大跨徑懸索鋼桁加勁梁橋面吊機架設(shè)施工工法

1、大跨徑懸索橋鋼桁加勁梁橋面吊機架設(shè)施工工法2011年4月1、工程背景2、工程特點3、工藝原理4、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點5、施工工藝流程及操作特點6、工程質(zhì)量與施工安全7、工程應(yīng)用情況8、社會及經(jīng)濟效益目 錄 大跨徑懸索橋鋼桁加勁梁橋面吊機架設(shè)施工工法是以貴州壩陵河大橋工程為依托進行總結(jié)形成的施工工法。 壩陵河大橋是滬瑞國道主干線跨越壩陵河峽谷的一座特大型橋梁。橋址兩岸地勢陡峭，地形變化急劇，起伏大，河谷深切達400600m，橋面至常水位面高約370m。 大橋組成：主橋及東、西引橋 主跨跨徑：1088m；全橋長：2237m 國內(nèi)首座跨徑超千米的單跨雙鉸鋼桁加勁梁懸索橋，同時也是典型的山區(qū)峽谷大跨徑橋梁。

2、 鋼桁架加勁梁由鋼桁架和正交異性鋼橋面板兩部分組成。一、工程背景一、工程背景一、工程背景橋型斷面圖一、工程背景 鋼桁加勁梁組成：主桁架、主橫桁架、上（下）平聯(lián) 節(jié)間長10.8m，全橋分100節(jié)間，桁架高10m，寬28m。一、工程背景主桁片主橫桁片西岸東岸91#81#20#10#鋼桁梁斷面及臨時“鉸”一、工程背景一、工程背景橋梁建設(shè)條件典型的山區(qū)峽谷地形 黔西地區(qū)的高原重丘區(qū)跨越壩陵河大峽谷，河谷深切達400-600m，橋面距谷底370m兩岸山高坡陡，無施工場地地形變化急劇，起伏較大鋼桁梁跨度大，主跨1088m，世界第六、國內(nèi)第一；大橋的建設(shè)條件特殊。橋位地處黔西地區(qū)高原重丘區(qū)，地形地貌復(fù)雜，施

3、工場地極為狹窄，沒有鋼桁加勁梁的梁段拼裝場，橋下溪溝也不具備水上運輸條件，使得鋼桁梁的運輸、拼裝及架設(shè)都需要采用非常規(guī)施工工藝和手段；橋面吊機架設(shè)法首次運用于懸索橋。橋梁設(shè)計期間明確了將桁架結(jié)構(gòu)“化整為零、集零為整”的施工工法，推薦采用全回轉(zhuǎn)橋面吊機和橋面運梁小車結(jié)合的上部結(jié)構(gòu)架設(shè)方案，在工廠內(nèi)將鋼桁梁桿件首先進行試拼裝，確保滿足進度要求，分拆為桿件運輸?shù)焦さ?，利用引橋橋面，組拼桁架片，可以最大限度節(jié)省施工場地，節(jié)省費用；二、工程特點設(shè)置臨時鉸 架設(shè)工藝研究，主纜線形變化情況分析，吊索及桿件受力計算分析，國內(nèi)首次提出了在鋼桁梁上弦桿設(shè)置臨時鉸的施工架設(shè)工法，有效釋放主桁剛接的鋼桁梁施工架設(shè)應(yīng)力

4、；臨時牽引 鋼桁梁梁段懸臂架設(shè)后吊索不能直接安裝就位，需通過專項牽引機構(gòu)對加勁梁懸臂端進行整體提升以使吊索就位安裝，鋼桁梁懸臂端的整體牽引提升施工是鋼桁梁常規(guī)架設(shè)中所沒有的 二、工程特點充分利用和發(fā)揮常規(guī)起重機械進行吊裝作業(yè)的特點和優(yōu)勢，針對鋼桁梁的特殊結(jié)構(gòu)形式以及懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工具有的漂浮性和柔性特點，研發(fā)專用的步履式全回轉(zhuǎn)橋面吊機，鋼桁梁設(shè)置“臨時鉸”改善桿件受力和橋面線形，將懸索橋鋼桁梁空中架設(shè)以類似陸地常規(guī)起重架設(shè)方式進行作業(yè)，確保架設(shè)精確性、高效性及作業(yè)安全性。鋼桁加勁梁首節(jié)梁段采用桿件散拼、整體拼裝及吊裝架設(shè)、浮吊架設(shè)。一般架設(shè)單元采用步履式全回轉(zhuǎn)橋面吊機按設(shè)有臨時“鉸”的逐次剛

