自锚式悬索桥施工工艺作业指导书.docx
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自锚式悬索桥施工工艺作业指导书
一、前言
随着科学技术的发展,现代桥梁的跨度需求不断增大,这对于跨越大江、大河、深沟的桥梁,传统的施工方法将变得非常困难,甚至是不可能的;同时传统设计桥梁梁体断面高度的局限性也成为桥跨增加不可逾越的鸿沟;为了解决以上问题,悬索桥以它固有的特点成为大跨度桥梁的最佳选型。
而自锚式悬索桥作为其中的一种,以其经济、美观的显著优势出现在现代桥梁中。
二、工艺原理及适用范围
自锚式悬索桥的工艺原理是把主揽锚定在主梁的两端,主揽的竖直分力由边跨梁重平衡,其水平分力产生的压力则由悬吊的加劲主梁承受。
其显著的特点是不采用悬索桥通常所用的地锚结构,而是由主梁和边墩共同为悬索主缆提供锚固力,故称为自锚式悬索桥。
自锚式悬索桥经济合理、桥形美观流畅,最适用于城区附近有美观要求的较大跨度的桥梁,对于难以施做锚锭的悬索桥,自锚式无疑是最佳的选择方式。
三、施工工艺流程
自锚式悬索桥的施工工艺流程见附表1。
四、主要工序说明
4—1、主塔施工
悬索桥一般主塔较高,塔身大多采用翻模法分段浇筑,在主塔连结板的部位要注意预留钢筋及模板支撑预埋件。
对于索鞍孔道顶部的砼要在主揽架设完成后浇筑,以方便索鞍及揽索的施工。
主塔的施工控制主要是垂直度监控,每次混凝土施工完毕后,在第二天早晨8:
00至9:
00间温度相对稳定时,利用全站仪对塔身垂直度进行监控,随时调整塔身混凝土施工时间,避免在晚间等温度过低时间进行混凝土施工,同时随时观测混凝土质量,及时对混凝土配比进行调整。
4—2、鞍部施工
检查钢板顶面标高,符合设计要求后清理表面和四周的销孔,吊装就位,对齐销孔使底座与钢板销接。
在底座表面进行涂油处理,安装索鞍主体。
由于鞍体质量大,吊装时要稳、慢、轻,不得与其它物件碰撞。
吊装入座后,穿入销钉定位,要求鞍体底面与底座密贴,四周缝隙用黄油填实。
鞍体吊装过程中,防止鞍体扭转、摆动及撞击等。
索鞍由索座、底板、索盖部分组成,索鞍整体吊装和就位困难;可用吊车或卷阳设备分块吊运组装。
索鞍安装误差控制在横向轴线误差最大值3mm、标高误差最大值3mm。
4—3、主梁浇筑
主梁砼的浇筑同普通桥一样,水中部分可以插打大直径钢管桩做支撑;注意这里主梁的施工控制比较重要,首先梁体标高的控制必须准确,要通过精确的计算预留支架的沉降变形;其次,梁体预埋件的预埋要求有较高的精度,特别是拉杆的预留孔道要有准确的位置及良好的垂直度,以保证在正常的张拉过程中拉杆始终位于孔道的正中心。
主梁浇注顺序应从两端对称向中间施工,防止偏载产生的支架偏移,施工时以水准仪观测支架沉降值,并详细记录。
待成型后立即复测梁体线型,将实际线型与设计线型进行比较,及时反馈信息,以调整下一步施工。
4—4、索部施工
主缆部分的施工包括:
主缆架设、主缆线型调整、索夹索鞍位置的防护。
吊杆部分的施工包括:
索夹安装、多次螺栓拧紧、吊杆安装及吊杆加载(索力调整)。
4-4-1主缆架设
主揽的加工一般采用工厂化,根据结构特点,主缆架设可以采取在便桥或已浇筑桥面外侧直接展开,在二端锚具安装完成的条件下,用卷扬机配合长臂汽车吊从主梁的侧面起吊安装就位。
1)支承系统:
展索盘:
成圈包装的索在展开时必须避免销的形成。
因此在放索前应将成圈索放在可以旋转的支架上(附图三)。
支承托辊:
为避免主缆在桥面展开时损坏,在桥面每4-5米设置索托辊(或敷设草包等柔性材料),以保证索纵向移动时不会与桥面直接摩擦造成索护套损坏。
锚端支承小车:
因锚重量较大,在牵引过程中应采用小车承载索锚端。
2)牵引系统:
索引采用卷扬机,为避免牵钢丝绳过长,索的纵向移动可分段进行,索的移动分三段,分别在二桥塔和索终点共设三台卷扬机。
3)起吊系统:
根据项目的实际条件,在塔的两侧设置导向滑车,卷扬机固定在引桥桥面上主桥索塔附近,卷扬机配合放索器将索在桥面上展开。
在提升过程中主要用吊车起吊,提升时避免索与桥塔侧面相摩擦。
当索提升到塔尖时将索吊入索鞍。
在主索安装时,可以在桥侧配置3台吊机:
锚固区提升吊机:
当拉索锚固端牵引到位时,用此吊机安装主索锚具,并一次锚固到设计位置。
