钢管拱桥无塔扣挂三段式双肋合拢吊装施工方法
【专利摘要】本发明涉及钢管混凝土拱桥的吊装施工方法，属于桥梁施工【技术领域】。钢管拱桥无塔扣挂三段式双肋合拢吊装施工方法包括以下步骤：(1)拱肋预拼装，(2)设置地锚，(3)单浮吊运输，(4)浮吊将单边节段调整至接近设计角度，(5)扣挂系统安装，(6)重复步骤(3)、(4)、(5)安装另外一段单边节段，(7)双浮吊运输，(8)合拢、焊接。本方法提高了生产效率、加快了施工进度、节省了工程费用、保证了拱肋的安装质量。
【专利说明】钢管拱桥无塔扣挂三段式双肋合拢吊装施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢管混凝土拱桥的吊装施工方法，属于桥梁施工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]钢管混凝土拱桥拱肋施工中最重要的工序之一就是拱肋安装。目前国内外主要的安装方法有:无支架缆索吊装；少支架缆索吊装；整片拱肋或少支架浮吊吊装；吊桥式缆索吊装；转体施工；支架上组装；千斤顶斜拉扣挂悬拼等。缆索吊装计算复杂，所需钢材较多，施工设备包括缆索吊机塔架、缆索吊机主索、起重索、牵引索、扣索、工作索、风缆、横移索、跑车、索鞍和锚碇等，对施工设备要求较高；吊装过程中需搭设支架的施工方法，要求桥下地质条件较好，有较高的地基承载力，搭设的支架也需经过严格计算，同时要求从搭设支架到支架拆除期间河道封航；转体施工的转体装置和牵引装置费时费力，合理的扣索力难以确定，转体阶段结构容易整体失稳；整片拱肋吊装方法对吊装设备和水上通航能力要求较高，吊装期间单片拱肋落架时的线形难以精确控制，拱肋存在无法修复的扭曲变形的风险；斜拉扣挂悬拼法扣塔受力复杂，扣索采用钢丝绳，存在非弹性变形难于控制、扣挂塔施工周期长、节点多、安装质量难于控制的缺点。如“200910036700.5”的专利，此专利也是采用的索塔，采用索塔的缺点就是计算复杂，所需钢材较多，对吊装设备也有很高的要求，而且工期相对较长。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足之处，提供一种施工操作简便、经济性好、施工安全、计算简便、工期短、增加了航道的可利用性、而且能够保证施工质量的钢管拱桥无塔扣挂三段式双肋合拢吊装施工方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]钢管拱桥无塔扣挂三段式双肋合拢吊装施工方法，其特殊之处在于包括以下步骤:
[0006](I)拱肋预拼装:钢管拱肋分节段在预制场预制，运输到施工场地后按照设计焊接成三段(两个单边节段和中间合拢段)，在中间合拢接头处安装法兰盘，在上弦拱安装操作工人攀登用爬梯及防护栏杆，栏杆外安装密目防护网，在施工场地按照设计拱度预拼装拱肋，两个单边节段的合拢接头处预先安装好千斤绳，用铁丝绑扎进行临时固定，并且保证两侧等长；
[0007](2)设置地锚:在与两个拱肋轴线一致的两侧桥台台后按照大体积混凝土结构分别设置两个地锚，共四个地锚，分层浇筑，左右对称布置，每个地锚的中轴线与相对应的钢管拱肋的中轴线对齐，地锚高出地面1.0m，高出地面部分中部设一宽度为20cm的张拉槽，地锚水泥混凝土达到设计强度后，将钢绞线穿入地锚预留孔，与张拉用油压千斤顶连接；
