《钢拱桥卧拼竖提转体施工工法》适用于大跨径钢拱桥拱肋的拼装施工。
《钢拱桥卧拼竖提转体施工工法》的工艺原理叙述如下:
大跨径钢拱桥因其拱肋截面尺寸大,分段重量重,且拼装高度高,安全风险大。而采取在保证拱肋轴线线形的情况下在低支架上组拼拱肋,再以拱脚处转动铰为原点,通过提升塔竖直提升拱肋转动至设计轴线位置,再固结拱脚,完成拱肋的拼装就位。
工艺流程
《钢拱桥卧拼竖提转体施工工法》的主要施工工艺流程如下:
施工准备→搭设拼装支架→拱肋节段安装、调整→拱肋节段接头焊接→提升塔安装→竖转前准备和检查→脱架(试转)→竖转→拱肋线形调整→固结竖转铰。
操作要点
《钢拱桥卧拼竖提转体施工工法》的操作要点如下:
一、施工准备
1.人员、材料及设备进场准备;
2.场地平整及硬化处理,设立施工作业安全围护区。
二、搭设拼装支架
1.拼装支架设计充分考虑拱肋的分段尺寸及重量,场地的地质条件,合理布置拼装支架间距,确保支架满足承载力要求,且在施工荷载条件下不发生沉降或变形。
2.拼装支架尽量选用钢管桩材料,施工方便,能周转使用,况且能有效将上部结构受力合理传递至地层深处。
3.支架搭设必须由测量准确定位,偏差必须满足施工技术规范要求。
4.在拼装支架上必须预留工作平台,作为后续拱肋拼装定位、调整和焊接的操作平台。
三、拱肋节段安装、调整
拱肋节段吊装可采取移动龙门吊或大吨位吊机等起重设备进行吊装。吊装作业必须严格按照操作规程进行,确保安全。
1.轴线调整:
根据设计图纸给出的拱轴线和拼装预拱度,计算出拱肋在卧拼状态下各控制点坐标,包括拱肋天顶线的定位点坐标和楔形钢支承块的特征点坐标。拱肋节段吊装前先安装支承块,用全站仪调整支承块至理论位置(预留2厘米的调节高度)并与支承横梁临时连接;同时在拱肋底面标出与支承块间的相对位置线并焊接前端和侧面限位挡板(预留1厘米的调节空隙),起吊拱肋节段并缓慢落梁。在起吊系统不受力状态下,用全站仪通测拱肋天顶线各控制点坐标并测量控制断面的垂直度,根据实测垂直度和实测标高,计算出调整值后,将拱肋提空依据调整值在支承块上加垫薄钢板调平拱肋。再次通测拱肋天顶线各控制点坐标和控制断面的垂直度,如此反复直至达到设计精度。然后在支承块上焊接侧面限位挡块(挡板与拱肋间预留0.5厘米调节空隙)。
2.标高调整:
按以上方法调整轴线后,拱肋标高已经接近设计值,如标高仍需调整,只需在支承块上表面加垫钢板就可以达到精调的目的。达到精度后将支撑块与拱肋焊接固定。
轴线调整和标高调整没有严格的先后顺序,两者互有影响,反复穿插。
另外,前一节段安装就位后,后一节段调整就位时不仅要考虑其设计位置,更重要的是尽量减少两个节段对拼缝的错台,对拼缝要进可能平顺。拱轴线和高程调整好后在拼缝处焊接固定。
安装时,不仅要控制好单片拱肋的位置还要控制多片拱肋间的相对平面位置和相对高差。多片拱肋的安装进度尽量保持同步,同时要经常检查拱肋整体中轴线偏位。
四、拱肋节段接头焊接
按焊接工艺和设计要求装配、焊接对拼缝。质检人员对每道焊缝的装配、除锈、焊缝外环、表面裂缝等进行严格的检查,并对焊缝进行无损探伤,合格率达100%后,再进行下一道工序。
勤测、勤量、勤比较、勤分析,在拱肋节段拼缝焊接的过程中要经常检查拱肋的线形,及时了解焊接变形对拱肋线形的影响。若线形不能满足设计要求,要及时停止焊接,查明原因,采取补救措施。
在施工拱肋对拼环缝时应采用对称焊接方式,以减小焊接应力和焊接变形对拱肋线形的影响。
五、提升塔安装
竖转体系由提升塔、同步提升张拉反力架、拱肋竖转铰轴、提升索、提升塔平衡索等组成(图1、图2)。