5、接法進行懸臂架設(shè)。臨時“鉸”按照逐次剛接法架設(shè)施工過程有限元分析結(jié)果進行設(shè)置，以適應(yīng)主纜在加勁梁架設(shè)過程中的線形變化，確保架設(shè)過程中吊索及加勁梁桿件內(nèi)力不超過設(shè)計允許內(nèi)力。加勁梁架設(shè)接近跨中合龍前，線形逐步逼近成橋狀態(tài)，臨時“鉸”部位下弦桿水平拉力基本為零，進行臨時“鉸”閉合施工，拆除臨時連結(jié)。三、工藝原理單個架設(shè)梁段的主桁架和主橫桁架采用平面構(gòu)架法拼裝，架設(shè)順序按照先主桁架，后主橫桁架，最后平聯(lián)及附屬結(jié)構(gòu)的順序進行。一個架設(shè)梁段懸臂架設(shè)完成后，采用牽引機構(gòu)對加勁梁懸臂端進行整體牽引，安裝懸臂端吊索，完成單個架設(shè)梁段的架設(shè)任務(wù)。一個架設(shè)梁段完成后橋面吊機步履走行前移至前端，依照前述步驟依次架設(shè)

6、一般梁段，直至合龍段，跨中進行主梁合龍，完成加勁梁全部架設(shè)任務(wù)；牽引機構(gòu)通過液壓千斤頂頂升作業(yè)調(diào)整主纜與加勁梁之間的距離，安裝吊索。牽引機構(gòu)由牽引索夾（鋼構(gòu)件）、牽引吊索、張拉桿、千斤頂、托梁等部件組成。 三、工藝原理根據(jù)特殊的橋梁建設(shè)條件，綜合分析研究鋼桁梁的架設(shè)方案、施工工藝流程，采用“化整為零，集零為整”架設(shè)方案，首次在國內(nèi)懸索橋鋼桁加勁梁架設(shè)中研究和運用橋面吊機懸臂架設(shè)方法；首創(chuàng)了單邊兩鉸逐次剛接法的鋼桁加勁梁架設(shè)施工新技術(shù)和新工藝。通過“臨時鉸”降低了架設(shè)施工中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，使截面和材料選型更為經(jīng)濟。結(jié)合施工架設(shè)工法，對臨時鉸的設(shè)置、抗風(fēng)穩(wěn)定和閉合、架設(shè)設(shè)備通過臨時鉸等各種施工工況進行

7、了計算分析和施工控制，形成了一整套多鉸逐次剛接法的鋼桁梁架設(shè)關(guān)鍵施工技術(shù)；四、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點成功研制和應(yīng)用了步履式全回轉(zhuǎn)橋面吊機、桁片運輸車等專用設(shè)備，設(shè)備使用效果良好，鋼桁梁架設(shè)精確性高、費用省、安全可靠；成功研究架設(shè)設(shè)備通過臨時鉸的施工技術(shù)，臨時鉸閉合、鋼桁梁跨中合龍技術(shù)；吊索安裝所實施的間接牽引施工技術(shù)，中長及短吊索區(qū)偏心吊裝施工技術(shù)（L型、C型吊裝技術(shù)）四、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點加勁梁架設(shè)計算分析首節(jié)梁段架設(shè)一般梁段主桁架架設(shè)一般梁段主橫桁架架設(shè)平聯(lián)及附屬結(jié)構(gòu)架設(shè)懸臂端牽引提升，吊索安裝橋面吊機前移施工準(zhǔn)備下一個梁段架設(shè)一般梁段架設(shè)完成合龍段架設(shè)臨時“鉸”設(shè)置一般梁段架設(shè)臨時“鉸”閉合架設(shè)設(shè)備

