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        大噸位牽索式前支點(diǎn)掛籃高空拼裝技術(shù)

        2015-05-07 22:09:19楊金龍孫琦李文杰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年14期
        關(guān)鍵詞:斜拉橋高空

        楊金龍 孫琦 李文杰

        摘 要:赤石特大橋?yàn)樗乃p索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,其主梁施工采用前支點(diǎn)牽索式掛籃懸臂施工工藝,掛籃自重達(dá)280噸,設(shè)計(jì)承載力為750噸,且安裝高度距離地面高達(dá)200m,由于受塔吊起重性能的限制,掛籃安裝的部分構(gòu)件不能直接安裝到位,需在0號(hào)塊支架上進(jìn)行平移。文章以該工程實(shí)例為背景介紹大噸位牽索式前支點(diǎn)掛籃在無(wú)直接的垂直運(yùn)輸設(shè)備情況下的拼裝技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:斜拉橋;大噸位前支點(diǎn)掛籃;高空;平移安裝技術(shù)

        1 工程概況

        赤石特大橋主跨結(jié)構(gòu)為165m+3×380m+165m四塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,其跨徑在目前同類(lèi)型橋梁中列世界第一。主橋位于湖南省郴州市宜章縣赤石鎮(zhèn)下歐村、漁溪村之間的河流階地及河漫灘上,隸屬山區(qū)特大型橋梁施工,施工環(huán)境及條件惡劣。主梁采用單箱四室箱型斷面,主梁中心高3.2m,箱梁頂寬27.5m,風(fēng)嘴部分寬度為2×0.25m,橋面設(shè)置2%的雙向橫坡,主梁沿縱橋向設(shè)置2.5%的縱坡,梁段劃分為8m、6m、4m三種長(zhǎng)度,除主梁0號(hào)塊26m在橫梁頂面及支架上現(xiàn)澆,其余梁段均采用前支點(diǎn)掛籃懸澆施工工藝,1號(hào)梁段單側(cè)澆筑混凝土290方,標(biāo)準(zhǔn)梁段澆筑混凝土220方,主梁標(biāo)準(zhǔn)梁段三維結(jié)構(gòu)如圖1。

        圖1 主梁標(biāo)準(zhǔn)梁段三維結(jié)構(gòu)圖

        2 掛籃總體構(gòu)造、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及制造要求

        2.1 設(shè)計(jì)概要

        本掛籃為大型前支點(diǎn)掛籃,設(shè)計(jì)承載混凝土重量754噸。設(shè)計(jì)將其安全與可靠放在首要位置,承載平臺(tái),牽引系統(tǒng),錨固系統(tǒng)均給予了充分的安全儲(chǔ)備,同時(shí)設(shè)計(jì)中充分考慮了高空風(fēng)荷載作用下掛籃的整體抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。

        掛籃設(shè)計(jì)承載平臺(tái)剛度大,并在適當(dāng)位置配置錨桿,以減少箱梁縱橫向變形及“錯(cuò)臺(tái)”量;長(zhǎng)大構(gòu)件分段制作滿足運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝的要求;滿足澆筑、移動(dòng)及調(diào)整等使用功能的要求,適用于主橋主梁8m、6m、4m節(jié)段澆筑。

        2.2 總體構(gòu)造

        掛籃由承載平臺(tái)、牽引系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、操作平臺(tái)及預(yù)埋系統(tǒng)等組成,掛籃總體結(jié)構(gòu)如圖2。

        圖2 掛籃總體構(gòu)造圖

        2.3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

        本掛籃懸澆最大節(jié)段長(zhǎng)度8m,橋面寬28m,最大懸澆節(jié)段重量大754t,其設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn):

        (1)掛籃整體剛度好,滿足了抗傾、抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。掛籃的主要組成部分承載平臺(tái)為平面剛結(jié)構(gòu),構(gòu)造簡(jiǎn)單,受力明確,安裝方便。在保證平臺(tái)剛度和強(qiáng)度的前提下,盡量減輕平臺(tái)的質(zhì)量。掛籃結(jié)構(gòu)及部件采用拼裝式,可重復(fù)利用[1]。

        (2)模板系統(tǒng)主要由底模、側(cè)模等組成。全部采用大模板結(jié)構(gòu),提高混凝土外觀質(zhì)量,同時(shí)有效的控制橋形,縮短施工周期。

