大孔径拱桥无支架施工工法.doc

1大跨径肋形拱桥无支架施工工法中铁十八局集团第五工程有限公司 一、前 言拱桥建设在我国有着悠久的历史随着高速公路建设的飞速发展，其施工工艺逐步由支架法现浇成拱向无支架吊装方向发展尤其是在跨越深谷及深水时，因其受地形限制较小而具有较大的优越性由中铁十八局集团五公司承建建的万梁高速公路土地潭特大桥，平面位于R=580 米的曲线内，主跨为 2×100 米箱形砼拱，且呈折线布置拱肋分为 120段预制，逐孔架设成拱，为大跨径无支架肋形拱施工积累了成功经验二、工 法 特 点1、能充分发挥缆索吊空中运输功能，受地形限制小，减少施工便道及运输成本2、跨越能力强，尤其是在深谷、深水及航道，不受水深及通航影响3、采用无支架法施工，可使索道架设、下部结构施工及拱肋预制同步进行，缩短工期，缆索吊系统可重复利用，装拆方便，从而提高经济效益4、缆索吊采用双吊钩设计，解决双基肋合拢后其他拱肋的吊装；扣锚索采用钢绞线和精轧螺纹钢相结合的方式，可精确而方便地调整三、适 用 范 围本工法适用于跨越深谷、深水、繁忙的河道及地形复杂的山区四、工 艺 原 理无支架法吊装箱形拱桥施工，即不支立支架，拱肋在预制场分节预制，采用重型缆索吊装系统，将拱肋逐节悬拼安装合拢成拱。

当跨径大于 80 米时，一般采用双基肋合拢（见下页图） 2中中中中中中中中中中中 中中中中3五、主要机具材料主要机具设备见表 1： 2 组 36 吨缆索吊机主要吊装设备表表 1 序号 设备名称 规格 单位 数量 使用部位 备注1 万能杆件 吨 580 主塔 含螺栓万能杆件 吨 320 扣塔 含螺栓2 塔顶横梁 I40B 工字钢 吨 50 塔顶分配梁 自制3 钢丝绳 Φ47.5 米 8000 主索、背索钢丝绳 Φ32 米 300 千斤绳钢丝绳 Φ21.5 米 4500 起重索、牵引索钢丝绳 Φ19.5~26.5 米 31000 风缆索、平衡索等4 钢丝绳卡子 各类 个 12005 钢绞线 Φj15.24 吨 16 扣索6 精扎螺纹钢 Φ32 吨 2 扣索、吊杆7 吊环 50T 个 8 主吊钩吊环 5~30T 个 88 扣索、风缆等8 滑车组 50T 个 8 主吊钩滑车组 5~32T 个 80 背索、风缆等收紧9 卷扬机 8t 台 6 牵引及起重用卷扬机 5t 台 8 各缆风紧索用10 千斤顶 100t 只 6 扣索张拉用千斤顶 60t 只 4 扣索张拉用11 龙门吊机 60T 台 1 运梁 自制12 天车 36T 台 4 运梁 自制13 索鞍 件 4 主塔 自制索鞍 件 4 扣塔 自制14 扁担梁 36M 片 2 吊梁横移 军用梁组拼15 电动葫芦 10T 台 2 吊运工具等杂物16 手拉葫芦 5~10T 只 20 调整拱肋位置，收风缆用17 对讲机 个 12 指挥用18 口哨 只 10 指挥用19 红绿旗 面 20 指挥用20 扩音器 个 1 指挥用21 望远镜 个 2 指挥用22 喇叭 手持式 只 2 指挥用六、施工工艺㈠、工艺流程4㈡、主拱圈预制主拱圈预制，一般工艺同其它预制件，在此不再赘述。

