大桥拱塔竖向转体施工技术（52页）

1、大同市南三环御河大桥拱塔竖向转体施工中铁大桥局三公司 目 录第一章 工程简介第二章 拱塔施工工艺流程第三章 后拉锚点和塔座安装第四章 塔身节段桥面卧拼第五章 转体结构计算第六章 拱塔竖向转体施工第七章 浇筑塔内混凝土，张拉斜拉索 第一章工程概况 1.1 桥梁简介 大同市南三环御河大桥为三塔无背索斜拉桥，主桥采用钢筋混凝土连续箱梁，三拱塔为钢结构内部填充混凝土的组合结构。设计为“顺桥向为塔、横桥向为拱”的结构形式，自西向东为矮塔、中塔和高塔。三拱塔均为椭圆形线形，并向东倾斜35。 主桥跨径布置为30m+60m+70m+80m+40m连续箱梁，梁与墩间设置支座，拱脚埋入箱梁内，即梁墩铰接，塔梁固结

2、。 三拱塔断面形式均采用四边形钢箱结构，最大截面尺寸为4.5米3.0米，最小截面2.9米3.0米，钢箱壁厚沿塔高方向递减。钢箱内填充C40混凝土(塔顶无索区为空心钢箱不填充砼) 。矮、中、高拱塔自桥面以上高度分别为36m、46m、56m，上下游第一章拱脚间距36.5m，自重（除首节外）分别为276吨、434吨和580吨。全桥共设22对塔梁斜拉索，梁上索距为6m，塔上理论索距为4.5m。采用镀锌平行钢丝斜拉索，标准强度1670Mpa。塔端采用锚管结构、梁端采用锚块结构进行锚固，塔梁间斜拉索张拉端设置在梁上。工程概况1.2 桥梁受力体系转换 主桥箱梁采用支架现浇法施工。本桥设计为部分预应力斜拉桥，

3、在梁体预应力索张拉、压浆完成后，拆除支架，在P8P9、P9P10中间设置少支墩，少支墩采用630mm8mm螺旋钢管，如下图所示。钢塔桥面卧拼，转体施工，进行斜拉索张拉，最后拆除少支墩，成桥。1.3 竖向转体方案总说明 本桥拱塔塔身部分采取竖向转体施工方案，即在桥面上拼装拱节成整体，利用拉压杆三角架，通过后拉锚点将拱塔转到设计位置。高、中塔转体后拉锚点设在P8号墩横梁上，矮塔后拉锚点设在P7横梁上。根据竖转荷载，高、中塔转体横桥向两侧各布置两台350吨竖转油缸，矮塔转体在P7横梁各布置一台油缸。转体过程先转体矮塔，再转体高塔，最后转体矮塔。转体方案总布置如下图所示：1.4 竖向转体控制系统的原理

4、 计算机控制液压同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承重部件）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）等几个部分组成。 1、钢绞线及提升油缸是系统的承重部件，用来承受提升构件的重量。本工程采用350吨提升穿芯式提升油缸。钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线，公称直径为15.24mm，抗拉强度为1860N/mm。 2、 液压泵站是提升系统的动力驱动部分，在液压系统中，采用比例同步技术，这样可以有效地提高整个系统的同步调节性能。 3、传感检测主要用来获得提升油缸的位置信息、载荷信息和整个被提升构件空中姿态信息。1.5 竖向转体施工技术的优点 将高空作业转换为地面作业，工程质量、施工安

5、全更有保障； 转体设备自动化。机电一体，控制精度高，安全可靠；转体机械设备无需特别加工，减少了其他工艺中的临时构件，经济实用； 适用性强，受天气、环境、地理条件影响因素小； 设备体积小，承载能力可根据增加拉索数量而增大，特别适宜于大型起重设备无法达到的地方；第二章拱塔施工工艺流程2.2 施工工艺流程说明步骤一、安装拱脚、预埋后拉锚点。浇筑梁体时在塔梁固结处埋入拱脚A段，并按设计要求进行拱脚处预应力索张拉压浆；在P7、P8横梁处预埋后拉锚点：矮塔后锚拉点高中塔后锚拉点步骤二、安装胎架、拼装拱塔塔身节段，如图所示：矮塔中塔高塔步骤三、安装转体三角架和转体拉索。按照施工顺序，先转体矮塔。拉索三角架步

6、骤四、转体矮塔，矮塔就位，塔身B与拱脚A固结，安装部分斜拉索，并进行初张拉，使塔身固定；步骤五、拆除矮塔转体三角架，转移至高塔，矮塔开始塔内混凝土浇筑步骤六、转体高塔，高塔就位，塔身与拱脚A固结，安装部分斜拉索，并进行初张拉，使塔身自身稳定；步骤七、拆除高塔三角架，转移至中塔安装，开始高塔塔内混凝土浇筑步骤八、转体施工中塔，中塔就位，塔身B与拱脚A固结，安装部分斜拉索，并进行初张拉步骤九、拆除转体三角架，分段浇筑塔内混凝土，分批张拉斜拉索第三章后拉锚点和塔座安装3.1 塔座定位 为了保证塔座安装位置准确，塔座处混凝土分两次浇筑，即第一次浇筑至塔座安装底口，在需要埋设塔座位置预留空间不予浇筑砼，