8、拆除，架設(shè)完成五、施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程 考慮索塔周邊的起吊設(shè)備作業(yè)半徑、橋面吊機的工作性能以及結(jié)構(gòu)受力安全等因素，架設(shè)方式如下。 方式一：桿件架設(shè)法 在索塔側(cè)搭設(shè)落地支架或者墩旁鷹架，采用索塔周邊的起吊設(shè)備或者橋面吊機在支架（鷹架）上進行單根桿件架設(shè)拼裝，安裝吊索。 架設(shè)順序一般先底層桿件，再逐步向上；也可以先縱桁再橫桁的順序進行。整個梁段拼裝完成經(jīng)檢測符合精度要求，然后整體更換高強螺栓進行節(jié)點固結(jié)。五、施工工藝流程及操作要點5.2操作要點 5.2.1首節(jié)梁段架設(shè) 方式二：平面構(gòu)架法架設(shè) 將桿件按桁架平面結(jié)構(gòu)拼裝，以桁架平面結(jié)構(gòu)為單元進行架設(shè)。架設(shè)順序先主桁、后橫桁、最后

9、平聯(lián)。 方式三：整體梁段吊裝 在塔底搭設(shè)預(yù)拼場，采用常規(guī)方法進行首節(jié)梁段整體拼裝，利用以主纜為支承的起吊設(shè)備進行梁段整體吊裝，安裝吊索。 起吊設(shè)備在使用前必須進行性能檢驗和荷載試驗，確保起吊系統(tǒng)滿足吊裝重量要求。 有條件的江河湖海地區(qū)還可以采用在預(yù)拼場將首節(jié)梁段整體拼裝成型，利用大型浮吊整體吊裝架設(shè)，安裝吊索。五、施工工藝流程及操作要點5.2.2一般梁段架設(shè) 一般梁段架設(shè)采用步履式全回轉(zhuǎn)橋面吊機懸臂拼裝架設(shè)。 單個架設(shè)單元一般由兩個桁架梁節(jié)間組成，采用平面構(gòu)架法拼裝，由運梁車運送到位，通過橋面吊機將主桁片及主橫桁片平面構(gòu)架架設(shè)到位，主桁架一端與前一梁段相應(yīng)節(jié)點由高強螺栓剛性連結(jié)，另一端懸臂，主

10、橫桁片與主桁片剛性連結(jié)。 單個架設(shè)梁段懸臂拼裝完成后，通過牽引機構(gòu)對懸臂端節(jié)點進行牽引提升，安裝吊索，完成一個架設(shè)梁段的架設(shè)任務(wù)。 橋面吊機前移一個架設(shè)梁段，就位并錨固，進行下一架設(shè)梁段的架設(shè)。五、施工工藝流程及操作要點 加勁梁桿件在工廠及車間加工制作完成后，必須進行立體試拼裝檢驗，驗證各桿件的相互匹配關(guān)系，檢驗桿件的加工制作精度及制作誤差，然后將各桿件進行詳細編號，做好標(biāo)記，以備現(xiàn)場拼裝用。 加勁梁運至現(xiàn)場后，一般按照架設(shè)單元進行桿件平面拼裝即可，檢驗平面構(gòu)架的拼裝精度。主桁片平面拼裝采用1+1模式進行，拼裝采用2個相鄰架設(shè)單元桁片進行，檢查拼裝幾何精度，滿足設(shè)計要求后，解除架設(shè)單元之間的臨