[0008](3)单浮吊运输:采用单浮吊按照设计安装角度起吊其中一个带有千斤绳的单边节段，保持固定，用驳船顶推前进，将单边节段吊运抵达安装处；[0009](4)浮吊将单边节段调整至接近设计角度，在高于安装位置2m左右停留，再慢慢靠近安装位置，在接近既定位置时，先安装内缆风绳，内缆风绳锚固于相邻的承台上，然后通过浮吊拔杆、吊钩升降将单边节段准确定位，将其临时铰于承台上，与预埋的铰座对位；
[0010](5)扣挂系统安装:预先将钢绞线按计算长度精确下料，然后通过连接器III与千斤绳连接，保证各根钢铰线锚点间长度一致，并拖曳至相应位置，地锚的支架及油压千斤顶安装就位，张拉杆后端保留够张拉预留长度后，尽量靠前，并安装好螺母，将各个连接器连接好，检查连接可靠性，
[0011]先用小卷扬机将连接器III及钢绞线牵引到接头处的水面，当单边节段安装就位后，操作人员沿事先安装好的工作吊篮及爬梯利用卷扬机将钢绞线拖上去并连接好，同时在单边节段的端头安放棱镜，
[0012]当连接器III及钢绞线与千斤绳安装好后，再用小卷扬机在地锚处将钢绞线初步收紧并与张拉杆连接好，
[0013]分三级张拉钢绞线:
[0014]第一级每一根钢绞线拉到计算力的50 %，然后浮吊放松50 %，
[0015]第二级每一根钢绞线拉到计算力的80 %，然后浮吊放松80 %，
[0016]第三级每一根钢绞线拉到计算力的100%，然后浮吊放松100%，
[0017]每一级的张拉和放松都应该以接头处的标高为准进行控制，直至浮吊完全卸载应力为止；
[0018](6)重复步骤(3)、⑷、(5)安装另外一段单边节段；
[0019](7)双浮吊运输:采用双浮吊起吊中间合拢段，用两艘驳船顶推前进，将中间合拢段运抵合拢处；
[0020](8)缓慢移动浮吊，当接近桥位时即停，要特别注意避免发生碰撞，
[0021]将中间合拢段举高至超过接头标高，然后极其缓慢地移动到轴线位置，并将位置作精密调整后，将浮吊临时固定，
[0022]就位人员上吊篮，指挥就位，将中间合拢段徐徐放下，必要时可用撬棍辅助拨动，当其与两端的单边节段接头齐平后，浮吊放松应力后，两端单边节段上的扣挂系统也放松同样大小的应力，以调整中间合拢段的高度，
[0023]当中间合拢段与单边节段的法兰盘已经接近但尚未贴紧时，及时穿好螺栓，如果有错位，可用打孔冲子的办法解决，
[0024]测量人员通过棱镜及时测出各接头的标高，并与设计值进行比较，指导松扣挂系统和松吊点，操作工人在合拢处用液压千斤顶精调对接点，定位后用高强螺栓焊接，这一项工作要反复进行，直至拱轴线符合质量标准，且扣挂系统和吊点均松完为止，拧紧全部的法兰盘螺栓，如果发现在两法兰盘之间有间隙，则须用薄铁板填满，最后卸下扣挂系统和吊点。
[0025]本发明相对于现有技术的有益效果是:①采用强度高、承载力大、延伸量小、变形稳定的钢绞线作斜拉索，可减少架设过程中的不稳定非弹性变形，同时也减少了缆索吊装和转体施工的繁琐计算及设备安装，减少了支架安装，从而节省了钢材；②采用在与主拱轴线一致的桥台处设置地锚，锚固可靠，而且地锚设置占用场地少，避免大量拆迁工作采用油压千斤顶和张拉系统对钢绞线加卸拉力、收放索长，张拉能力大，索力调整和控制灵活性好，其配合浮吊控制精度高，保证了吊装精度；④主拱肋分三段分别在预制厂预制，拱肋预制及桥下基础可平行施工，缩短施工工期，而且制作加工可全程监控，保证拱肋段的线形、长度和断面尺寸的的精度；⑤分别采用单浮吊和双浮吊按照设计安装角度同时起吊单边节段和中间合拢段，采用两艘驳船顶推前进，保证吊装角度；⑥在合拢处采用液压千斤顶精确调试拱肋拱轴线及高度，误差小；⑦只在吊装期间封航，增加了航道的可利用性。