57钢筋混凝土拱桥节段吊装.docx
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57钢筋混凝土拱桥节段吊装
57钢筋混凝土拱桥节段吊装施工工艺
钢筋混凝土拱桥节段吊装施工工艺
1前言
在装配式混凝土或钢筋混凝土拱桥上部结构施工中，通常采用节段预制吊装工艺。
节段安装方法上，根据现场施工条件，可采取少支架或无支架法。
采用少支架法施工，可省去扣挂系统部分工作，但对支架及其基础条件要求较高。
当拱桥位于深水、深谷、通航河道或限于工期必须在汛期进行拱肋施工的，采用支架法存在较大问题时，宜采用无支架法施工。
肋拱、箱形拱选用无支架法施工时，应结合桥梁规模、河流、地形及设备等条件，在龙门吊、塔式吊机、浮吊或缆索吊装等方案中进行比选，其中缆索吊装是使用最广泛的方案。
2适用范围
缆索吊装施工是将混凝土或钢筋混凝土拱预制节段利用缆索吊机进行吊运，通过扣挂、组拼，使主拱圈合拢成型，施工由吊装、扣挂、侧向稳定等系统组成。
适用于装配式钢筋混凝土肋拱、组合箱型拱施工。
也可部分用于桁架拱、钢管拱、刚构拱和采用预制吊装的其他类型的桥梁。
3吊装前准备
3.1预制构件质量检查
（1）吊装前，必须对所有预制构件的预制质量、构件的几何尺寸、堆放顺序是否符合要求进行认真检查。
（2）检查的主要内容有：
节段弦长长度，节段接头端面倾角是否正确，节段接头端面是否在同一平面，节段接头连接螺栓孔位是否正确以及拱箱接头垂直度等。
以上检查后，要对数据详细记录，再根据数据确定处理措施。
3.2墩台拱座尺寸检查
（1）对已建成的桥台、墩进行复测，复测的主要内容：
拱座尺寸，拱座斜面倾角是否与施工设计一致，各预埋件位置是否正确，拱座起拱线的实际标高，净跨距离等。
（2）由于节段在吊装时，前端会有一定量的预提高，端面可能会与拱座斜面抵触，因此，在拱座施工时将拱座斜面上口减少2～3㎝。
3.3跨净与拱肋的误差调整
（1）在吊装前，需对主拱净跨作复核，对于净跨大于设计，可采用在拱座上加垫钢板的方法来调整；对于净跨小于设计，可采用在主拱安装时减少调整钢板的方法调整。
（2）节段从台座上起吊、存放后，弦长一般会比制作长度增长0.5～2㎝，因此在节段制作时，节段长度一般减少1～2㎝，其长度变化值对主拱的影响将在主拱合拢时，采用加垫钢板的方法来解决合拢时间隙。
3.4吊装设备的检查与试吊
（1）吊装前，对吊装系统各设施进行全面检查，然后组织试吊验收。
分工况按逐级加载的方式进行。
（2）在各阶段试吊中，重点检验塔架位移、主索垂度和主索受力均匀程度，动力系统工作状态，牵引、起重系统运转状况及索力，主索地锚稳固情况及通讯、指挥系统的通畅性能和各作业组之间的协调性。
（3）试吊后，综合各种观测数据和检查情况，对吊装系统的技术状况进行分析、评价和鉴定，确定能否吊装。
3.5扣索及调整系统检查
拱肋吊装时，除合拢段以外，各段在悬拼期间均需设一组扣索进行纵向稳定。
扣架一般设在墩、台顶上，底部固定，塔顶设置风缆；各扣索位置必须与所吊挂的拱肋在同一竖直面内。
扣索一般采用钢丝绳，悬拼节段数量较多时，也可采用钢绞线。
扣绳宜采用单扣，即扣点设置在拱箱中心线上。
单扣受力明确、易于计算控制，设备需用量少。
图1、图2为节段重量72t、5节段吊装中的扣索布置示意图。
图1 扣索布置示意图
图2 扣索布置示意图
图3 扣索施工图片
在起吊前，须将各段扣索作好布置，并分块存放，不得混乱，要做到条理清楚，放索时能顺利。
扣索的转角处需进行圆角处理，以避免扣绳受伤。
如图4所示：
