西门河大桥钢管拱缆索吊装施工技术
2017-11-13
一、工程简介
西门河大桥位于陕西省安康市紫阳县，是一座主桥主跨为220米的中承式钢管混凝土拱桥。拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/4.5，矢高48.88米，净跨径217.09米，拱肋截面为1.9米x4.4米的横哑铃形四管桁式钢管混凝土结构。钢管拱两端分别设置19m和12m的简支空心板引桥，主拱肋总重量为960吨。桥址处属低山河谷地貌，大桥横跨汉江河谷，两岸与地方道路相连，相对高差100-200m。
西门河大桥钢管主拱肋为全焊接结构，但现场整体吊装受到吊机起吊能力和运输能力的限制。根据其结构特点及现场吊装能力将钢管1条主拱肋分解成9个吊装节段（由于运输的问题，各吊装节段又分2个加工小节段，全拢段为1个节段，在现场第二次组装成吊装节段），全拱肋16个段及2个全拢段合计共17件，及横撑桁架节段横撑7件。
二、施工方案
（一）缆索吊装系统试吊
按缆索吊装系统设计吊重作试吊控制重量，用拱肋节段加配重作为试吊物，检验无支架缆索吊装系统的工作性能。
试吊步骤为起吊卷扬机分次受力、逐次检查系统各受力部位、起吊试吊物距地面（船面）10cm、再次检查各受力部位、启动牵引系统运梁至跨中、测试数据、试吊物运回。根据试吊观察结果，对缆索吊装系统工作性能作出评价后采取相应措施。另外，根据是到检验卷扬机起吊系统和牵引系统工作性能以及供电、通航保障系统并采取相应措施。
（二）钢管拱肋吊装
钢管拱肋节段由工厂加工车运至工地现场起吊位置，用缆索系统垂直起吊，正落位。钢管拱肋根据施工各个方面统筹的工期安排，分节段运输到现场停靠在桥址下施工现场位置待用，安装时由安装方到桥址下施工现场的起吊吊点位置，由安装施工方将钢管分拱肋吊索安装好，起吊拱肋节段离开施工现场后。在整个过程中，由港航监督部门进行通航的协调和指挥。
1.拱脚扣段（1#扣段）的安装
（1）拱脚铰座、预埋主管的安装。浇筑拱座砼时用三维坐标定位方法精确定位，预埋拱脚铰座预埋螺栓及钢板和预埋主钢管，然后通过铰座预埋螺栓及钢板安装好铰座。
（2）第一、第二、第三、第四吊段的安装。第一吊段，先用上游的两组主索上的2个吊点吊运上游第一段至拱座旁，一边降吊点，一边张拉扣索，慢慢地将拱肋节段拱脚端置于拱座上，借助拱座上预埋件通过链子滑车逐步调整第一吊段拱脚端铰轴钢管位置，使其与预埋件的拱脚铰座接触密贴。向跨中的一端，用横向浪风索调整好轴线位置，根据设计标高用临时扣索调整标高，待力全部交于扣点并拉好抗风，拱肋标高、轴线调整满足规范要求后，取下吊点。第一节段吊装就位后将铰轴钢管及与拱脚铰轴连接的两斜腹杆灌注50号砼，待其强度达到设计强度的80%后进行第二吊段的安装。
按相同的方法，两岸对称吊完第二吊段、第三吊段，第四吊段用扣索固定，正式扣索挂好后，按设计标高对高程进行调整，用浪风索对拱肋轴线进行调整，正式扣索的张拉的放松均按分级，对称的原则进行，以标高控制为主，同时兼顾索力索力用频谱分析仪测试，在调索过程中实施监控，确保施工安全。以起限位拱铰、稳定拱肋扣段的作用。全桥合拢后再解除此临时的连接，并按设计要求焊接该接头。
因焊接节段间的焊缝是控制吊装施工工期实现的关键工序，此工序按招标文件规定，由加工方实施，因此实施中需与加工方紧密配合，确保此项工作的顺利完成。
2.一般扣段的安装（2#、3#、4#扣段）
一般扣段参照吊装程序与拱脚扣段（1#扣段）的施工方法进行施工。按吊装程序，每一正式扣索挂好后，均须对该扣索之前的扣索进行调索作业。调索作业根据设计方和施工监控方现场共同发布的调索索力和拱肋标高，调索顺序，对每一号索采用对应钢绞线束数的每岸8台千斤顶、油泵张拉设备，同步作业，对称、分级张拉，并进行特殊的低应力状态下的夹片防松措施。同时用频谱分析仪对索力进行测试，以确保调索顺利开展，确保各吊段间横撑连接焊缝，节段间连接螺栓，节段间连接焊缝结构安全。对每一扣段，均进行一次拱肋轴线、拱肋高程的调整，避免拱肋的线形、标高误差累计到最后而造成调整困难，确保其安装精度的有效控制。