综上，本方法提高了生产效率、加快了施工进度、节省了工程费用、保证了拱肋的安装质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1:本发明的地锚、扣挂系统整体布置结构示意图；
[0027]图2:图1的俯视图；
[0028]图3:图1的放大结构示意图；
[0029]图4:本发明吊装顺序示意图；
[0030]图5:本发明的拱肋预拼装示意图；
[0031]图6:本发明的地锚与扣挂系统连接结构示意图；
[0032]图7:本发明的两端单边节段调运示意图；
[0033]图8:本发明的中间合拢段调运示意图；
[0034]图9:本发明的吊点布置立面图；
[0035]图10:本发明的吊点布置平面图；
[0036]图11:本发明的施工流程简图；
[0037]图中:1、地锚，2、扣挂系统，3、内缆风绳，4、承台，5、支架，6、油压千斤顶，7、螺母，
8、张拉槽，9、张拉杆，10、连接器I，11、6根钢绞线，12、连接器II，13、3根钢绞线，14、连接器III，15、千斤绳，16、单边节段吊点，17、中间合拢段吊点，18、浮吊，19、单边节段，20、中间合拢段，21、0#桥台，22、8#桥台。
【具体实施方式】
[0038]下面以广西省柳州市文惠桥改造工程5#拱肋为例来具体说明本发明的施工方法。
[0039]文惠桥位于柳州市中心城区，是联系柳州市城区南北方向的主要通道。文惠桥改建工程是在原桥下游新建一座与原桥外观相似、结构相同的主跨为三孔中承式钢管拱和两边跨上承式砼箱肋拱姊妹桥。上部结构包括3孔L= 108m中承式哑铃型断面钢管砼拱和两边L = 62m上承式钢筋砼箱肋拱，是特大型桥梁。主拱肋及横向联系:中承式钢管混凝土拱拱轴系数:m= 1.347，净跨径为108米，净矢高27米，矢跨比为f/Ι = 1/4，哑铃型断面高2.2米，钢管(外)直径为900mm，在管内灌注C50混凝土 ；每孔两拱肋之间设13道横向联结系，含4道由三管组焊成的K撑，其中桥面以上7道，桥面以下设6道。钢管拱材料由钢管、钢板、角钢组焊而成，3跨钢管拱共用钢材总重1116t，每跨拱重372t。设计上将每跨钢管拱分为三个节段，由两个拱脚段与中间段组成。每个拱脚段吊段的重量为92t，中间段为 188t。
[0040]施工方法包括以下步骤:
[0041](I)钢管拱肋预组拼:根据现场条件，选定北岸滨江路桥位下游的一块狭长场地，作为本工程拱肋拼装场，该场地长160m，宽20m，首先纵向拼接，即拱肋拼接，然后横向拼接，即吊段组拼；
[0042]拱肋的纵向拼接:拱肋的纵向拼接是采用卧拼的方式进行纵向拼接，将在工厂生产出来的短节段拼接成长节段，并在接头位置焊接内法兰盘，纵向拼接主要在两排拼装支架之间进行。此过程的技术关键是:一要保证拱轴线上的每一个点在同一个平面上；二要保证接头面与拱轴线垂直并互相偶合；三要保证其他设施如吊杆的位置正确。为了保证节段间的互相偶合性，每次拼接两段半，即超过半跨拱肋长，将其中的半段再与另半跨偶合；
