京杭运河湖西航道整治工程：湖西航道河涯口桥和三段桥安装方案比选情况介绍

京杭运河湖西航道整治工程一期工程（蔺家坝至房村段）桥梁工程施工项目（HXHDSGQL1标段）河涯口桥和三段桥钢管混凝土系杆拱桥上部结构施工方案比选情况介绍江苏省交通工程集团有限公司京杭运河湖西航道整治工程一期工程项目经理部二一一年七月湖西航道河涯口桥和三段桥安装方案比选情况介绍一、工程概况1、桥梁设计情况河涯口桥和三段桥主跨钢管系杆拱位于京杭运河湖西段，桥大致成东西走向与运河正交，跨越湖西运河，桥位区河宽约90M，水面宽约80M，湖西运河为级航道，水流呈季节性变化，大部分时间水流较急，堤岸稳定，其中西岸为大堤，东岸为湖区荒滩地，路线中心线与水流方向正交，最高通航水位3584M,目前水位为330M，河涯口桥全桥桥跨布置为320（板梁）97（系杆拱）420（板梁）420（板梁）320（板梁）桥梁全长38324M，桥宽90M。主桥3、4主墩哑铃形承台采用8根12M钻孔灌注桩基础，桩长为30M，承台尺寸为5252255020525225，桥墩采用单排双柱式桥墩；引桥桥墩亦采用单排双柱式桥墩桥台肋板式桥台基础均采用钻孔灌注桩。河涯口桥和三段桥主跨钢管混凝土系杆拱跨径97米，矢高17米，线形为二次抛物线，主桥采用97M下承式系杆拱结构，拱肋采用单钢管圆形截面，钢管外径D1100MM，壁厚T14MM，钢管内填充C40微膨胀砼；系杆采用箱形全预应力混凝土系粱，系粱高200CM，宽120CM，壁厚30CM；吊杆采用成品吊杆，平行钢丝外设置钢管护套，吊杆间距50M，共217根吊杆，对应吊杆间设横梁，行车道板搁支在横梁上。并设6道单钢管断面风撑，端横梁采用箱形截面预应力混凝土结构；中横梁采用矩形预应力混凝土结构，桥面板采用普通钢筋混凝土结构。2、水文及通航情况现湖西运河为级航道，水流呈季节性变化，大部分时间水流较急，堤岸稳定，其中西岸为大堤，东岸为湖区荒滩地。目前湖西航道在航船舶大多在500至800吨级，部分船舶达到1000吨级、1500吨级，实施湖西航道整治，将使2000吨级船舶畅行。湖西航道是“南水北调”工程东线方案输水线路之一，随着丰、沛、铜及微山湖周边地区水需求量不断增加，迫切需要对湖西航道进行拓宽加深，改善送水条件，发挥航运、防洪、排涝、灌溉等社会综合效益。二、原施工图设计吊装方案介绍（先梁后拱方案）1、施工流程原设计采用先梁后拱的设计吊装方案即少支架施工方案，主桥系杆拱施工流程A在河中搭设钢管临时墩和贝雷支架，首先完成拱脚和端横梁施工；B单侧系杆按施工图分7段在场外预制，系杆支架预压稳定后，由两端向中间对称安装系杆，并现浇湿接头；C安装中横梁，现浇中横梁湿接头。张拉端横梁、中横梁第一批预应力。张拉系杆第一批预应力（N1、N2）；D搭设拱肋安装支架。安装拱肋和风撑。从拱脚至拱顶泵送混凝土；E拱肋混凝土达到设计强度90后拆除拱肋支架，按顺序张拉吊杆。F拆除系杆支架，二次张拉系杆；G安装桥面板并浇筑桥面板湿接头，二次张中横梁、端横梁。H二次张拉吊杆，第三次张拉系杆预应力。I完成桥面系级附属结构。2、施工方法、流程及要点21、系杆支架施工支架钢管桩打入采用振拔锤打入，由河的两端对称进行实施。插打排架钢管桩，中间设通航孔有效净距20M，满足通航有效净空，结合本桥具体情况，全桥水中一共插打7个承重墩钢桩排架。钢管桩入土深度通过理论计算结合现场打桩情况确定。焊接钢桩剪刀撑，用槽钢连接同排钢管桩，形成剪刀撑，用来防止钢桩间不均匀沉降，焊缝要饱满，焊接要牢固。