        2.4 制造要求

        結(jié)合本橋施工特點(diǎn),大橋位于山區(qū)鄉(xiāng)村,進(jìn)場(chǎng)條件受限制,且主梁距離地面高度180m,現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)只能利用主塔施工起吊設(shè)備塔吊吊裝,單塔起重設(shè)備為一臺(tái)川建C7022、一臺(tái)波坦MC230,最大起重量分別為16t、10t。為確保掛籃能夠順利運(yùn)輸及安裝,在完成掛籃承載平臺(tái)受力分析確定出主縱梁、橫梁以及次縱梁的結(jié)構(gòu)形式后,采取在工廠分段制作的方式,拼裝接頭采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接,分段制作主要考慮為運(yùn)輸?shù)姆奖阋约鞍惭b現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的吊重能力,制作單件重量不超過(guò)12t(主縱梁1單件重為12.909t,實(shí)際加工時(shí)預(yù)留接頭現(xiàn)場(chǎng)焊接,單件重最重為11.3t)。

        3 掛籃安裝平臺(tái)

        為確保掛籃安裝有安全操作施工平臺(tái),在橫梁兩側(cè)安裝0號(hào)塊施工三角支架,該支架同時(shí)做0號(hào)塊懸臂段混凝土澆筑承重支架。支架主要由型鋼焊接而成,單側(cè)布置10片支架,支架間焊接平聯(lián)及風(fēng)撐,增強(qiáng)支架的整體穩(wěn)定性,支架頂面鋪設(shè)分配梁及花紋鋼板,外側(cè)臨邊位置焊接1.5m高護(hù)欄,形成封閉施工平臺(tái),不發(fā)生高空落物,確保施工操作平臺(tái)安全可靠。

        4 掛籃安裝

        4.1 掛籃安裝總體思路確定

        常規(guī)前支點(diǎn)掛籃安裝施工方法主要采用:支架拼裝、地面拼裝后整體提升兩種施工方法,本項(xiàng)目受施工條件限制,8號(hào)墩山體原地面無(wú)拼裝平臺(tái),同時(shí)采用整體提升施工,需要在橋面加工大型懸挑支架,拆除頂面0號(hào)塊懸澆施工支架等,綜合以上因素考慮采用支架拼裝施工方案。

        根據(jù)掛籃制造單件重量不超過(guò)12t以及現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備性能綜合考慮,掛籃安裝時(shí)采用塔吊提升安裝,除主縱梁1單件重量超出波坦MC230起吊范圍,其它單件均可直接起吊,為解決起吊問(wèn)題,在支架頂面設(shè)計(jì)主縱梁橫移及縱移小車(chē),先利用C7022塔吊將單側(cè)主縱梁1吊至橫移小車(chē)上,沿橫橋向移動(dòng)至設(shè)計(jì)軸線上固定,再依次吊裝前橫梁及C7022塔吊側(cè)主縱梁1至縱移小車(chē)上,利用10t手拉葫蘆在0號(hào)塊支架頂面將主縱梁與前橫梁組合件整體移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置,最后利用塔吊按照設(shè)計(jì)圖紙依次吊裝掛籃各構(gòu)件,利用高強(qiáng)螺栓連接成整體。主縱梁5受0號(hào)塊懸澆長(zhǎng)度及支架長(zhǎng)度影響不能安裝,在澆筑0號(hào)塊前將主縱梁5吊裝至支架頂面,待1號(hào)塊澆筑完成掛籃前移4m后再安裝主縱梁5。

        4.2 主縱梁1平移、縱移裝置的設(shè)計(jì)

        主縱梁1橫向移動(dòng)裝置采用工25工字鋼制作橫移小車(chē),小車(chē)底部安裝四臺(tái)由NJ2312M型軸承制作的滾輪,以減小橫向移動(dòng)過(guò)程中的摩擦力,小車(chē)橫向移動(dòng)過(guò)程中由于沒(méi)有承重結(jié)構(gòu),所以在垂直承重三角架方向安裝兩根HN700×300型鋼作為小車(chē)橫向移動(dòng)的軌道,小車(chē)橫移采用3t手拉葫蘆即可完成,以此即可實(shí)現(xiàn)主縱梁1的橫向移動(dòng)。

        主縱梁1的縱向平移待整個(gè)主縱梁1和前橫梁安裝完成后進(jìn)行,縱向移動(dòng)托架采用橫向移動(dòng)軌道的兩根HN700×300型鋼制作,型鋼間設(shè)置平聯(lián)增強(qiáng)縱向移動(dòng)托架的剛度及穩(wěn)定性,縱向移動(dòng)托架底部安裝12臺(tái)由NJ2312M型軸承制作的滾輪以減小移動(dòng)過(guò)程中的摩擦力,縱向平移采用4臺(tái)5t的手拉葫蘆完成,以此即可實(shí)現(xiàn)對(duì)主縱梁1的縱向移動(dòng),從而完成對(duì)主縱梁1的定位。橫向、縱向平移托架的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