本工法仅介绍其不同于一般预制件施工工艺1、台座施工因主拱圈为曲线，故其预制台座一般采用土牛胎或用支架搭设胎座无论采用何种形式，其曲线线型的控制将直接决定将来安装的成败故必须严格按设计拱圈线型，将其按设计分段，并进行座标转换，在预制场地放出每段拱弧底板线，按弧线填筑土牛胎或支立胎座支架当采用土牛胎时，填土应分层压实，确保预制不变形填完后应再次复核表面线型当采用支架胎座时亦应对支架基础进行处理，确保支架在施工中不变形，以确保拱段线型正确2、拱段预制大跨径拱桥设计时为满足施工中横向稳定性，拱段设计为封闭肋，腹板设计均较薄预制时应严格控制其各部位尺寸，以保证实际重量与理论重量相符拱段端部的尺寸、倾角，预埋铁件的位置、尺寸、角度正确与否，将直接影响主拱合拢，因此预制时应进行严格检查控制㈢、缆索吊设计缆索吊是无支架施工的主要设备，其设计合理与否将直接关系到施工成败，故必须精心设计设计时应充分考虑以下内容：预制场的位置，要使预制拱段能方便进入吊装范围；具有足够的吊装净空对于桥梁平面呈折线布置的情况，每一段拱肋的位置都不同，因此缆索吊考虑采用两组主索，吊钩下设扁担梁，施工准备拱肋预制 缆索吊设计缆索吊施工下部结构施工 主拱圈安装拱圈接缝砼浇筑拱上构造施工5扁担梁上设活动吊点，满足拱肋节段的全方位吊装。

但双基肋合拢后扁担梁不能下到地面吊装其他拱肋节段，为此将扁担梁上活动吊点改为可横向移动的副吊钩，这样在天车吊钩不动的情况下，副吊钩就可下到地面将拱肋节段起吊至一定高度1、缆索吊设计程序⑴、根据设计文件及现场地形情况确定施工方案，确定索吊总体布置方案（包括设计跨径、主索布设、两塔架顶高程、主索垂度、最大吊重及最小吊装净空等） ⑵、确定缆索各项目的控制安全系数⑶、天车设计⑷、选定吊具、起吊滑轮组及扁担梁⑸、根据总吊重确定起重索、牵引索的布设⑹、索鞍及塔架设计，背索及主地锚设计⑺、依据拱肋安装顺序及荷载设计扣塔、扣索及扣锚⑻、根据地形情况布设风缆索及地锚2、缆索吊设计的验算内容明确设计项目——明确设计人——掌握现场情况及设计文件拉力安全系数应力安全系数主索 多根一组轨索不均匀系数钢索 轨索冲击系数拉力安全系数起重索、牵引索 应力安全系数 倾覆稳定系数抗拔安全系数塔架 局部挠曲稳定验算最不利受力截面验算基底应力验算扁担梁 最不利截面内力验算轴的强度验算天车、吊具、滑轮组 夹板强度验算拉压杆应力及稳定验算在对缆索吊设计文件进行全面审核通过后，即可按设计图架设缆索吊机。

6(四)、扣锚索系统施工设计扣锚索系统包括扣锚索锚固端 P 锚、扣索钢绞线、扣索精扎螺纹钢、扣索钢绞线与精轧螺纹钢连接器及扣索锚锭等扣索锚固端 P 锚是钢绞线的安全锚固终结装置，其一端连接于拱肋吊点，另一端通过连接器转换成精轧螺纹钢，而精轧螺纹钢通过钢构件锚固于地锚上，由于精轧螺纹钢螺母可以通过千斤顶人工调整收放，能够方便而精确地满足松索合拢的目的，而且还可以通过油表准确反映扣锚索的张力，便于与设计值比较，有利于安全扣锚索锚锭由 A、B、C 三种，基本思路是统一的，只是形式不同A 种如图 1 所示为倒抽法B 种如图 2 所示为正拉法，适用于中墩扣塔7C 种如图所示与梁体张拉相似A 种与 C 种不同之处在于 A 种倾角较大，如果采用 C 种方式在锚后张拉需挖很深的工作坑，C 种角度较小，工作坑较浅；B 种用于中扣塔处双向锚固，如周围条件允许，扣索也可在扣塔处转向地面锚固扣索通过 P 锚两端固结，其下料时等长下料，挤压头后按 120%索力作张拉检验，以确保扣索的安全可靠五） 、拱肋安装1、吊装前的准备工作⑴、施工前应对参与吊装工作的所有人员进行技术交底，制定全面岗位8责任制要求每位人员均应对施工工艺及自己的个人职责、安全注意事项有足够的 认识。