[0043]拱肋的横向拼接:主拱肋横向拼接主要是把两段已经纵向拼接好的单(钢管拱)肋用拱肋横联(Φ600)钢管以及施工临时横联钢管进行横向联接组焊，在结构上形成桁架式几何不可变结构，构成一段完整的拱圈节段，达到吊装时横向稳定的结构要求。同时保证节段之间的偶合性，能在合拢时顺利对接。
[0044]为满足上述要求，必须按拱轴线坐标搭设支架，每次在支架上精确安放三段单肋。精确调整拱轴线垂直面和两肋的相对位置后，用拱肋横联(Φ600)钢管按设计图组焊起来，形成桁架式结构。焊接完成后，松开连接螺栓。上述工作完成后，在上弦拱安装操作工人攀登用爬梯及防护栏杆，栏杆外安装密目安全网防护。以方便吊装过程中在拱段端头安装测量用棱镜及操作工人对法兰盘的合拢焊接工作。
[0045]本工程两台浮吊主船长度36.14m，主船宽度9.7m，最大船高5.lm，最大起重量150t/65° (起重臂长50m)，满载吃水1.36m,另外还有前置浮箱和后置浮箱。
[0046](2)台后地锚采用桩式地锚，分别在0#桥台及8#桥台的台后分别施作2个地锚，左右对称布置，地锚中轴线分别和2个钢管拱肋的轴线对齐，地锚高出地面1.0m，高出地面部分中部设一宽度20cm宽的张拉槽，地锚张拉槽口底部略高于桥台端墙，以有利于钢铰线从桥台端墙上方通过；
[0047](3)起吊前准备及单浮吊运输:
[0048]I)拱座及横联施工完成，拱脚预埋件安装到位，内缆风绳锚固钢筋耳环在拱座浇筑时已预埋；
[0049]2)全部钢管拱肋按吊装节段组焊完成，并检验合格，扣点、吊点、爬梯安装完成；
[0050]3)台后地铺施工完成；
[0051]4)扣挂系统准备完毕；
[0052]5)浮吊、船吊、千斤顶、油泵、手拉葫芦、卷扬机、电焊机等施工机具进场就位，调试完成;
[0053]6)螺杆(螺母)、垫板、钢丝绳等施工用材料准备到位；
[0054]7)办理好封航审批手续，做好安全防范准备工作；
[0055]8)调查掌握气象、水文资料，选择有利于吊装施工的最佳时机。
[0056]9)单浮吊放下主钩及副钩分别勾住单边节段的两个吊挂点，然后通过两个吊钩升降调整至接近安装角度，将吊段徐徐提升约2m，然后起锚，为保证安装角度相对固定，利用两艘驳船牵弓I或顶推浮吊驶向安装点附近，再慢慢靠近安装位置。
[0057](4)在接近既定位置时，先安装内缆风绳，内缆风绳锚固于相邻的承台上，然后通过牵引钢丝绳将浮吊灵活、准确定位，最后通过浮吊拔杆、吊钩升降将单边节段临时铰与承台上预埋的铰座对位。[0058](5)扣挂系统跟4个地锚配套对应，主拱肋吊装作业需配置4套扣挂系统，每套扣挂系统包括I根Φ IOOmm张拉杆、6根钢铰线、2个与张拉杆配套的螺母、两组3根钢绞线、一台250t的油压千斤顶和油泵、I个用于连接张拉杆与6根钢铰线的连接器I，I个用于连接6根钢铰线的连接器II，2个用于连接3根钢铰线与千斤绳的连接器III，2根千斤绳；
[0059]扣挂系统受力分析及下料长度计算:因每段吊段的重量为92t，每一个地锚布6根钢绞线，按每根钢铰线抗拉能力为IOt计，2个地锚共12根钢铰线提供的抗拉能力可达到120t。在实际操作时，通过严格控制钢铰线的下料长度，保证同一束钢铰线中各根钢铰线等长，达到各根钢铰线受力基本一致，实现将每根钢绞线所受的拉力控制在IOt以内，且扣挂系统其它构件均按钢绞线的抗拉能力配套设计，以保证整个扣挂系统安全可靠。为了防止钢铰线的重复张拉影响其工作性能，用作扣索的钢铰线张拉过一次后应作报废处理，下一次张应便用新钢绞线重新按计算长度下料。以5#孔为例，为了避免台后地锚受力后对桥台产生影响，台后地锚分别设在0#台及8#台后IOm以外，以减少对桥台的挤压。按此原则计算，5#孔钢管拱肋吊装所需钢铰线计算长度如下:
[0060]5# 孔:281m*12(根)=3372m (北岸)262m*12 (根)=3144m (南岸)
[0061]扣挂:预先将钢绞线按计算长度精确下料，然后通过连接器III与千斤绳连接，保证各根钢铰线锚点间长度一致，并拖曳至相应位置，地锚的支架及油压千斤顶安装就位，张拉杆后端保留够张拉预留长度后，尽量靠前，并安装好螺母，将各个连接器连接好，检查连接可靠性；
[0062]千斤绳预先在拼装场在单边节段的合拢接头处安装好，用铁丝绑扎进行临时固定，并且注意做到两侧等长，单边节段吊装时，千斤绳随单边节段同时运输；
[0063]先用小卷扬机将连接器III及钢绞线牵引到接头处的水面，当单边节段安装就位后，操作人员沿事先安装好的工作吊篮及爬梯利用卷扬机将钢绞线拖上去并连接好，同时在单边节段的端头安放棱镜，测量拱轴线是否有偏位；
[0064]当连接器III及钢绞线与千斤绳安装好后，再用小卷扬机在地锚处将钢绞线初步收紧并与张拉杆连接好；
[0065]分三级张拉钢绞线:
[0066]第一级每一根钢绞线拉到计算力的50% ;然后浮吊放松50%
[0067]第二级每一根钢绞线拉到计算力的80% ;然后浮吊放松80%
[0068]第三级每一根钢绞线拉到计算力的100% ;然后浮吊放松100%
[0069]每一级的张拉和放松都应该以接头处的标高为准进行控制，直至浮吊完全卸载应力为止；
[0070](6)重复步骤(3)-(5)，吊放另一单边节段。
[0071](7)双浮吊运输:采用双浮吊起吊中间合拢段，用两艘驳船顶推前进，将中间合拢段运抵合拢处。
[0072](8)缓慢移动浮吊，当接近桥位时即停，要特别注意避免发生碰撞，
[0073]将中间合拢段举高至超过接头标高，然后极其缓慢地移动到轴线位置，并将位置作精密调整后，将浮吊临时固定，
[0074]就位人员上吊篮，指挥就位，将中间合拢段徐徐放下，必要时可用撬棍辅助拨动，当其与两端的单边节段接头齐平后，浮吊放松应力后，两端单边节段上的扣挂系统也放松同样大小的应力，以调整中间合拢段的高度，
[0075]当中间合拢段与单边节段的法兰盘已经接近但尚未贴紧时，及时穿好螺栓，如果有错位，可用打孔冲子的办法解决，
[0076]测量人员通过棱镜及时测出各接头的标高，并与设计值进行比较，指导松扣挂系统和松吊点，操作工人在合拢处用液压千斤顶精调对接点，定位后用高强螺栓焊接，这一项工作要反复进行，直至拱轴线符合质量标准，且扣挂系统和吊点均松完为止，拧紧全部的法兰盘螺栓，如果发现在两法兰盘之间有间隙，则须用薄铁板填满，最后卸下扣挂系统和吊点。
[0077]本发明未详细说明的内容均为现有技术，本领域技术人员可以从本实施例及现有技术获得启发，进行变形得到其它实施例。因此，本发明的保护范围应该根据权利要求的保护范围来确定。
【权利要求】