钢管桩桩顶盖帽施工，用1CM钢板作钢桩盖帽，钢板与钢桩间焊接固定。排架桩顶横梁施工，用40号工字钢做盖梁，盖梁与钢桩间焊接固定。铺设贝雷桁架作为施工平台，贝雷桁架铺设的路数由现场计算确定，贝雷桁架间搭设剪刀撑，在贝雷桁架和系杆之间安装砂筒。22、系杆施工方法、首先搭设打桩平台，上面铺设钢板，履带吊车上船，用全站仪放样，在桩位处固定浮船，履带吊车配合震拔锤，施工钢管桩，钢管桩上面用1CM钢板封口，上面放双拼I40做为盖木，盖木与钢板之间焊接，上面用四层贝雷片拼装成支点，贝雷片之间用连接片连接，上下层用跨马螺栓连接，军用梁在栈桥上拼装完毕，用履带吊车吊起安放到支点位置，在上面铺设木方、槽钢，竹胶板。根据图纸要求，施工完支架后，要进行预压，预压荷载支架脱空前桥梁恒载施工荷载，以消除非弹性变形，并测得弹性变形，本桥拟采用砂袋预压，在每跨的1/4、1/2、3/4处及支点设立高程监控点，采用分级预压，并测得沉降数据，根据荷载、沉降值绘制支架的变形曲线，推出设计荷载时的沉降值。然后安装支座，立模板模板的预拱度支架弹性变形系杆设计预拱度在支架上浇筑端系杆、端横梁。安装其余系杆，安装5、9、133根中横梁，调整安装构件标高、平纵位置，浇筑系杆接头现浇段和3根中横梁现浇段。、系杆、中横梁预制系杆按施工分段预制，中横梁和系杆选择岸边合适场地集中预制，场地的选择应考虑到驳船运输的方便。底板支座应满足预制构件承重需求，预制件底板采用5MM钢板，钢板下浇筑20CM厚C20混凝土基础，侧模采用钢板，模板外侧设置钢管围檩，上下用对拉螺栓锚固（对拉螺栓型号经过荷载计算获得），防止砼浇筑过程中产生跑模、炸模等工程质量事故。钢筋严格按照设计图纸及规范要求进行绑扎。绑扎完成后经监理工程师报验后进行模板施工及砼施工。在浇筑前对模板内进行清洗，保证模板内整洁、干净、无杂物。砼浇筑采用整片浇筑一次完成，斜向分层，纵向分段，由一端向另一端进行，分段长度控制在46M，分层厚度不超过30CM，采用插入式振动器振捣，浇筑连续均匀进行，砼采用砼运输车从拌合站运至现场，用小龙门将混凝土吊入模板内浇筑。砼浇筑时应注意以下几点A、浇筑砼时应防止模板、钢筋、波纹管等的松动、变形、破裂和移位。B、对预埋件进行严格的检查，以防漏埋、埋错位置等情况发生。C、砼浇筑完成，表面收浆后，应及时洒水养生。63、系杆、中横梁安装系杆采用分段预制，吊装后浇筑湿接头的施工工艺。最大安装系杆为A段，预制长度144M，重量75T。拟采用岸边预制，预制完成后用如上龙门吊吊装至工程驳船，运输至安装点。采用2台80T浮吊船起吊安装。安装前在支架上精确放样，严格按照控制线进行就位，偏差严格控制在规范允许的范围内。中横梁安装则采用驳船预制至安装位置后，采用一台80T浮吊即可完成安装。8T卷扬机预制构件吊装龙门施工示意图、系杆、横梁预应力施工待系杆、中横梁湿接头砼达到设计张拉强度值时，开始施工预应力。首先张拉端横梁和中横梁的第一批预应力，完成后再张拉第一批系杆预应力（N1、N2）。横梁预应力分二次完成，系杆预应力分三次完成。张拉先后顺序和何时张拉严格按照设计图纸执行。钢绞线应力控制与图纸提供一致。采用四台YCW400型千斤顶，配套油泵ZB4/500，两端对称张拉，张拉以张拉力为主和伸长值为辅进行双控控制，实际伸长值与理论伸长值差值控制在6以内。系梁锚具为夹片式自锚型锚具，根据公路桥梁涵施工技术规范（JTJ0412000）预应力束张拉程序为0初应力CON（持荷2MIN锚固）。预应力束张拉顺序按设计要求，张拉工艺如下A、千斤顶与配件装置顺序安装工作锚圈夹片限位板千斤顶工具锚工具锚夹片B、施加预应力向千斤顶张拉缸加油压至对应应力计算油压值测量伸长量做好张拉记录。