        圖3 主縱梁1橫移、縱移小車(chē)圖

        4.3 主縱梁1與前橫梁安裝

        主梁0號(hào)塊支架安裝完,焊縫探傷合格預(yù)壓結(jié)束后進(jìn)行掛籃安裝工作。掛籃安裝前測(cè)量放樣主縱梁縱移軌道頂面標(biāo)高以及主縱梁中軸線,在0號(hào)塊支架頂面安裝主縱梁縱移軌道,調(diào)整軌道標(biāo)高處于水平,確保主縱梁前移過(guò)程中受力均勻,待準(zhǔn)備工作完成后,進(jìn)行主縱梁縱移、橫移小車(chē)的安裝,安裝完成后開(kāi)始進(jìn)行掛籃的吊裝施工。下面以赤石特大橋主7號(hào)墩后退方向側(cè)掛籃安裝為例進(jìn)行說(shuō)明,其它部位安裝方法基本相同。

        主縱梁1與前橫梁安裝施工流程(見(jiàn)圖4):(1)第1步。檢查塔吊起重設(shè)備確保安全起吊,利用川建C7022塔吊起吊左側(cè)主縱梁1至橫移小車(chē)上。(2)第2步。安裝三臺(tái)手拉葫蘆將主縱梁1移動(dòng)至左側(cè)設(shè)計(jì)軸線位置后型鋼焊接固定,與縱移小車(chē)固定。其中兩臺(tái)手拉葫蘆向前拖移,一臺(tái)手拉葫蘆做保險(xiǎn),控制手拉葫蘆移動(dòng)速度。(3)第3步。利用川建C7022塔吊起吊右側(cè)主縱梁1至縱移小車(chē)頂面,利用10t千斤頂微調(diào)至設(shè)計(jì)軸線位置,型鋼焊接固定右側(cè)主縱梁1。(4)第4步。塔吊分別起吊前橫梁至安裝位置,吊裝時(shí)從一側(cè)依次安裝到位,安裝時(shí)前橫梁底部支墊鋼管與0號(hào)塊支架固定,待前橫梁安裝完成后測(cè)量檢測(cè)前橫梁、主縱梁1軸線及標(biāo)高是否滿足設(shè)計(jì)要求,不滿足要求利用10t千斤頂進(jìn)行微調(diào)至設(shè)計(jì)位置,焊接主縱梁1與前橫梁連接位置的焊接接頭。(5)第5步。依次拆除前橫梁底部鋼管支撐,將前橫梁、主縱梁1與縱移型鋼進(jìn)行焊接固定形成整體。(6)第6步。在主縱梁縱移托架前安裝4臺(tái)10t手拉葫蘆,后側(cè)安裝2臺(tái)10t手拉葫蘆,進(jìn)行主縱梁、前橫梁整體前移至設(shè)計(jì)位置,利用型鋼將主縱梁、前橫梁與0號(hào)塊支架焊接固定,至此完成主縱梁、前橫梁的安裝工作。

        4.4 主縱梁2~4、中橫梁、后橫梁、聯(lián)系梁安裝

        主縱梁1與前橫梁移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置固定完成后,利用塔吊依次吊裝主縱梁2→中橫梁(包含次縱梁1安裝)→主縱梁3→后橫梁(包含次縱梁2、3安裝)→主縱梁4→聯(lián)系梁初安裝,具體安裝步驟見(jiàn)圖5,安裝過(guò)程中及時(shí)觀測(cè)安裝軸線及標(biāo)高,底部支撐在0號(hào)塊支架頂面固定。

        4.5 主縱梁5安裝

        根據(jù)主梁懸澆段長(zhǎng)度,主縱梁5安裝時(shí)無(wú)安裝空間,需要待主梁1號(hào)塊澆筑完成前移后進(jìn)行安裝,為解決主縱梁5安裝問(wèn)題,在澆筑0號(hào)塊懸臂段前將主縱梁5吊裝置至0號(hào)塊支架上,施工0號(hào)塊懸臂段時(shí)在主縱梁5安裝位置頂口預(yù)留PVC管吊裝孔,待具備安裝條件后利用手拉葫蘆將主縱梁5移動(dòng)至設(shè)計(jì)位置進(jìn)行安裝連接即可。

        5 高強(qiáng)螺栓連接

        5.1 高強(qiáng)螺栓安裝

        高強(qiáng)螺栓采用M24,等級(jí)10.9S,出廠時(shí)應(yīng)分別隨箱帶有扭矩系數(shù)和緊固軸力(預(yù)拉力)的檢驗(yàn)報(bào)告。進(jìn)場(chǎng)后根據(jù)不同部位,安裝不同型號(hào)高強(qiáng)螺栓。高強(qiáng)螺栓采用0-1000N·m的手動(dòng)扭矩扳手進(jìn)行擰緊,分初擰、終擰、復(fù)擰,根據(jù)高強(qiáng)螺栓的扭矩系數(shù)計(jì)算初擰扭矩為390N·m,終擰扭矩為780N·m,復(fù)擰扭矩等于終擰扭矩,高強(qiáng)螺栓扭緊均在1天內(nèi)完成。高強(qiáng)螺栓擰緊順序?yàn)閺闹虚g向四周進(jìn)行,為了防止漏擰采用石筆作記號(hào)來(lái)檢查,并由技術(shù)人員跟蹤檢查。