图4扣索在拱箱上布置图
吊绳制作需在台座上进行，并保证两肢等长，且模拟拉紧后再安装定位卡子。
扣绳和吊绳在拱箱底部连接位置，在销子与混凝土之间，安装一块钢板，分散压力，以保证混凝土不被局部压力破坏。
扣索在底板连接见图5所示：
图5 扣索在拱箱底板连接
施工前对以下项目进行重点检查：
用于扣索安装的牵引卷扬机工作状态和性能是否正常，扣索滑车组的完好和安装情，扣索地笼变形观测标志、绳卡准备是否齐备，大小型号是否齐全。
4吊装工艺及程序
4.1起吊方法
拱箱（肋）节段采用平吊就位的吊装方式。
拱箱节段水平起吊后，运输至安装位置，缓慢下降高度，调整后端头位置，将连接端与上一节段接头或拱脚相连接，提升拱箱前端，逐步调整前后起重索吊勾，使拱节段达到设计标高，进行临时锁定。
如下图6、图7所示：
图6 拱脚段吊装工况图
图7 拱脚段吊装调整施工图
4.2吊装程序
主拱根据跨度不同，分为三节段、五节段、七节段等吊装。
4.2.1三节段吊装程序及工艺
三节段一般吊装程序见图8所示：
图8 三节段拱安装顺序示意图
当采用梯形搭接接头时，宜先准确扣挂两拱脚段，调整扣索使其上端头较设计值抬高3～5㎝，再安装拱顶段，实现合拢。
当采用对接接头时，宜先悬扣拱脚段初步定位，使其上端头较设计值抬高5～10㎝，然后将拱顶段吊扣至比设计抬高1～2㎝，再逐渐放松拱脚段扣索使其均匀下降与拱段段合拢。
4.2.2五节段吊装程序及工艺
五节段一般吊装程序见图9所示：
图9 五节段拱吊装顺序示意图
从拱脚段开始，按上图顺序将1、2、3、4节段吊扣就位，并使次边段的上端接头比设计抬高10㎝，拱脚段上端接头比设计抬高5㎝。
次边段上端接头与拱脚段上端接头抬高量按2倍关系控制。
4.2.3拱肋松索成拱程序及工艺
（1）在松索成拱前，须先对拱肋轴线、各接头标高作校正，使之符合设计要求。
（2）每次松索量宜小，拱脚段上端接头高程变化不宜超过1㎝，次边段上端接头高程变化不宜超过2㎝。
每次松索压紧接头缝后，应将接头螺栓全部拧紧一次。
当接头标高接近设计值时，宜用钢板嵌塞接头缝隙。
通过侧向缆风对拱箱轴线进行调整，然后将扣索、起重索放松到基本不受力，拧紧各接头螺栓，最后用缆风检查和校正拱箱轴线，固定缆风，观测各接头、1/8跨及拱顶高程。
（3）当主拱合拢并按设计固定缆风后，可按拱脚段扣索、次边段扣索、拱顶段起重索三者先后顺序完全放松绳索。
4.3合龙方式
4.3.1合拢原则
主拱合拢方式有：
单肋合拢和双基肋合拢，多采用单肋合拢。
4.3.2单肋合拢
单肋合拢是指合拢肋两侧没有加强稳定作用的基箱的合拢方式。
中小跨径箱型拱桥，当其拱肋高度大于0.009～0.012跨径，拱肋底面宽度为拱肋高度的0.6～1.0，且横向稳定系数不小于4时，可采用单肋合拢方式。
其一般形式如图10所示：
图10 单肋合拢示意图
大、中跨径箱形拱，其单肋横向稳定系数小于4时，可先悬扣多段拱脚段或次拱脚段拱肋，并将相邻两肋联接后，安装拱顶段单根肋合拢。
4.3.3双基肋合拢
双基肋合拢是指合拢肋两侧有加强稳定作用的基箱的合拢方式。
当拱肋跨径不小于80m或横向稳定系数小于4时，应采用双肋合拢松索成拱的方式，即当第一根拱肋合拢并校正拱轴线，楔紧拱肋接头缝后，稍松扣索和起重索，压紧接头缝，但不卸掉扣索和起重索，待第二根拱肋合拢，两根拱肋横向联结稳定并张拉好风缆后，再同时松卸两根拱肋的扣索和起重索。
双基合拢一般较少采用。
4.3.4合拢方式的选择
（1）一般合拢宜采用单肋合拢，只有在情况特别不利、主拱设计要求的情况下采用双基肋合拢。
双基肋合拢比单肋合拢的扣索系统增加1.5～2倍。