吊机起重力在5吨以上。
主索塔顶就位吊机:
在两座塔的二侧安置提升高度大于25米时起重力大于45吨的汽车吊。
用于将主索直接吊上塔顶索鞍就位。
在吊装过程中为避免索的损伤,索上吊点采用专用索夹保护(附图二)。
提升倒链:
主索在提升到塔顶时,由于主跨的索段比较长,为确保吊机稳定,可在适当的时候用塔上倒链协助吊装。
4-4-2主缆调整
主索在制作过程中要对索上进行准确的标记。
需标记点包括锚固点、索夹、索鞍及跨中位置等。
安装前按照设计图的要求准确核对各项控制值的误差,然后经设计同意后进行调整。
最后按照调整后的控制值进行安装。
首先是测定跨长、索鞍标高、索鞍予偏量、主索垂直度标高、索鞍位移量以及外界温度,然后计算出各控制点标高。
调整一般在夜间温度比较稳定的时间进行。
主缆的调整采用75吨千斤顶在锚固区张拉。
首先调整主跨跨中缆的垂直标高,完成索鞍处固定。
调整时应参照主缆上的标记以保证索的调整范围。
主跨调整完毕后,边跨根据设计提供的索力将主缆张拉到位(附图一)。
4-4-3索夹安装
为避免索夹的扭转,索夹在主索安装完成后进行。
首先复核工厂所标示的索夹安装位置,确认后将该处的PE护套剥除。
索夹安装采用工作篮作为工作平台。
将工作篮安装在主缆上(或同普通悬索桥一样搭设猫道),承载安装人员在其上进行操作。
索夹起吊采用汽吊。
索夹安装的关键是螺栓的坚固,要分二次进行:
索夹安装就位时用扳手预紧,然后用扭力扳手第一次坚固,吊杆索力加载完毕后用扭力扳手第二次紧固。
索夹安装顺序是:
中跨是从跨中向塔顶进行,边跨从锚固点附近向塔顶进行。
4-4-4吊杆安装及加载
吊杆在索夹安装完成后立即安装。
小型吊杆采用人工安装。
首先搭一个活动支架,高度可以根据需要调整。
小吊杆用4-6个人抬起后先将下端伸入主梁的预留孔内,上端穿入连接销便可完成。
大型吊杆采用吊车配合安装。
由于自锚式悬索桥在荷载的作用下呈现出明显的几何非线性,因此吊杆的加载是一个复杂的过程。
主缆相对于主梁而言刚度很小。
如果吊杆一次直接锚固到位,无论是张拉设备的行程或者张拉力都很难控制。
而全桥吊杆同时张拉调整在经济上是不可行的。
为了解决这个问题,就必须根据主梁和主缆的刚度、自重采用计算机模拟的办法,得出最佳加载程序。
并在施工过程中,通过观测,对张拉力加以修正。
吊索张拉自塔柱和锚头处开始使用8台千斤顶对称张拉。
吊索底端冷铸锚具,其锚杯铸有内外螺纹,内螺纹用于连接张拉时的连接杆以便千斤顶作用,外螺纹用螺母连接后将吊杆固定于锚垫板上。
由于主缆在自重状态标高较高,导致吊杆在加载之前下锚头处于主梁梁体之内,因此在张拉时需配备临时工作撑脚和连接杆(如附图)。
第一次张拉施加1/4的设计力将每一根吊杆临时锁定,第二次顺序与第一次相同,按设计力张拉完,然后检测每一根吊杆的实际荷载,最后根据设计力具体对每一根吊杆进行微调。
在吊索的张拉过程中,塔顶与鞍座一起发生位移,塔根承受弯矩,这样有可能产生塔根应力超限的危险,为了不让塔根应力超限,张拉一定程度后,根据实际观测及计算分析,进行索鞍顶推,使塔顶回到原来无水平位移时的状态,如此反复后,将每根吊索的张拉力调整至设计值。
自锚式悬索桥在施工过程中通过体系转换,各个构件逐步形成,是一种复杂的高次超静定结构。
由于整个结构体系的非线性比较显著。
吊索拉力是随着主缆和主梁线型逐渐变化而改变的,在吊索拉力的变化中主缆位移和应力变化幅度较大,要使竣工后的主缆线型和各截面的应力符合设计要求是一项既重要又艰巨的任务,
因此必须结合现场的实际情况对施工工序进行合理的安排,及时张拉吊索,给出准确的桥面板标高,保证成桥状态的主缆线型与主梁线型,施工中充分发挥支架的作用,用支架承受浇筑后的主梁,以后随着吊索力的张拉,支架逐步脱模,使主梁能够顺利渡过体系转换的危险期。
金石滩大桥采用的加载有关数值见附表6-1,2,3。
4-4-5防护工作
4-4-5-1索夹对接缝及螺栓密封处的防护
索夹的对接采用单组份聚氨脂密封胶(附表3)。
当索夹最后坚固后首先将索夹对拼缝清理干净。
然后将密封胶挤在缝隙内。
表面抹平整后与索夹一起用油漆防护。
4-4-5-2鞍的防护
鞍的防护比较重要,因为鞍在工程完工后一般来说是不可视的,所以通常采用双层防护,首先使用单组份聚氨脂密封胶密封主揽与鞍的接缝,然后在张拉完成后向鞍所在的主塔洞室中充填聚氨酯发泡材料(附表2),
