斜拉桥拉索辅助分段安装钢拱塔施工技术

2016-05-19  部门:  作者:吴明翰,刘玉祥  来源:

摘  要:以大连卧龙湾国际商务区22-0号路跨内湖桥钢拱塔施工为例,阐述了钢拱塔斜拉桥拱塔分段厂内加工,现场原桥位焊接,拉索辅助、不需要承重支架法的施工工艺及控制要点,包括拱塔分段,箱体吊装焊接、拉索辅助拉力及预拱度设定等内容,实现了安全、快速、高效施工,为同类型桥梁施工提供经验与参考。

关键词:斜拉桥;钢拱塔;拉索辅助;分段安装

Construction Technology of Subsection Installation for Steel Arch Tower of Cable Stayed Bridge

Wu Minghan,Liu Yuxiang

1工程概况

大连卧龙湾国际商务区22-0号路跨内湖桥梁与河道斜交,斜交角度约为71°,为(77+113)m的不对称双桥塔斜拉桥,全桥总长190 m;标准断面桥宽36.5 m(4.5 m人行道+2.0 m索区+23.5 m机动车道+2.0 m索区+4.5 m人行道),墩顶处桥宽39.7 m;边跨主梁采用预应力混凝土П型梁,主跨主梁采用П型钢梁;桥塔为双拱塔,顺桥向展开为“V”字型,主塔顺桥向与水平面夹角为71°,副塔顺桥向与水平面夹角为67°,主、副塔均为钢箱结构;主、副塔下部9 m(桥面以上)为钢筋混凝土结构,通过钢-混过度段后与上部钢塔身连接,钢-混段与梁体、桥墩及承台间设置纵向预应力,上部为钢箱结构,主塔高52.5 m、副塔高约40.1 m,拉索28对(56根)对称布置,上锚固点均设置在主塔上,主跨侧拉索全部经副塔穿过(副塔不受力),主、副塔间设辅助索4条。


2施工方案比选及确定

2.1转体法(竖转)施工

按照类似工程常规施工方式,该工程原计划采用竖转法施工,即:先把拱塔分成5个大节段,在工厂内加工完成后运至现场,在搭设好的工作平台上水平焊接成型,然后利用大型起重设备或牵引、导向设备实现转体施工。该法经组织内部专家论证后认为虽然可行,但结合工程实际情况,仍存在以下不足:

1)拱塔质量较大,主塔重约600 t,需要大型起重、提升设备,超大设备使用成本较高,受施工场地条件限制,作业场地需做特殊处理;

2)对于转轴机构设计的技术要求极高,也是工程成败的关键;

3)工作平台需在桥面上搭设,高度9m以上,而且要桥梁体施工基本完成后再进行搭设,同时要在支架承重部位做特殊处理,这样就会产生交叉作业,使施工效率降低,施工成本加大,施工时间长,工期无法保障。

另外,该方法还要考虑所在地区的风力大、温差大等外在因素,而且只有综合全面分析后方可实施,任何环节出现失误,都会给施工带来较大影响,操作中技术难度大,因此,不予考虑[1]。

2.2 拉索辅助分段安装施工

根据工程结构特点,结合现场实际情况综合考虑工期、设备、技术难度、施工成本等,决定采用原桥位分段安装、拉索辅助法施工工艺,即:拱塔工厂内分段加工、预拼装检测合格后,运至桥位,利用起重设备(履带吊车)分段吊装,悬臂法逐段组装、焊接一次成型,充分利用钢拱塔焊接后自身强度和金属箱体结构稳定性,再通过拉索辅助、平衡每节拱塔箱体因重力作用产生的结构变形,消除或减小累计误差的作用,实现拱塔无需搭设承重支架的原桥位分段安装成型。该方法充分发挥了分段塔箱单体体积小、质量轻,场地及施工设备条件要求低、安全系数高,质量控制效果好、施工操作方便等特点,同时可多作业面平行作业、施工速度快,工期有保证[2]。

3施工程序及控制要点

3.1施工程序

第1阶段:原材料进场复验→原材料抛涂预处理→下料→单件预制→单体钢箱组装、焊接→检测→预拼装→厂内涂装

第2阶段:汽车运输到安装现场→单件箱体吊装→测量定位→组装焊接→吊车落钩→拉索安装、张拉至设定拉力→测量复核调整→下1节段安装至合龙→检验检测→拉索安装张拉→涂装、桥面系施工→索力调整→验收

3.2箱体节段划分及厂内加工

3.2.1钢拱箱体段落划分方法

该桥主塔钢箱总质量约600 t,垂直高度约52.5 m,副塔重200 t,高度40.1 m,根据加工厂现状、运输车辆、自有吊装设备,运输路线等条件确定分段方法为:基本按照横隔板位置进行划分,但必须考虑拱塔内部锚点构造,尤其锚下承压钢板(横向承压钢板)不应被截断(建议将拱塔所有构造进行准确的空间三维放样后,再进行分段划分)。将主塔分成11段,副塔9段分别加工成型,并适时运至施工现场。主塔分段数据见表1。

表1主塔分段信息表


3.2.2箱体下料加工

拱塔钢箱分段加工采用数控设备下料,根据设定的分段方法、三维模型图尺寸,采用流水作业下料并加工成型。各分段加工完成后,必须进行厂内预拼装,确认合格后方可出厂(如果条件允许,需要进行全部节段整体预拼,若不能全节段预拼,则必须保证相邻两节段的预拼装,拼装误差范围在满足设计质量要求后方可出厂,否则施工现场作业班组有权拒绝接收、并不得吊装)。