（2）合拢方式的确定主要取决于主拱的横向稳定。
当主拱的裸拱横向稳定系数小于4时，才考虑双基肋合拢。
（3）当主拱的裸拱横向稳定系数小于4，但通过对缆风系统进行专门设计，并采取其他加强横向稳定措施，使合拢拱肋横向稳定系数提高，且拱箱接头强度满足该施工段要求时，采用单肋合拢。
横向稳定系数计算公式如下：
Nj--拱的平均轴向力，由公式
Hj——裸拱的水平推力，可由设计者提供；
f——主拱矢高；
L——主拱净跨；
Iy——两拱肋对y-y轴的平均惯性矩；
s——拱轴线长度；
α——与支承条件相关的系数，对双铰拱取1，对无铰拱取0.5；
G——横系梁的剪切弹性模量；
Ib—一根横系梁对自身重心轴（与y-y轴平行）的惯性矩；
Ic—一根拱肋对自身重心轴（与y-y轴平行）的惯性矩；
Ab——横系梁的截面积；
n——与横系梁截面形状有关的系数，对矩形截面取1.2，对圆形截面取1.11；
a——横系梁节间长度；
b——两拱肋间距；
β——考虑节间稳定系数与临界力的有关。
当横系梁足以保证节间稳定进，β可略去。
4.4拱肋横向稳定
单片拱肋的吊装及合拢过程中，拱肋的纵、横向稳定是施工中最为关键的问题。
施工中只要控制好接头高程，处理好各接头的连接，使拱肋尽快形成无铰拱，则纵向稳定能得到满足。
单片拱肋横向稳定只能依靠设置的横向缆风索来控制，在两片拱肋合拢后仍需要靠缆风索和两片拱之间的横向联结系来控制。
主拱在安装、合拢时，拱箱接头为螺栓连接，相对拱肋自身强度很低，是拱肋稳定的薄弱环节。
4.4.1横向缆风索的设置
横向风缆的主要作用在于：
在拱肋吊装中用以调整和控制拱肋中心线；在拱肋合拢时用以约束各个接头的横向位移；在拱肋成拱后，用以减少拱肋的自由长度，增大拱肋的横向稳定；同时抵抗横向外力。
缆风设置应满足以下要求：
（1）上下游对称布置。
（2）缆风索预拱肋轴线夹角大于45°，与地面夹角在30～40°，距离宜大于100；
缆风索的收紧和放松，应在测量观测下统一指挥进行；对于5节段以上拱肋的吊装，对凤缆进行专门设计，将风缆作为结构的一部分，在最不利横向荷载时，要计入风缆的弹性变形和非线性影响，要求横向稳定系数不小于4。
当采用双基肋合拢方案时，主拱节段的侧缆风设置应对每段基箱分别设置，不宜将两段或多段基箱连接后，只在两侧设置。
因为独立主拱节段安装的横向稳定性很差，主要由侧向缆风提供稳定，只有将各基箱的侧缆风独立设置，基箱段的稳定才会明显提高。
横向缆风安装位置一般在拱箱上端接头处，一般左右侧对称设置。
当受地形影响不能对称设置时，需使两侧缆风对主拱的横向稳定力相同。
缆风绳宜安装在拱箱上端接头的下部，以免引起对后续拱肋的施工影响。
4.4.2临时横向连接系的设置
吊装过程中，减少拱肋自由长度，就能有效地增加横向的整体稳定，拱肋横向联结系是必不可少的的措施，常用螺栓、木夹板、钢筋拉杆、钢横梁、花篮螺栓、链子滑车等作为实现临时横向联结的辅助措施。
每吊装合拢一片拱肋后，尽快与已成拱肋设置好横向联结系。
一般在拱箱接头处采用型钢设置剪力架。
剪力架焊接在拱箱接头连接型钢上或预埋件上。
剪力架设置在拱的背面。
剪力架一般设置见图11所示：
图11 拱肋横向联结布置示意图
4.5纵向稳定措施
大桥设计阶段已充分考虑到了拱节段自身在压杆状态的稳定性，在施工时一般不考虑其梁、压杆状态的稳定。
当拱轴系数过大，拱肋截面尺寸较小，刚度不足，拱接头可能发生上冒变形时，需加强拱肋纵向稳定的施工措施，常用方法是在接头下方设下拉索，如截面较小、纵向刚度不足，需在拱肋的下方多点张拉。
4.6施工线形控制