主跨竖转提升塔采用三角形,提升塔钢管为格构式柱,每个提升塔采用6根ф800毫米钢管组成,钢管间采用法兰连接,每个拱肋两侧各3根钢管间由万能杆件拼装的桁片连接成整体,桁片竖向净距4米,地面以上塔高约为77米(其中塔顶8米部分采用ф800×16毫米钢管,其余69米采用ф800×14毫米钢管)。钢管底部提升塔承台顶面以上7.7米范围内灌注了C40混凝土。提升塔承台厚3米,承台间以系梁相连。提升塔基础采用ф500×125毫米锤击高强预应力管桩,严格按照规范控制桩的贯入度。桩身混凝土强度等级为C80。
左、中、右拱肋提升塔柱顶部分别设平衡索,左、右边拱肋平衡索锚固端位于主墩承台上,中拱肋设置的2条平衡索锚固端位于边跨B2拱肋节段腹板上,用于调整拱肋提升过程中提升索的水平分力,控制塔顶变位。在塔顶设置了加强顶横梁,该横梁设计为空间钢管桁架。提升装置设备置于塔顶横梁下方。每条中拱肋平衡索采用9-фj15.24钢绞线,边拱肋采用31-фj15.24钢绞线。
提升塔吊下方,每个拱肋两侧腹板均设两个吊点,吊点处拱肋腹板与吊耳焊接,吊耳上设销轴,通过夹板、连接件与钢绞线锚具连接,拱肋上吊点上设加强横梁,每个横梁上通过3条提升索与塔顶吊耳连接。提升索采用18-фj15.24钢绞线,每条拱肋采用6束钢绞线提升,每条提升索力最大为101.9吨。
竖转到位后为调整拱肋线形,在位于距平转中心转轴34.91米处设置拱肋顶伸支架,为每条拱肋提供228吨的顶伸反力。
主拱提升塔上设置可横向调节拱肋位置的装置,用以拱肋横向精确定位。
六、竖转前准备和检查
竖转实施前应做好结构初始状态观测、障碍物的清除、通信设备调试等准备工作,并对拱肋结构和提升竖转设施设备质量、监控监测点布设情况及缆风等应急措施准备情况进行检查验收,并制定相应的记录表格逐项签证。同时还应提前进行气象资料的预测预报。
七、脱架(试转)
按设计计算启动张拉力的80%、90%、95%、100%分级同步加载,每次加载按以下程序进行,并做好记录。
操作:分级同步张拉提升索和平衡索,使索力达到预定值,每级加载持荷10~15分钟。
观察:各观察组及时对重点部位进行检查和情况反映。
测量:测量组观测标高、轴线及塔顶偏位并反映测量情况。
校核:观察及测量数据汇交技术组,比较实测数据与理论数据的差异。
分析:若比对数据有偏差,有关各方应认真分析并提出调整处理意见。
决策:总指挥认可当前工作状态,并决定下一步操作。
脱架后静置12小时以上,并对各重点部位进行详细检查。
八、竖转
程序与脱架时一样,加载分级则根据竖转角度进行,每级加载提升竖转过程中应保持所有提升索受力的均匀性和提升索与平衡索力的合理比例关系,保证提升塔顶纵横向偏位不超过设计允许值。同时还应保持三片拱肋相对高差控制在允许范围内,即保持同步性,也就是说每级加载都要实行索力和标高双控。整个竖转时间正常大约为12个小时。
九、拱肋线形调整
提升竖转过程中,主拱肋要从多跨支承与支架上的连续曲梁转化为铰支承和吊点处索支承的曲梁,脱架时要完成结构自身的变形与受力的转化,经过计算,竖转到位后主拱肋约L/8处将下挠21厘米(与合拢线形比),为此,需将拱肋竖转至25.66°,然后在该处设置顶升支架,并在拱肋底面放置楔形块和砂桶,之后缓慢放松提升索,使主拱肋被动顶升至合拢线形。
十、固结竖转铰
主拱肋竖转到位使副拱合拢,拱肋线形调整好后即可进行竖转铰固结,固结必须采取对称均匀焊接的方式,同时注意检测拱脚内力变化,确保施工质量。