⑵、对拱台进行全面检查内容有：拱台位置、实测跨距、拱座表面平整度、预埋件位置、拱座面倾角、台背后回填等所有项目指标均符合设计要求后，在拱台座上放出各片拱肋安装的位置中线及起拱线⑶、预制拱段检查内容有：拱段尺寸、各预埋件位置对拱段端部还应采用样板较验，标出拱肋中线，贴上标尺，以便安装时观测拱肋中线每段拱段检验合格后应对其进行编号编组编组时注意结合可以互换的位置，使各片拱段安装后长度误差值最小，吊装时宜首先吊装长度最长的一组拱段⑷、缆索吊装设备的检查与试吊在对缆索吊进行试吊前应根据缆索吊设计文件对已安装完毕的缆索吊进行全面检查包括主索空载时垂度、锚固系统的可靠性、动力系统的状态、行走系统的运行状态在各系统均满足设计时即可对缆索吊装设备进行全面试吊试吊分三阶段进行，首先跑车空载反复运行，然后静载试吊，最后吊重运行每阶段均应观察各系统的工作状况，在确保无异常后按设计吊重的60%、 100%、 120%三次加载进行在各阶段试吊过程中，应连续观测塔架位移、主索垂度、每根主索受力均匀度、动力装置的工作状况、牵引索及起重索在各转向轮上的运行状况、主索地锚稳固情况、通讯指挥系统的畅通性及工作组间的协调性。

在完成试吊后要对观测数据和检查情况进行综合分析和鉴定，提出改进预防措施，以指导拱肋吊装2、拱肋吊装⑴、拱段起吊运输根据预制场的布置情况，拱段可采用龙门吊或轨道平车运输，其运输方法可近似按一般直梁考虑，采用两点起吊两点搁置当拱肋分段较长或曲率较大时，为使吊运中受力均匀稳定，可根据设计要求或技术规范采用四个吊点⑵、基肋吊装合拢基肋吊装合拢是拱桥施工最重要工序，下面以一般常采用的五段基肋吊装合拢为例说明其施工要点①、拱脚段拱肋吊装定位拱肋吊装就位时，下端先对准拱座上标画的中9线，上端中线位置用风缆控制待落到拱座并对准中线及起拱线后，连接拱肋与拱座，然后进行前端标高调整具体作法为：前端头标高比设计标高高出15～20cm 时，收紧并卡紧扣索（扣索位置应与所悬拉的拱肋中线保持一致） ，徐徐松完起重索，但吊钩不取，用风缆再次调整拱肋中线，待中线偏差调整到小于 1 厘米时，固定风缆，取走吊钧用同样的方法吊装另一边拱脚段②、中间段拱肋吊装定位中间段到位后，先将底板螺栓孔对好，穿上螺栓，然后调整中线，将顶板螺栓穿好接头螺栓不可拧得太紧，应留出 2mm间隙中间段的就位，使边扣索受力增加，边段拱肋上端标高下降。

为保持拱脚段与中间段拱肋接头轴线平顺，避免接头附近拱肋开裂，中间段上下接头预留高度，应近似控制在 Δ y 上 =2Δ y 下 =10cm，并由中间段风缆控制其中线位置在控制 Δ y 上 =2Δ y 下 的原则下，先收紧中间段扣索，调一次拱脚段扣索，松一次起重索，如此反复多次，直至起重索松完为止，每次升降幅度控制在 2 厘米左右，中线允许偏差 1 厘米用同样的方法就位另一边中间段拱肋③、拱顶合拢段拱肋就位拱顶段就位时，按以下步骤进行a、拱顶段运到位置后锁死轨道天车徐徐松下起重索直到拱顶段左右两端头标高比设计值高 2~3 厘米时停止注意两端不得碰着相邻拱肋b、两侧按照先拱脚段后中间段并以 1：2 的比例慢慢对称均匀地放松扣索，同时慢慢放下拱顶段拱肋，以每次使各接头标高变化不超过 1 厘米为宜，经多次反复循环，直至拱顶段接头合拢c、安好接头螺栓，并拧紧各接头螺栓d、调整拱肋中线偏差至 0.5～1 厘米时固定风缆e、按从跨中向两岸最后拱座的顺序对称电焊接头部件，用薄钢板嵌塞拱肋接头缝隙电焊时宜采用分层、间隔、交错施焊的方法，每层不宜焊得过厚，以防灼伤周围混凝土做两肋间的横向临时固定，然后松索成拱。

f、再次检查拱肋中线，调整其偏差至 0.5 厘米时固定风缆，并对各接头及拱顶高程作好观测记录拱圈合拢松索的过程实际是对拱圈进行受力体系转换，即将处于分段悬挂的梁体转换为以受压为主的拱故其松索的过程十分重要，一定要按照拱脚段扣索、中间段扣索、起重索三者的先后顺序对称均匀地进行在合拢过程中应10对各接头的标高、拱顶标高、1/4 跨处的标高及拱肋中线情况随时进行观测松索合拢成拱后，可保留起重索和扣索部分受力，待拱肋接头连接工序全部完成后再完全松索留索受力的大小视拱肋接头的密合成度和拱肋的稳。