C、锚固打开高压油泵截止阀，张拉油压缓慢降至零活塞回程。D、压浆卸下工具锚、千斤顶、限位板切除多余钢绞线封锚灌浆。、钢管混凝土拱施工钢管主拱圈在1/2拱顶处进行分段。单片拱肋由2段构成,即形成2个运输节段（单片拱肋）。拱圈厂内制作胎架按桥线型设计的二次抛物线加含预拱度后设计制造。在胎架上完成主拱肋及风撑进行预拼及临时吊点的安装工作。、80CM、12、3、钢管拱肋吊装就位钢管拱肋分2节用浮吊吊装，拱肋从两边向中间安装，首先合龙1/2处，再焊接拱脚，最终完成拱顶合龙。在合龙拱顶时，可在拱顶处附近的外侧安装油顶顶推装置，合龙前预先给拱顶一个推力，以调整整个钢管拱肋的线形。满足要求后立即进行拱顶合龙焊接，以减少钢管拱肋支架拆除后自重对拱肋线形影响的幅度。三、建议设计变更方案（先拱后梁吊装方案）由于湖西运河航道作为夏季水流较急，过往轮船拖队又较多，目前湖西航道在航船舶大多在500至800吨级，部分船舶达到1000吨级、1500吨级，原来主桥采用支架现浇方案，在安全、工程进度方面会受到很大影响，安全存在很大隐患。故项目部建议主桥采用无支架法进行施工，系杆内设劲性骨架与拱肋钢管形成整体骨架，拱肋钢管和劲性骨架在岸上整体拼装完成后一次性用一台150T浮吊吊装和一台110T小浮吊双机抬吊；现浇系杆及端横梁，中横梁采用预制吊装，再与系杆采用现浇接头相连，拱肋重428T，劲性骨架约重28T（参照京杭运河洋河大桥120M跨劲性骨架图纸进行推算得出），合计每榀拱肋起吊总重量约为70T。依据现有资料，安装位置水域河面宽度达到80米，水深45M50M，浮吊的转弯半径，吃水深度能满足要求，不会对浮吊安装产生阻碍。1、拱肋整体安装工艺方法与流程根据全桥总体施工组织安排，在河道岸边硬化场地（需要9010M），搭设支架进行整体拼装，焊接劲型骨架，并综合考虑现场条件、浮吊起吊能力等各种因素后，本拱肋安装方案主要采用1台150吨浮吊和一台110T小浮吊双机抬。拱肋拼装场地布置于河岸西南侧，距新建桥梁约30米，其布置时应利于拱肋的起吊。钢管拱肋在加工厂分段制作，每片拱肋共分成9节，运输到施工现场，在施工现场预先浇筑好6个钢筋砼扩大基础，准备在4个扩大基础上根据拱轴线坐标计算搭设不同高度贝雷门架，在贝雷门架顶面用I36工字钢作为横梁，每片贝雷门架两站腿与砼扩大基础已预埋好的钢板上焊接母榫头用贝雷销子进行铰连接，在拱肋顶面及两侧搭设建筑钢管及剪刀撑，在贝雷支架两侧各拉上4根浪风绳确保支架整体处于稳定状态，作为纵向整体拼装焊接拱肋、安装吊杆、加工劲性骨架的行人工作平台，要求所有扩大基础支点在同一个水平面上，（基础布置见附图）主要安装工艺流程如下此方案具有以下特点安全、经济、技术可靠，施工队伍均有成熟的施工经验，操作人员高空作业危险性小，安全性好的特点，由于使用大型浮吊设备，增加劲性骨架钢材60吨左右，工程造价按照原设计有所增加。12起吊设备的选用拟采用两台浮吊作为主要安装机械设备，一台为铭鑫三号，另一台为铭鑫八号；铭鑫八号浮吊主船体型长36米，型宽97米，两侧浮箱尺寸为5M20M，船后两个浮箱尺寸为78M38M，主吊杆最大长度58米，起重负荷150吨；铭鑫三号浮吊主船体型长31米，型宽85米，两侧浮箱尺寸为4M6M，主吊杆最大长度45米，起重负荷110吨。