        5.2 高強(qiáng)螺栓連接檢查及防護(hù)

        (1)高強(qiáng)螺栓連接終擰結(jié)束后,用0.3~0.5kg的小錘逐個(gè)敲檢,且應(yīng)進(jìn)行扭矩抽檢,欠擰或漏擰者應(yīng)及時(shí)補(bǔ)擰,超擰者應(yīng)予更換。

        高強(qiáng)螺栓檢查利用手動(dòng)扭矩扳手將以安裝螺栓的螺母回轉(zhuǎn)30-50度,然后將扭矩扳手上的扭矩值調(diào)為終擰扭矩,看該螺栓再次扭回原位時(shí)是否達(dá)到終擰扭矩值,該扭矩與檢查扭矩的偏差應(yīng)在檢查扭矩的10%以內(nèi)。

        (2)螺栓連接完畢后,應(yīng)及時(shí)對(duì)板間、螺栓頭、螺母、墊圈等處用油性膩?zhàn)臃忾],防止雨水及其他雜物進(jìn)入影響連接板面的受力。

        (3)及時(shí)將高強(qiáng)螺栓連接板面全部涂刷防銹漆,防止高強(qiáng)螺栓銹蝕影響強(qiáng)度及受力[2]。

        6 掛籃安裝注意事項(xiàng)

        掛籃首次安裝精度的控制直接影響后續(xù)懸澆施工時(shí)預(yù)埋件位置及掛索坐標(biāo),施工過(guò)程中需要嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)施工細(xì)節(jié),主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

        (1)嚴(yán)格控制掛籃行走標(biāo)高,在行走過(guò)程中保持一致,確保行走過(guò)程中安全,位置準(zhǔn)確。(2)掛籃安裝主要起重設(shè)備為塔吊,安裝前嚴(yán)格檢查設(shè)備完好率,確保安全吊裝。(3)掛籃設(shè)計(jì)加工時(shí)考慮鋼結(jié)構(gòu)變形及加工誤差,在主縱梁與橫梁連接位置設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)焊縫,安裝過(guò)程中待結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行焊接連接。(4)掛籃連接部位采用摩擦板、高強(qiáng)螺栓緊固連接,施工過(guò)程中嚴(yán)格控制摩擦板連接面的打磨、噴砂處理程序,高強(qiáng)螺栓緊固采用初擰、終擰、復(fù)擰的施工工序,控制連接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。(5)安裝過(guò)程中測(cè)量全過(guò)程檢查安裝軸線、標(biāo)高,及時(shí)調(diào)整誤差。(6)吊裝過(guò)程中檢查吊裝編號(hào)防止出現(xiàn)混裝、錯(cuò)裝現(xiàn)象。

        7 結(jié)束語(yǔ)

        文章通過(guò)對(duì)赤石大橋主7號(hào)墩主梁前支點(diǎn)大噸位牽索式掛籃高空安裝方案的介紹,旨在為類(lèi)似工程提供施工經(jīng)驗(yàn)。掛籃安裝介紹的主要特點(diǎn)為:在掛籃安裝過(guò)程受施工場(chǎng)地限制,無(wú)法完成地面整體拼裝后整體起吊施工工藝,且安裝過(guò)程中無(wú)重大起重設(shè)備時(shí)的施工工藝。赤石特大橋按照以上方案,嚴(yán)格控制了掛籃的安裝質(zhì)量,單幅掛籃安裝周期控制在15d,施工方便快捷,現(xiàn)場(chǎng)投入人力、設(shè)備較少,合理節(jié)約資源。目前赤石特大橋主7號(hào)墩掛籃已安裝完成,主梁0號(hào)塊懸臂段已澆筑完成,即將進(jìn)入掛籃懸澆施工工序,經(jīng)檢測(cè)掛籃安裝質(zhì)量及尺寸滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉士林,梁智濤,侯金龍,等.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社,2002.

        [2]余定軍.斜拉橋大型掛籃整體吊裝施工技術(shù)[J].中國(guó)港灣建設(shè),2007.

        作者簡(jiǎn)介:楊金龍(1979-),男,湖北荊門(mén)人,工作單位:中交二航局第五工程分公司,職務(wù):項(xiàng)目總工,研究方向:橋梁施工。

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