1.钢管拱桥无塔扣挂三段式双肋合拢吊装施工方法，其特征在于包括以下步骤: (1)拱肋预拼装:钢管拱肋分节段在预制场预制，运输到施工场地后按照设计焊接成三段(两个单边节段和中间合拢段)，在中间合拢接头处安装法兰盘，在上弦拱安装操作工人攀登用爬梯及防护栏杆，栏杆外安装密目防护网，在施工场地按照设计拱度预拼装拱肋，两个单边节段的合拢接头处预先安装好千斤绳，用铁丝绑扎进行临时固定，并且保证两侧等长; (2)设置地锚:在与两个拱肋轴线一致的两侧桥台台后按照大体积混凝土结构分别设置两个地锚，共四个地锚，分层浇筑，左右对称布置，每个地锚的中轴线与相对应的钢管拱肋的中轴线对齐，地锚高出地面1.0m，高出地面部分中部设一宽度为20cm的张拉槽，地锚水泥混凝土达到设计强度后，将钢绞线穿入地锚预留孔，与张拉用油压千斤顶连接； (3)单浮吊运输:采用单浮吊按照设计安装角度起吊其中一个带有千斤绳的单边节段，保持固定，用驳船顶推前进，将单边节段吊运抵达安装处； (4)浮吊将单边节段调整至接近设计角度，在高于安装位置2m左右停留，再慢慢靠近安装位置，在接近既定位置时，先安装内缆风绳，内缆风绳锚固于相邻的承台上，然后通过浮吊拔杆、吊钩升降将单边节段准确定位，将其临时铰于承台上，与预埋的铰座对位； (5)扣挂系统安装:预先将钢绞线按计算长度精确下料，然后通过连接器III与千斤绳连接，保证各根钢铰线锚点间长度一致，并拖曳至相应位置，地锚的支架及油压千斤顶安装就位，张拉杆后端保留够张拉预留长度后，尽量靠前，并安装好螺母，将各个连接器连接好，检查连接可靠性， 先用小卷扬机将连接器III及钢绞线牵引到接头处的水面，当单边节段安装就位后，操作人员沿事先安装好的工作吊篮及爬梯利用卷扬机将钢绞线拖上去并连接好，同时在单边节段的端头安放棱镜，` 当连接器III及钢绞线与千斤绳安装好后，再用小卷扬机在地锚处将钢绞线初步收紧并与张拉杆连接好， 分三级张拉钢绞线: 第一级每一根钢绞线拉到计算力的50 %，然后浮吊放松50 %， 第二级每一根钢绞线拉到计算力的80 %，然后浮吊放松80 %， 第三级每一根钢绞线拉到计算力的100%，然后浮吊放松100%， 每一级的张拉和放松都应该以接头处的标高为准进行控制，直至浮吊完全卸载应力为止; (6)重复步骤(3)、(4)、(5)安装另外一段单边节段； (7)双浮吊运输:采用双浮吊起吊中间合拢段，用两艘驳船顶推前进，将中间合拢段运抵合拢处； (8)缓慢移动浮吊，当接近桥位时即停，要特别注意避免发生碰撞， 将中间合拢段举高至超过接头标高，然后极其缓慢地移动到轴线位置，并将位置作精密调整后，将浮吊临时固定， 就位人员上吊篮，指挥就位，将中间合拢段徐徐放下，必要时可用撬棍辅助拨动，当其与两端的单边节段接头齐平后，浮吊放松应力后，两端单边节段上的扣挂系统也放松同样大小的应力，以调整中间合拢段的高度，当中间合拢段与单边节段的法兰盘已经接近但尚未贴紧时，及时穿好螺栓，如果有错位，可用打孔冲子的办法解决， 测量人员通过棱镜及时测出各接头的标高，并与设计值进行比较，指导松扣挂系统和松吊点，操作工人在合拢处用液压千斤顶精调对接点，定位后用高强螺栓焊接，这一项工作要反复进行，直至拱轴线符合质量标准，且扣挂系统和吊点均松完为止，拧紧全部的法兰盘螺栓，如果发现在两法兰盘 之间有间隙，则须用薄铁板填满，最后卸下扣挂系统和吊点。
【文档编号】E01D4/00GK103437296SQ201310389994
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】包强锋, 李颖, 李浩然, 王劲松, 姜希梅 申请人:山东中宏路桥建设有限公司