11、時連接，由拼裝場專用設(shè)備起吊出運，進行懸臂架設(shè)作業(yè)，剩下架設(shè)單元留作下一平面構(gòu)架拼裝接口。依次循環(huán)上述拼裝工藝進行加勁梁平面構(gòu)架拼裝。5.2.2.1 加勁梁拼裝五、施工工藝流程及操作要點 加勁梁桁片及桿件運輸采用專用運梁車。 運梁車應(yīng)適應(yīng)加勁梁在架設(shè)過程中的線形變化及臨時鉸狀態(tài)，滿足縱、橫向運輸穩(wěn)定性要求，輪壓滿足鋼橋面板的局部應(yīng)力及變形要求。運梁車可以是單個小車，也可由兩個單體小車組成。 運輸軌道布置在已經(jīng)架設(shè)完成的加勁梁正交異性鋼橋面板上，為方便橋面吊機起吊，加勁梁桁片需采用“直立式”狀態(tài)運輸。 5.2.2.2 構(gòu)件運輸五、施工工藝流程及操作要點 加勁梁運輸圖五、施工工藝流程及操作要點 1

12、、架設(shè)步驟 1）橋面吊機行走至加勁梁前端，機身調(diào)整并錨固，大臂回轉(zhuǎn)180起吊加勁梁平面構(gòu)架，然后旋轉(zhuǎn)至安裝位置，大臂調(diào)整對位，加勁梁平面構(gòu)架與安裝對接點精確對接，安裝拼接板，利用沖釘及工具螺栓進行拼裝作業(yè)。待所有接口拼接完成并具有足夠數(shù)量的沖釘后，橋面吊機大臂松鉤，加勁梁呈懸臂狀態(tài)，然后進行高強螺栓施工，高強螺栓施工需滿足設(shè)計和規(guī)范要求。5.2.2.3 梁段架設(shè)五、施工工藝流程及操作要點 2）架設(shè)順序是先縱向主桁架，后主橫桁架，最后平聯(lián)。單個架設(shè)梁段若由兩個或者多個節(jié)間組成，橫桁及平聯(lián)架設(shè)應(yīng)按節(jié)間逐步推進，依次架設(shè)以確保架設(shè)精度。在懸臂拼裝架設(shè)中，根據(jù)現(xiàn)場情況需調(diào)整主橫桁架吊裝角度以精確對位。

13、 一般梁段架設(shè)步驟見圖。 主桁架及主橫桁架架設(shè)見圖所示。五、施工工藝流程及操作要點 主桁架及主橫桁架架設(shè)五、施工工藝流程及操作要點 對于中、短吊索區(qū)，主纜和貓道會和橋面吊機發(fā)生干擾，因此需采用特殊吊具輔助。 特殊吊具有兩種形式：L型吊具和C型吊具 1）中長吊索區(qū)主纜斜度較大，采用L型吊具輔助架設(shè)。 2）短吊索區(qū)主纜平緩，采用C型吊具輔助架設(shè)。 2、特殊吊具五、施工工藝流程及操作要點 L型吊具作業(yè)五、施工工藝流程及操作要點C型吊具作業(yè)五、施工工藝流程及操作要點 加勁梁懸臂架設(shè)后，吊索不能正常安裝，需在主纜與桁架之間設(shè)置牽引提升機構(gòu)，通過牽引機構(gòu)工作安裝吊索，完成單個梁段的架設(shè)作業(yè)。 牽引提升分兩

14、種形式：直接牽引和間接牽引。直接牽引是指吊索上設(shè)置牽引機構(gòu)直接牽引鋼桁架來安裝吊索，其它牽引形式為間接牽引。 牽引提升機構(gòu)由臨時索夾、臨時吊索、吊架、張拉桿、張拉千斤頂組成。 牽引作業(yè)中各千斤頂需同步頂升，時刻觀察和記錄油泵工作狀態(tài)及牽引力值變化情況，確保牽引作業(yè)安全。5.2.3牽引提升五、施工工藝流程及操作要點 牽引機構(gòu)及作業(yè)五、施工工藝流程及操作要點 鋼桁加勁梁架設(shè)過程中，梁段逐次剛接，主纜線形變化大，桿件內(nèi)力及吊索力不斷增大，因此為釋放逐次剛接法架設(shè)中加勁梁桿件及吊索的過大內(nèi)力，消減應(yīng)力峰值，在加勁梁主桁架上弦桿設(shè)置“鉸”接形式的臨時連結(jié)構(gòu)造，即為臨時“鉸”。5.2.4臨時“鉸”五、施工