2、现场准备1、拱肋厂内制作监理验收2、拱肋现场拼装3、拱肋现场拼装成吊装段4、吊点钢丝绳捆绑浮吊设备准备及检查5、拱肋平翻至直立监理验收监理验收发布起吊令6、浮吊移位，安装下游拱肋8、按同样方法安装上游拱肋准备阶段7、调整拱轴线，拱肋就位9、浮吊安装三道钢管风撑监理验收复核拱脚位置及拱肋轴线21主要设备材料准备A、浮吊船其机械性能必须经过江苏省船舶检验局检验证，各种检验证件齐全；B、工作小艇2艘，用于为浮吊挂缆、抛锚、联络等服务；C、各种适用规格钢丝绳若干，吊装钢丝绳采用637绳径为52；浮吊锚重不小于500公斤；D、3T手拉葫芦4只；5T手拉葫芦6只。22、其他准备工作拼装场地内共2个拱肋在吊装前均已拼装好，经验收合格并摆放就位；用全站仪复核好两拱脚实际距离及标高，拱脚处边线和中心线，办好交验手续；吊装前航道封闭完成，吊装区域所有船只已疏导至施工区域外或外侯泊，吊装区域有海事部门巡逻船只巡逻，并且与航道管理部门做好协调沟通工作，取得其配合支持；浮吊上各机械部件吊装前全面调试，运转灵活，达到施工条件；作业人员也已处于待命状态；固定缆风绳用的地笼已按图纸生好。地笼可以因地制宜布置，可以采用在河岸的适当位置，用人工挖好地洞，然后在洞内灌注混凝土，并预埋固定缆风绳用的绳扣。地笼混凝土应在拱肋吊装前一周完成。钢管拱肋位置已安装好临时脚手架，拱轴线标志预先测量组用木斗弹好控制线；钢管拱肋内的焊皮、垃圾等污垢等用清水冲洗干净；支座处挡块间隙已用钢板填塞紧密；对所有人员已进行安全及技术交底，相关技术人员需在施工作业前认真熟悉施工图纸，领会施工方案意图，使参与施工的每个工人都充分了解吊装过程及相关注意事项，并且人员分工合理，职责明确。安全标志齐全，船上工作人员穿好救生衣。在拱肋上用井字型骨架通过十字扣件锁住拱肋，间距1米搭设通道，以便现场操作人员上下作业，旁边要挂安全网。3、拱肋吊装施工顺序由于钢管整体拼装在上游进行，所以拱肋的吊装顺序为先下游拱，后上游拱，并且在天气晴朗且无台风、无急流情况下开始吊装。31、拱肋起吊浮吊停靠在桥位上游河岸边拱肋拼装场地处，并每个浮吊通过前后四根钢丝绳临时固定，前锚固定在前侧的砼基础上，后锚抛两个500公斤的锚，两只浮吊前后用钢丝绳软连接。拱肋起吊前，在施工中用的脚手架和贝雷片全部拆除，在设计确定的吊点处采用捆绑法生好钢丝绳，同时将绳径为175钢丝绳10根也生好，每个吊点两个钢丝绳，钢丝绳采用双股，钢丝绳绳径为52。在各吊点位置拱肋钢管外上下半圆包橡胶块宽1M，钢丝绳生好后，两艘浮吊垂直于河岸线，然后同步缓慢起吊，起吊过程中应保持一艘两只浮吊的基本均匀一致性，两吊点高差不超过10，采用刻度标尺测量仪器控制，每30测量一次，做到统一号令，起降有序。两台浮吊同时起吊至拱片离开拱脚支墩和中间支点5后，停止浮吊，同时两端用麻绳拉好防止起吊时晃动与另一片拱肋碰撞，全面检查，观察变形，测量系杆预拱度是否与设计一样，一切无误后，浮吊开始移位，指挥人员应为专业指挥，并持证上岗，无关人员不得违章指挥作业。起吊过程中，应有专人察看吊点处钢丝绳的松紧情况，一旦发现钢丝绳受力不均匀，或者存在滑移隐患，应立即暂停起吊，并重新生好钢丝绳。32、浮吊移位拱肋起吊后，浮吊钢丝绳缓缓提升，使拱肋拱脚处脱离胎架，然后1（或2）台浮吊依靠钢丝绳向后退至河中间，将前锚左侧钢丝绳生到对岸，依靠钢丝绳牵引缓慢转身，使2艘浮吊慢慢平面旋转转至90度，使其正面朝向桥位方向，解开前锚和后猫，再启动移位装置，浮吊朝着桥位安装位置方向缓慢移动。移动至桥位还有50M左右时，将两个浮吊钢丝绳捆在10、11墩柱上，卷扬机牵引两个浮吊钢丝绳往前推进，在桥位处稳住浮吊落梁就位，在拱肋靠近拱脚支点上方约50CM时，待浮吊稳定后，将拱肋缓慢下放。