计算，设计拱箱节段最大净重量为30吨，在吊装计算中，按拱箱重30吨控制设计，计算重量Pmax＝30×1.2+4+1＝41吨，4吨为吊具及配重，1吨为施工荷载，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1组2∮56.5mm(6×37+1)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164吨。悬索跨度L＝127.032米，空索垂度f0＝8.0m，3矢跨比为L／15.88，主索安装张力T0＝5.775吨(两根主索)。当吊运至索跨跨中时，主索垂度fmax＝11.962m，矢跨比L／10.62，主索最大张力Tmax＝105.068t，拉力安全系数K＝3.12[3]。主索用量2×220=440米。为使悬索受力均匀，主索安装垂度f0绝对和相对误差皆应≯±5cm。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，在塔顶布置了1根∮43.5mm(6×37+1)工作索，公称抗拉强度170kg/mm2，破断拉力＝97.17t，工作索安装垂度f0＝6m，安装张力T0＝2.243吨。按最大吊重8t(含吊具及冲击系数)进行控制，吊重索跨跨中垂度fmax＝10.257m，最大张力Tmax＝26.439t，拉力安全系数K＝3.67[3]。工作索用量220米。2.5、索塔(见图02～06)根据地形情况、仅在彭水岸设置塔架。塔架采用常备构件组拼成门式钢桁架结构。塔顶设工字钢上、下分配梁来支承主、扣索及工作索座滑轮，并将悬索系统传递来的荷载分配到塔顶各节点上。塔顶标高由拱顶标高397.643+fmax+工作高度来决定，即为397.643+11.962+8.0＝417.605m，实际彭水岸塔顶标高420.237m，塔架基础顶面标高397.15m，塔高23.087m，并按此高度进行塔架受力验算。塔架顶部横向宽14m，塔脚横向宽度10m，塔架纵向宽度2m。索塔采用M型万能杆件组拼，需杆件钢材总重40.942t。因塔架设计为塔脚固接式，塔顶水平荷载将对塔脚产生较大的弯矩。因而控制好塔顶的水平荷载和位移是保证塔架受力安全的关键。为控制塔架的水平位移，克服塔架纵横向水平力，除要保持较大的塔架风缆索截面外，还应控制好风缆的初张力。根据计算：塔架设前后风缆各两组和两侧各一组横风缆；每组前后风缆及横风缆皆采用4∮19.5mm钢索；塔架∮19.5mm风缆索用量约1200m。前后风缆拉于每笼立柱顶部中间位置，侧风缆拉于上分配梁端头位置。塔架后风缆锚固于主锚桩上，前风缆及横风缆皆锚固于2φ32mm圆钢(A3钢)锚环上，横风缆与水平面夹角按30°布置，前风4缆锚环埋置于0#桥台顶面；若非岩石地质，横风缆锚固位置应做适当调整或改设地垄等锚固结构。为减小拱肋安装过程中塔架的水平分力及减少风缆垂度的影响，塔架前后风缆及横风缆每道安装张力为5t，并通过索力仪测试来进行风缆初张力的控制。塔架按预制场起吊、运输拱箱至索跨跨中、酉阳岸拱脚段就位等运输状态按塔架的最大受力组合进行计算，计算时综合考虑了主索、扣索、工作索、起吊牵引索、风缆索及纵向风力的共同作用，并按吊运边箱、次边箱、中箱不同的索力作用位置对塔架分别进行了计算。塔架的最不利荷载状态为边箱合拢段在塔前起吊状态，此时，由主索、扣索、工作索、和起吊牵引索产生的塔架外力为：竖直力V＝167.78t，纵向水平力H＝-10.832t，横向水平力H＝13.484t。塔架作为空间杆系结构进行电算，万能杆件各节点看成空间铰结点，同时将风缆作为铰结拉杆进入计算模型(利用Ernst公式考虑风缆垂度的影响，利用等效弹性模量代替风缆弹性模量)。按各个计算状态各单元的最大受力值进行单肢杆件、杆端连接螺栓及节点板孔壁挤压的强度复核，另对不能满足受力要求的2N5斜杆皆用2N3(3N3)代替，2N4水平杆皆用3N4代替，使所有的杆件及连接皆在规范容许受力范围之内。具体计算结果如下：(1)、塔架单元最大内力计算结果：塔脚竖直杆4N1最大压力N=-88.956t[133t]；水平杆3N4最大拉力N=22.715t[49.20t]；斜腹杆3N3最大压力N=-31.759t[56.7t]，最大拉力N=26.711t[56.7t]。(2)、塔架节点最大纵向位移计算结果：塔架纵向最大计算位移-4.26cm，横向最大计算位移0.63cm。