15、工藝流程及操作要點 臨時“鉸”設(shè)置在加勁梁主桁架上弦桿，上弦桿兩側(cè)腹板各向上伸出一個耳板，腹板外側(cè)各安裝一個帶耳板的拼接板，耳板上設(shè)置銷軸孔，與銷軸形成鉸節(jié)點。臨時鉸處下弦桿、下平聯(lián)斷開，上弦桿與斜腹桿、上平聯(lián)之間設(shè)置臨時連結(jié)構(gòu)件。5.2.4.1臨時“鉸”設(shè)置五、施工工藝流程及操作要點 臨時“鉸”形成后，該部位下弦桿及下平聯(lián)斷開，使得其橫向抗風(fēng)穩(wěn)定受到減弱，需設(shè)置臨時抗風(fēng)拉索結(jié)構(gòu)連接并張緊前后梁段以抵抗橫向風(fēng)荷載。5.2.4.2加勁梁抗風(fēng)穩(wěn)定五、施工工藝流程及操作要點5.2.4.3 架設(shè)設(shè)備過“鉸” 臨時“鉸”形成后，加勁梁頂面呈現(xiàn)較大的折角，使得橋面吊機、運梁車等架設(shè)設(shè)備通過臨時鉸時出現(xiàn)障礙

16、，需采取特殊的處理措施。 1、橋面吊機過“鉸”方式 1）方式一：爬坡過鉸臨時鉸處的加勁梁架設(shè)單元直接架設(shè)成型，安裝吊索，加勁梁形成折線，通過對橋面吊機行走軌道進行支墊調(diào)整高差，依靠行走推進油缸工作使橋面吊機前移，完成爬坡過“鉸”作業(yè)。 五、施工工藝流程及操作要點橋面吊機爬坡過“鉸”五、施工工藝流程及操作要點 2）方式二：直線過“鉸” 臨時鉸處的加勁梁架設(shè)后，吊索暫不安裝，通過臨時牽引機構(gòu)懸掛，臨時鉸暫不形成，橋面吊機按照常規(guī)步驟通過臨時鉸，然后臨時牽引機構(gòu)進行牽引作業(yè)，臨時“鉸”張開，吊索安裝就位。五、施工工藝流程及操作要點五、施工工藝流程及操作要點 2、運梁車過“鉸” 臨時“鉸”形成后，該部

17、位鋼橋面板不能安裝，需設(shè)置能夠適應(yīng)臨時鉸變化的簡易組焊鋼構(gòu)件，鋪設(shè)軌道，使運梁車順利過鉸。 隨著加勁梁架設(shè)推進，加勁梁、鋼橋面板及附屬結(jié)構(gòu)等一期恒載逐步加載到主纜上，主纜線形逼近成橋線形，臨時“鉸”逐步閉合。 臨時鉸閉合實行自然閉合。閉合期間做好觀測記錄，掌握好閉合時機，實行無應(yīng)力閉合作業(yè)。5.2.4.4 臨時“鉸”閉合五、施工工藝流程及操作要點臨時“鉸”閉合施工五、施工工藝流程及操作要點 合龍段是加勁梁架設(shè)的最后架設(shè)單元，是加勁梁桿件制作誤差及架設(shè)誤差的匯集點，由此合龍段架設(shè)是極為關(guān)鍵和復(fù)雜的架設(shè)施工工序。 合龍段架設(shè)首先是進行架設(shè)分析計算，預(yù)測主纜及加勁梁的線形狀態(tài)，有針對性地提出合龍方案

18、和措施；其次是觀測和分析各種誤差的累積情況，提出誤差消除和糾偏措施；第三是計算和確定合理溫度條件下的合龍條件，提出合龍段加勁梁桿件的備用方案。 合龍施工分梁段合龍和桿件合龍。先合龍主桁架，然后主橫桁架架設(shè)。5.2.5 合龍段架設(shè)五、施工工藝流程及操作要點 鋼桁加勁梁架設(shè)施工須建立健全質(zhì)量管理體系，所有操作人員均需培訓(xùn)并考核合格后上崗，做好技術(shù)交底工作，增強員工質(zhì)量意識。 加勁梁拼裝精度嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。嚴(yán)格按照加勁梁拼裝工藝流程作業(yè)，認真檢測單個架設(shè)梁段的整體尺寸及里程坐標(biāo)，拼裝精度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。 高強螺栓施工嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連結(jié)的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程（JGJ82-91