3.3 箱体运输与安装

3.3.1运输

塔箱运输统一采用平板拖车,单节运输。运输时需在横隔板处设支垫,严禁2节或多节层叠堆放,以避免运输过程中出现箱体变形现象。装卸必须按设计吊点位置挂钩,缓吊、慢放,同时必须确保安放牢靠和运输途中的绝对安全。

3.3.2.安装

1)总体安装思路

安装顺序是先安装副塔,且安装到一定数量时,再进行主塔安装。每个节段吊装定位时,节段合龙口按工艺方案要求焊接后,才允许吊车落钩。主塔安装的同时,按计划安装相应的拉索,并按规定张拉(同时结合实际需要搭设工作台脚手架)。

2)主塔安装顺序

ZG01/ZG09—ZG02/ZG08—ZG03/ZG07—ZG04/ZG06—ZG05(顺序可适当调整,但应经相关人员认可)。

3)吊装焊接(以ZG04/ZG06为例)

①该节段质量约为48.67 t,按照拟定的分段吊装方案,可采用350 t以上履带吊车合龙安装。

②由精度控制人员现场指挥调整对接过程,测量人员测得的数据吻合并满足要求后,按设计焊接工艺方案进行封焊;安全和质量检查合格、焊接90%以上后,撤除吊车。焊接要求采用CO2气体保护焊(CO2气体保护焊的气体纯度应≥99.5%)。在箱体内部焊接时,冬季施工需要注意焊条的保温和焊缝的预热(根据焊接条件和要求)。为加快施工速度,每班2个焊点可同时作业,要加强内部通风,以保证作业人员的安全[3-4]。

4)拉索安装及辅助张拉

按既定方案及时安装指定位置的拉索。穿索时必须对拉索采取妥善的保护措施,以防损坏索体。拉索在动火焊接点一定范围(3m)内,必须有防火、防烫伤措施。主塔预偏量见表2,辅助拉索安装位置及辅助张拉力见表3。

表2 主拱各节段预偏量                   mm

节段编号 预偏量

X Y Z

1号 (ZG01/ZG09) 0 -2 0

2号 (ZG02/ZG08) 0 -6 1

3号(ZG03/ZG07) 0 -7 2

4号(ZG04/ZG06) 0 -3 3

5号(ZG05) 0 0 0

注:Y以横桥向指向桥轴线方向为正;Z以向上为正。

表3 主塔拼装阶段理论施工过程及辅助张拉力

工序 施工内容

1 吊装第1节段ZG01/ZG09

2 安装完成张拉ZS1,单侧张拉力25 t

3 吊装第2节段ZG02/ZG08

4 安装完成张拉ZS6单侧张拉力20 t

5 吊装第3节段ZG03/ZG07

6 安装完成张拉ZS10单侧张拉力20 t

7 安装临时横撑(ZG03--ZG07间,上部第1个横隔板处)

8 吊装第四节段ZG04/ZG06

9 安装完成张拉ZS14单侧张拉力20 t

10 吊装第5节段ZG05(合龙段)

注:拼装过程中,应根据各节段图纸理论坐标加上预偏量进行定位;节段连接前后以及斜拉索张拉前后需要测量各节段坐标变化量,并将数据及时报至监理、监控单位;表中“ZS1、ZS6……”代表“1号主拉索、6号主拉索……”

5)合龙

①根据计算数据,安装主塔时,由于主塔分段自身的重力作用,沿横桥向的变形很小,且为弹性变形,最大为40mm,所以合龙时可适当增加横桥向反变形,以保证合龙的精度。合龙时,随时监控横桥向精度情况,如发现现场变形量超出计算数据,则在横桥向增加支撑,以便及时调整。

②合龙段质量约26.15 t,吊装前应采取措施,使两侧钢塔在合龙前线形保持一致,以防止结构受扭。必须精确测量塔身结合处位置、尺寸,核对无误后,再对合龙段进行相应的处理,满足吊装条件后方可起吊。构件基本就位后,通过倒链调整上下高度,丝杠千斤顶调整水平位置,直至塔箱位置准确,而后及时封焊完成合龙工作[4]。

4 结语

拉索辅助分段安装钢拱塔技术在卧龙湾22-0号路跨内湖桥施工中应用非常成功,拱塔加工及安装与桥梁下部结构同时施工,安装期间同时开设3个吊装作业面平行作业,大大加快了全桥的施工进度,并顺利合龙,总工期缩短近30 d;拱塔安装、合龙整体线型平顺美观,节段平均误差不超过5 mm。目前桥梁通行情况良好,经现场实际检测、监控,各项指标全部正常。实践证明,采用该方法施工安全可靠、工期短、成本低、施工操作简单,可为类似工程的施工提供参考和借鉴。

参考文献:

[1]黄士柏,郝俊峰,徐海军.拱型塔悬索斜拉组合结构桥梁的设计与施工[J].桥梁建设,2010(1):45-48

[2]翟军.斜拉桥钢拱塔节段吊装法施工技术[J].交通运输2014(3):4-6

[3]尹显齐.钢结构制作安装工艺手册[M].北京:中国计划出版社,2006:第二章 58-72

[4]高辉.斜拉桥圆环钢塔节段吊装与支护[J].山西建筑,2012,38(33):197-198





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