3.合拢段安装
拱肋第6#扣段安装完成后，进行不少于24小时的温度影响观测，由反映升温和降温过程的“温度―悬臂端点高程、合拢段长度”关系曲线分析，为拱肋合拢提供温度修正的依据。合拢前通过扣索、浪风索，对拱肋进行线形、标高的调整，并根据需要进行温度修正，选择温度稳定时段用设计临时合拢构造实施瞬时合拢。设计合拢温度在18℃左右，不超过20℃。临时合拢构造设在两主弦管间，全桥共2个，通过花兰螺栓旋转对拱圈两侧施力达到弦杆内力调整及定位的目的。合拢施工方案在得到设计方、施工监控方、监理工程师的共同确定并同意后，制定详细的操作规程，统一协调指挥，确保合拢时2个临时合拢构件同步完成作业。合拢后对拱肋线形及位置实施精确测量，通过扣索和拱顶合拢装置进行精调，调整合格后固定合拢装置，进行各扣段间连接的焊接工作，完成后拆除临时合拢装置。
（三）松扣和卸扣
空钢管拱肋合拢、各节段接头焊接完成，封固拱脚，由两铰拱转换成无铰拱后，逐级松扣，将扣索拉力转换为拱的推力。松扣程序为：从跨中4号扣索开始，两岸对称分级（扣索拉力分5级，每级放1/5），依次（从4号→1号）放松，各扣索松一级，暂停15至20分钟后，测试拱肋钢管应力、标高、轴线及平面位置，经设计、监理、施工监控方确认后，再进行第二次放松循环。最后一级保留5�左右的扣力暂不放松。松扣后对拱肋进行全面测试，根据测量结果来决定纠偏方式（适当调整浪风索、部分扣索索力等）和管内砼灌注方案和灌注顺序。拱肋钢管内砼灌注完成后，彻底放松扣索，利用工作天线、吊塔上扒杆、锚梁位置卷扬机将扣索拆除。 （四）成桥检验与临时墩的拆除
吊装结束后，同有关部门对桥梁几何尺寸、内部质量、外观进行检验。依次拆除临时墩顶支撑拱肋的垫块（从桥梁两端对称向中间进行，使拱肋脱离与临时墩顶的接触）、墩顶的限位装置和微调装置，并对临时墩顶接触部位的拱肋外表面进行补涂装。最后，清理现场，恢复桥面作业面。
三、施工监测和控制
拱肋吊装中，对拱肋杆件内力，拱轴线高程、桥轴线偏位、扣索索力、扣塔偏移以及缆索吊机的主要结构等进行全程的施工跟踪监测的控制。施工监测和控制在每天气温、日照变化不大的时候进行，尽量减少温度变化等不利因素的影响。
（一）拱肋杆件应力测试：对拱肋的拱脚1/8、2/8、3/8、拱顶截面的上、下弦杆、腹杆进行贴片测试，测试方法采用长效电阻应变片。
（二）拱轴线高程，桥轴线偏位监测：结合两岸地形用两台PENTAX-V2全站仪和12台精密水准仪进行监测。每一扣段安装完成后，调整扣索和浪风索，使各扣点高程控制在设计值±15mm，桥轴线偏位±10mm。
（三）扣索索力监控：用频谱分析仪测试扣索及临时扣索索力，结合千斤顶――油表读数监控索力。
（四）扣塔偏移：用激光照准仪对扣塔偏移进行监测，通过计算对其信息的处理，自动化启动千斤顶张拉系统调整平衡索的索力，使扣塔偏位控制在≤10mm范围内。
（五）缆索吊机的主要结构：吊塔杆件应力用贴电阻应变片进行测试和控制；锚碇、索塔上设置标志，吊装期间密切观察标志的移动情况；主索、起吊钢丝绳牵引钢丝绳的受力情况用频谱分析仪测试并进行监控；钢丝绳的磨损程度，卷扬机、索鞍、滑车等机械设备，选经验丰富的起重工、机械工随时和定期检查，并及时更换易损件部分，保证缆索吊机的正常使用。
（六）吊装期间收集中长期天气预报和短期天气预报，收集气象水文资料，防止恶劣天气影响吊装安全。
四、结论
西门河大桥共17个吊装段，采用无支架缆索吊装施工法，成功地解决了悬拼节段多、风险大的施工难题，并通过严格的监测和控制方法，拱肋成型好。该桥吊装施工实践显示，无支架缆索吊装适用于跨越深峡谷或深水区的大跨度拱桥的安装施工，拱桥及材料运输较为方便。但是，其缺点是需要设置主塔、主索、扣塔、扣索、地锚等。拱肋在空中对接精度较难控制，拱轴线型控制有一定的难度，分段越多，其工期和质量控制的难度就越大，施工费用就越高。
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