19、）執(zhí)行。加強施工質(zhì)量控制，做好施擰扳手的標(biāo)定及檢驗，嚴(yán)格高栓抽檢制度。六、工程質(zhì)量與安全 認真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的安全方針，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定建立健全完善的安全組織管理機構(gòu)，實行安全生產(chǎn)責(zé)任制，確保安全生產(chǎn)的正常進行。 認真編制施工安全專項方案，對架設(shè)施工各工序嚴(yán)格進行安全技術(shù)交底，加強安全教育及培訓(xùn)工作。 設(shè)計和配置專業(yè)的安全防護設(shè)施。 橋面吊機移機操作嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程進行,吊機移動前及移動就位后都要嚴(yán)格進行安全檢查,確保吊機支墊及錨固正確。六、工程質(zhì)量與安全 大跨度懸索橋鋼桁加勁梁橋面吊機架設(shè)施工工法成功運用于貴州壩陵河大橋工程，2010年該工法還應(yīng)用到武漢二七長江公路大橋的鋼槽

20、梁及主跨鋼梁懸臂架設(shè)施工中。 貴州壩陵河大橋主橋采用2481088228m的單跨雙鉸鋼桁加勁梁懸索橋。主橋加勁梁采用全高強螺栓聯(lián)結(jié)的鋼桁加勁梁結(jié)構(gòu)，全橋供51個架設(shè)梁段，100個節(jié)間，其中首節(jié)梁段2個，標(biāo)準(zhǔn)梁段48個，合龍梁段1個，采用橋面吊機懸臂拼裝架設(shè)施工的梁段有47個，架設(shè)單元最大吊裝重量70t，相應(yīng)吊距22m。鋼桁加勁梁高10m，寬28m。 標(biāo)準(zhǔn)梁段架設(shè)從2008年10月中旬開始，2009年5月18日主橋合龍，完成全橋架設(shè)任務(wù)。加勁梁架設(shè)高效快捷，節(jié)點對位準(zhǔn)確，架設(shè)安裝精度高，架設(shè)質(zhì)量優(yōu)良，跨中合龍段“零”誤差合龍，完全滿足設(shè)計及規(guī)范要求，整體工程質(zhì)量受到一致好評。七、工程應(yīng)用情況鋼桁

21、梁拼裝鋼桁梁翻身鋼桁梁橋面吊機架設(shè)鋼桁梁運梁小車轉(zhuǎn)運鋼桁梁吊裝鋼桁梁主桁拼裝鋼桁梁橫桁拼裝鋼桁梁張拉牽引橋面板安裝橋面吊機移位七、工程應(yīng)用情況 大跨徑懸索橋鋼桁加勁梁橋面吊機架設(shè)施工工法是一項全新的施工技術(shù)，填補了國內(nèi)該領(lǐng)域施工技術(shù)的空白，推進了大跨徑懸索橋施工技術(shù)的進步。 與傳統(tǒng)的懸索橋加勁梁架設(shè)工法相比較，橋面吊機架設(shè)施工工法在生產(chǎn)效率、經(jīng)濟成本有獨特的優(yōu)勢，跨徑越大，選用橋面吊機架設(shè)工法優(yōu)勢越明顯 八、社會及經(jīng)濟效益 橋面吊機懸臂架設(shè)使加勁梁架設(shè)施工一步成型，減少后期的線形調(diào)整，可連續(xù)均衡施工。 單個架設(shè)單元平均架設(shè)周期分析： 主桁架片（兩片）架設(shè)： 1d 主橫桁架（兩片）及附屬構(gòu)件架設(shè)： 2d 牽引提升安裝吊索（含牽引裝置安裝）： 0.5d 鋼橋面板（四片）及附屬構(gòu)件架設(shè)： 1d 橋面吊機移機及錨固： 0.5d