使鞍部整体与空气隔绝。
4-4-5-3锚固点的防护
锚固点的防护是悬索桥使用防护的关键,它的防护分两步,首先用软态不凝密封胶充填桥梁预留孔与拉杆及主揽的间隙并用硬凝密封胶封口;然后使用黄油涂抹桥下裸露螺帽及垫板并用不锈钢罩封闭。
五、劳、材、机配置
祥见附表4。
六、施工注意事项
6-1主缆架设时的注意事项
6-1-1、在安装前要认真复核主索及锚固点、索鞍的位置,避免主索安装误差过大。
6-1-2、主缆索牵引过程中要注意索护套的保护。
拉索表面的包装材料可在索夹安装时拆除。
避免索护套的损坏给主索的使用寿命带来隐患。
6-1-3、在安装前索鞍位置要按照设计要求偏位固定。
当主索安装完成后,拆除固定装置。
避免索塔产生过大水平力。
6-1-4、安装完成的主索为自然悬链线状态,如出现扭转,应进行调整。
6-2索夹安装的注意事项
6-2-1、正确确定索夹位置,减少吊杆位置与梁上锚固点之间的偏差。
6-2-2、在安装索夹之前清理钢丝表面,避免污垢导致索夹滑移。
6-2-3、反复用扭力扳手紧固螺栓。
防止螺栓之间的轴力偏差。
6-2-4、按照二个阶段紧固的要求,确保索夹的夹紧。
6-3吊杆安装、索力调整的注意问题
6-3-1、在安装过程中注意索护套的保护,防止索护套损坏影响吊杆的使用寿命。
6-3-2、吊杆加载程序严格按设计要求进行,避免加载误差导致成桥标高及索力不能达到设计要求。
6-3-3、张拉过程中遵照对称、逐渐分段的原则进行。
6-4施工安全注意事项
6-4-1、对吊装设备及施工拉杆规格的选择应进行计算校验。
保证设备有足够的安全度。
6-4-2、临时平台和吊点设计由设计进行复核。
以保证不影响结构的安全。
6-4-3、主索展开时设置防护措施,避免索圈弹出伤人。
6-4-4、卷扬机操作人员精神集中,听从指挥,确保安全。
6-4-5、操作人员进入工地佩戴安全帽。
高空作业系好安全带。
6-5施工控制
6-5-1、采用大型通用有限元程序ansys5.7和考虑徐变的施工安装计算程序,按各项参数的理论值或实测值计算下一步施工的控制参数,如各步骤的主缆线型标高、各步骤的吊索张拉力张拉值、桥面板立模标高等。
6-5-2、按规定程序检测各项数据,如结构变形、主梁应力、施工荷载等。
将这些数据进行整理并输入工地计算机作跟踪分析。
6-5-3、比较理论计算结果与实测结果的差别,分析出现偏差的原因,调整参数取值重新计算,缩小两者的差别。
6-5-4、按调整后的各项参数计算下一施工步骤的施工控制参数。
施工过程的控制对于自锚式砼悬索桥每一道工序的施工均非常重要,尤其在索部施工过程中每一阶段每一根吊索的索力都要及时准确的反馈。
吊索张拉时千斤顶的油表读数是一个直观反映,另外利用智能信号采集处理分析仪通过对吊索的振动测出其所受的拉力,两种方法互相检验,确保张拉时每一根吊索的索力与设计相吻合。
七、质量标准及保证措施
祥见附表5。
八、经济效益与社会效益
自锚式混凝土悬索桥与地锚式混凝土悬索桥和自锚式钢结构悬索桥相比,具有明显的造价低、施工速度快等特点,经济效益显著;由本单位施工的金石滩滨海路桥施工决算约为560万元,与原设计方案(系拱式钢管桥)施工概算900万元比较,节省建设资金340万元;施工工期比原计划提前了1个月;建成后的金石滩滨海路桥顺利通过了车载试验并作为金石滩旅游度假区的一道亮丽风景点投入使用运营,获得了较好的社会效益。
九、工程实例
由大连理工设计院设计的大连金石滩滨海路大桥采用了自锚式悬索桥的形式,该桥主跨60米,主桥全长108米;桥宽12.5米,设计为双向单车道。
该桥主缆采用规格为Ф7×313平行钢丝索。
吊杆规格Ф5×37,共66根(见后附图片)。
通过实践证明,本工艺在金石滩滨海路大桥的应用是成功的,目前,该桥已于2002年7月20日完工,通车状态良好。
金石滩滨海路大桥全桥长198米,合同总造价498万元(不含照明),中科院钱令希院士参观后称赞该桥:
大桥实用、经济、美观(后附图片)。
目前,金石滩滨海路大桥已经成为大连金石滩旅游度假区的一大景观。
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- 悬索桥 施工工艺 作业 指导书