2台浮吊部分卸载，设置好8根横向缆风绳，用全站仪测量和垂球控制片的竖直度，利用横向缆风绳的5吨手拉葫芦调整拱肋轴线及拱片竖直度，按前面测量控制方法进行检验，合格后紧固缆风绳，拱脚与预埋钢板用双拼25工字钢连接好后，浮吊全部卸载脱钩，脱钩人员从已搭设好的脚手架爬上去脱钩，拱肋移位时的工况平面示意图如下。用同样方法吊装第二拱片，在第二片拱片接近主墩位置时，将第一片拱肋上的两根备用缆风钢丝绳穿过第二片的适当位置换下原来的两根缆风。这主要是考虑到当安装第二片拱片时会因第一片的横向缆风而影响到吊装，第二片拱片安装就位后，调整好轴线，松开一侧浮吊（另外一只浮吊原地不动），吊装一个风撑安放在一个最高点的风撑位置上（连接号马板），和一个临时中横梁，然后设好横向缆风绳可卸载全部脱钩，进行拱肋风撑和临时横梁的安装，风撑按设计图纸安装，临时横梁设置五道，位置在风撑下方，采用25工字钢，每根长15M，风撑安装顺序是由高到低对称安装。浮吊移位工况实景示意图33、拱肋安装就位在就位前在盖梁挡块外侧面到劲性骨架系杆内边线为12，用12槽钢放在挡块外侧面一端共4根，控制拱肋安装时系杆轴线与设计轴线一致，在盖梁上预埋20201钢板，在钢板上焊接20槽钢控制纵向位置，拱肋就位后，立即在拱脚处生好斜撑，以固定拱肋，然后在拱肋吊点处，用四根与拱轴线大约成35度的缆风绳分两侧拉紧，缆风绳用175钢丝绳，用5T手拉葫芦进行收紧。缆风绳的锚固地垄，可以采用混凝土地垄方式。混凝土地垄长宽高分别为120CM120CM100CM，埋置深度不小于150CM。浇筑混凝土地垄的同时，埋设一根28钢筋，以便与缆风绳连接。第一榀拱肋就位安装实景示意图拱肋初步定位后，对拱肋进行垂直度、拱肋轴线的贯通测量，确保吊装过程中拱轴线不出现偏差。如有偏差，应通过缆风绳调整。拱肋经调整达到设计要求后，进行拱脚处连接钢板的焊接。用同一方法安装另外一片钢管拱肋。第一榀拱肋就位，浮吊卸去吊点后工况图34风撑安装待两根拱肋安装就位并且拱脚焊接后，进行风撑安装。风撑的安装方法为拱肋在厂内加工时侧面先焊接约1545CM长风撑，并在挑出的风撑外侧下方焊接风撑限位板。风撑通过浮吊按照安装顺序吊装，只需将风撑缓慢放下搁置于限位板上即可。所有直撑吊装就位后，工人在空中操作平台上焊接风撑对接焊缝。最后安装斜撑并进行焊接。风撑安装实景示意图四、两种安装方案比较1、安全方面1现有湖西航道为级航道，河面较窄，过往船只较多，且多为8001500T级大型船只，原方案在航道内搭设临时墩、临时支架、支架架设期、生存期至少在68个月以上，存在被船只撞击的安全隐患。一旦支架被撞击，将产生大的安全事故，且航道需要长期交通管制，对航道通航的影响很大，而变更后的方案采用整体性吊装，各个部件在岸上组装完成，航道管制时间只需1015天左右即可恢复正常通行，不存在安全隐患。2按现有航道等级设置临时墩通航孔，通航孔跨径达到2024M，整个系统刚度、强度、稳定性等存在诸多不安定因素，且拱肋二级支架距常水位27M左右，施工人员高空作业危险性较大。3在拆除航道中的钢管桩及临时支墩时风险性较大，对交通管制及船舶通行影响较大，在拆除水中钢管桩时钢管易被拔断，有时还需要水下切割，安全隐患较大。二质量控制方面1按原设计方案计算，通航孔计算最大跨径在24M左右，通航净空在455M左右，跨中挠度很难控制，系杆拼装湿接后，容易造成下挠开裂等质量问题，采用先拱后梁施工方案可以避免以上存在的质量隐患。2原设计方案拱肋在二级支架上采用分段自动焊、金熔透焊进行焊接拼装