考虑万能杆件螺栓间隙等非弹性因数，实际吊装阶段塔架最大纵向位移应控制在±5cm内；并随时根据塔顶位移情况对风缆张力进行调整。2.6、塔顶分配梁(图07～10)塔顶设2Ⅰ50a工字钢上、下分配梁。下分配梁简支于万能杆件柱头上，上分配5梁连续弹性支承于下分配梁上。上分配梁最大弯矩Mmax＝4286415.07kg.cm，相应平面外弯矩M2＝-699938.01kg.cm；最大剪力Qmax＝-86671.3kg。上分配梁最大弯曲应力σmax＝142.5MPa1.3[σ]＝188.5MPa(A3钢，容许应力按临时结构提高30%)，最大剪应力τmax＝72.1MPa[τ]＝85MPa。下分配梁最大弯矩Mmax＝4558498.35kg.cm，相应平面外弯矩M2＝-5244.82kg.cm；最大剪力Qmax＝-45688.0kg。最大弯曲应力σmax＝122.9MPa[σ]＝145MPa，最大剪应力τmax＝38.1MPa[τ]＝85MPa。可见，上、下分配梁受力皆在容许范围之内。2.7、锚碇(图11～17)(1)、彭水岸地形相对较为平缓，且由于表土覆盖层较薄，其下为基岩，设计主锚碇采用桩式锚碇，锚桩全部嵌入基岩。主锚碇设置于塔后49.352m处，相对于主桥轴线对称布置，共设置3根钢筋混凝土锚桩，每根桩总长5.5m(计算长度按4m)，直径1.5m，作为主索、工作索、扣索及塔架后风缆等的锚固；桩与桩之间净距1.0m，为方便施工，设计桩与桩之间通过砼连接成整体，桩基础开挖成长条矩形(实际为板桩结构，可减少侧壁地基应力)。锚碇总的拉力为239.061t，根据图11钢索的布置，单根锚桩最大受力86.477t，实际按单根锚桩容许受力90t进行设计，按水平荷载桩用m法(岩石取相对较大的比例系数m＝300MN/m4)计算锚桩内力(剪力Q和弯矩M)。计算结果：单根锚桩最大弯矩Mmax＝91.42t.m，最大剪力Qmax＝90t，地基最大反力σmax＝0.489MPa，桩顶最大位移νmax＝1.7mm。并按上述内力进行锚桩的配筋设计(祥见图12)。实施时要求基底及侧壁容许承载力不小于0.6MPa。锚桩采用C30砼。(2)、酉阳岸根据现有地形地质情况，台尾即进入隧道，隧道上方为山崖陡壁，且岩石强度及整体性较好，适合洞锚及锚索结构，因而酉阳岸主锚碇设计为锚索分配梁结构，通过锚索锚固型钢(利用钢板焊接加工)分配梁，再在分配梁上设置拉(座)6板和转向滑轮来锚固钢索。锚碇用于主索、工作索、一、二扣扣索等的锚固。主索拉(座)板和滑轮设计成可滑移结构，便于主索横移；横移在空索状态下进行，主索锚固滑轮座根据所吊运箱肋的轴线位置通过倒链葫芦及滑车组横移到位，再用M30高强螺栓(10.9级)进行连接固定；工作索根据施工需要进行布置，可利用空出的(主索)栓孔位置进行锚固。扣索锚固滑轮设置于桥轴线及距桥轴线5.5m的固定位置，桥轴位置的锚固滑轮在与主索横移过程发生干扰时，可暂时拆除，横移后恢复；吊中箱时利用上下河距桥轴线5.5m位置的滑轮锚固扣索，吊边箱及次边箱时利用该侧距桥轴线5.5m位置的扣索滑轮及桥轴位置的滑轮锚固扣索。共布置10束6×φj15.24钢铰线锚固钢梁，单束锚索设计最大拉力64t，拉力安全系数为2.44[2]；索体在岩石中的锚固安全系数及钢索在浆体中的锚固安全系数按3倍考虑，计算最大锚固长度需要8.49m，实际设计锚固长度17.18m，应很安全。分配梁(锚固滑梁)采用A3钢板焊接(见图14)，按支承于锚索上的连续梁计算，最大弯矩Mmax=-435.4KN.m，最大剪力Qmax=993.3KN；弯曲应力：σmax=49.75MPa[σw]=145MPa，剪应力：τmax=66.90MPa[τw]=85MPa。吊装前应按设计张力的1.2倍对钢束进行抗拔试验。2.8、吊、扣索扣索皆采用6×37+1的麻芯钢索，公称抗拉强度170kg/mm2。第一段采用2∮30mm钢索，破断拉力95.202吨；第二段采用2∮43.5mm钢索，破断拉力194.34吨。彭水岸扣索皆通过塔顶座滑轮锚固于主锚桩上，酉阳岸扣索直接锚固于主锚碇的锚梁转向滑轮上。吊、扣点采用钢绳捆绑连接，彭水岸为起吊岸，为方便拱箱吊运，利用60吨扣架将同一扣点的两根扣索分开，便于后续拱肋从其间吊运通过；酉阳岸一扣通过30吨H板及转向轮与扣索连接，第二扣采用60吨H板及转向轮与扣索连接。吊点捆绑绳设置于箱端第二块横隔板位置，在捆绑位置的顶底板处注意预