4.6.1拱肋中线观测与调整
（1）在主拱吊装的过程中，拱肋中线需全程监控，及时调整。
（2）拱肋在起吊前，须在拱背和拱底标示出便于观测的拱肋中线，一般拱肋中线用全站仪或经纬仪观测架设在设计拱肋中线上进行观测。
（3）仪器宜架设在对岸观测，以减少对吊装的干扰。
（4）当拱肋中线出现偏移后，通过收紧一侧，放松另一侧缆风的方法调整拱肋中线，使其达到设计要求。
一般拱肋中线偏差控制在2㎝以内。
（5）一般拱箱两接头的端面不在同一平面、节段拱箱四个角点不在同一平面等原因会引起拱肋中线偏移，且不易调整，需对接头进行处理。
4.6.2拱肋高程观测与调整
（1）拱肋起吊前，可在拱肋上端头处安装棱镜，采用全站仪观测其标高，或在拱肋上端头处安装标尺，采用经纬仪观测，并将斜视高差转换成垂直高差。
（2）拱肋高程的调整采用放、收扣索的方法调整。
（3）采用全站仪观测可将中线与标高在一人测站完成，可减少设备和人员。
5施工机具设备配置
吊装时的主要设备如表1：
表1 主要设备配置表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
扣索卷扬机
台
2
不少于2台
2
起重卷扬机
台
2
3
牵引卷扬机
台
2
4
扣绳牵引卷扬机
台
4
1t卷扬机，用于扣绳安装
5
全站仪
台
2
合拢时使用2台
6
对讲机
台
10
合拢时使用3台
6劳动力组织
吊装现场主要劳动力配置如表2：
表2 主要劳动力配置表
序号
工种名称
单位
数量
备注
1
总指挥
人
1
2
吊装现场指挥
人
2
每岸1人
3
起重卷扬机司机
人
2
4
牵引卷扬机司机
人
2
5
扣索卷扬机司机
人
2
6
起重工
人
24
接头组拼每端4人，缆风每点4人
7
起重工
人
20
扣索理、放绳，每端各10人
8
焊工
人
4
9
电工
人
2
10
其它
人
20
7施工质量控制标准
吊装拱肋的主要质量控制内容是安装接头的标高和拱肋轴线偏位，一般控制要求如表3：
表3 主要质量控制标准
序号
项目
单位
允许误差
备注
1
接头标高
㎜
±20
2
拱肋轴线
㎜
±20
8施工安全措施
主拱箱节段吊装施工，具有专业性强、安全威胁因素多等特点，安全管理重点包括：
（1）吊装系统安全性检查、维修与保养。
吊装前必须按程序组织试吊验收，验收合格后，开始吊装施工。
吊装过程中，定期对塔架、地垄、卷机底座、索具等部位进行检查，发现问题，及时整改完善。
（2）吊装系统结构设计安全系数必须满足相关规范要求，吊装按程序规范操作，严禁违规违章作业。
（3）高空作业，必须是专业技术工人，并进行必要岗前培训、技术交底和身体检查。
（4）严格按照施工工序、工艺及方案要求进行施工。
（5）加强电气及动力系统设备的检查，保证设备的正常使用。
（6）制定紧急预案，当发生或出现特殊天气、施工停电等以外因素时，紧急启动紧急预案。
（7）吊装实施前，做好施工组织设计和详细安装方案，对拱箱（肋）在吊运过程及合拢之后的施工加载等各阶段的预制构件的自身强度和稳定性进行设计验算，确保工程安全。
9结束语
节段吊装是主拱成拱、大桥成型的关键工序，必须认真研究施工技术方案，对方案进行系统计算、分析和论证，确保万无一失。
同时做好技术、安全、质量交底，使所有参与施工人员明确方法、工艺及操作要求。
节段吊装工况复杂，不安全因素多，必须加强吊前工作准备，制定严密工作计划，过程加强检查控制，以保证施工安全和质量。
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