7、在安装塔座相应位置预埋钢板，测量准确放线，焊接限位板和定位支架，通过调节安装在定位支架上的千斤顶和可调螺杆，使其精确定位。如图所示：预留空间塔座第二步：预留空间内凿毛处理，绑扎钢筋和安装塔内竖向预应力索后，采用微膨胀混凝土填充塔座内外空间，混凝土面与塔轴线垂直。并对竖向预应力束进行张拉、压浆，如图：第二次浇筑砼振捣孔 第三步：转铰定位：转铰定位准确是转体施工的先决条件。因钢塔为拱形结构，所以上下游转铰必须同心同轴，否则在转体过程中可能出现“卡死”现象。因此，在拱塔加工厂预拼时，先将上游转铰与拱塔固定，下游转铰只是临时连接。拱塔塔身节段桥面卧拼时，下游转铰根据上游转铰调整位置，这样保证上下游转铰

8、同心同轴。 转铰 3.2 后拉点的安装 三个钢塔竖转后拉索最大拉力约820吨。根据钢塔的结构和控制特点，高、中塔转体需要在P8墩主桥横梁上两侧分别布置2个后拉锚点，,每个后拉锚点布置2台350吨竖转油缸，共布置4台350吨竖转油缸，每个油缸的平均载荷约205吨。矮塔在P7主桥横梁两个各布置1台350吨油缸。利用箱梁自重平衡转体荷载。高、中塔后拉锚点矮塔后拉锚点第四章拱塔桥面拼装4.1 胎架拼装4.1.1 胎架设置 拱塔的拼装胎架以高塔、中塔、矮塔分别进行，共需三套胎架。胎架由普通支架和加强支架组成。胎架按照拱塔底面水平设置，这样能保证拱塔底口在一个面上，便于调节标高。加强支架普通支架第四章拱塔

9、桥面拼装4.1.2 临时起顶支墩设置 高塔塔身重量630吨（含转体加劲板），再加上转较、三角架和转体拉索、斜拉索重量，最大起重荷载为820吨。为安全起见，在高塔中间设置一个用于起顶的临时支墩，即使转体出现张拉至设计最大拉力后，塔身仍不能脱离胎架的情况下（此时转体拉索受力最大），可在临时支墩上安装400吨千斤顶，先将高塔顶升一定高度，减小转体初始荷载，然后在进行转体。通过在加强支架上逐步抄垫枕木，使塔身抬高。起顶支墩设置在P11号墩横梁处。加强支架塔身节段备用起顶墩4.2 拱塔分段及吊装4.2.1 拱塔分段根据三个拱塔的结构设计特点，并考虑结构受力、隔板、锚管、转铰及运输、吊装要求，每个拱塔分为

10、长度不大于13m、重量小于80吨的节段。具体分段参数见表（6-1）：第四章拱塔桥面拼装高 塔中 塔矮 塔节段编号节段长度m节段重量T节段编号节段长度m节段重量T节段编号节段长度m节段重量TA976.17A8.7562.36A8.547.82B9.573.50B9.7559.37B8.542.26C1266.28C1153.83C10.535.04D944.17D1259.76D11.547.61E1258.22E8.531.15E6.523.87F935.63F7.527.49G935.63第四章拱塔桥面拼装4.2.2 拱塔吊装 现场节段采用80吨门吊进行吊装。龙门吊桥面以上净空16m，在主桥

11、标准断面处（梁宽42.5m）右侧净宽5.05m，左侧净宽1.75m，拱脚吊装在桥左侧。拱塔节段8m第四章拱塔桥面拼装 拱塔采取四支吊索法吊装，在塔身设置四个吊点。吊索采用51mm钢丝绳，穿插两根千斤绳。吊索与水平面夹角小于45度，四支吊索共八股，配吊重35吨卸扣四个。塔身节段第四章拱塔桥面拼装4.3 桥面拼装4.3.1 拱塔B段与拱脚A段拼接 因拱脚A段已安装完成，所以A、B段的连接只能依靠转铰保证位置准确。首先根据拱塔首节A段对应转铰处的理论位置，通过调整胎架的高度，实现A、B段的顺利对接。上游转铰上游B段上游A段下游转铰下游B段下游A段4.4 中间节段拼装 拱塔B段与A段转较连接后，将其余

12、节段吊至桥面胎架上，依照编号，对应临时连接件排放。 节段吊装过程中有可能碰撞已拼装就位节段，所以对于已就位的节段如B段，需要在胎架上焊接限位板。为了防止胎架在节段吊装过程吊装时倾斜、倒塌，在对应吊装节段设置临时钢丝绳缆风，固定其位置，待节段拼装后再转移缆风至下一个塔身节段位置。B段利用A段转较定位，C段则与B预拼时的定位板连接定位，其余节段依次类推。先拼装3月份再施焊。第四章拱塔桥面拼装临时缆风第四章拱塔桥面拼装4.5 焊接顺序 对于塔身节段与节段之间焊接，自拱塔B段向塔顶方向。其焊接顺序为先两个节段单独焊接，然后将焊好的节段与其他节段焊接，最后焊接塔顶合拢口，这样可以减小焊接引起的残余应力。

13、以中塔为例：4.6.1 拉压杆三角架的组成 拉压杆三角架由压杆、拉杆、上下横杆和十字撑四部分组成，其中拉杆杆采用80020钢管组成，其余杆件为50016钢管。拉压杆件和十字撑之间采用销轴连接，上下横杆与节点连接采用焊接，以抵抗转体过程中较大的弯矩。整个三角架自重约85吨，安装后最高点距离桥面约35m，转体后三角架最高点距离桥面约40m。第四章拱塔桥面拼装压杆拉杆压杆上横杆下横杆十字撑第四章拱塔桥面拼装4.6 .2 拉压杆三角架安装步骤一、拼装压杆框架及转体拉索 压杆框架含压杆、上下横杆及十字撑三部分，因塔身顶面距桥面近8m，直接在塔身上拼装有一定困难。现将压杆框架构件逐根调至桥面拼装，使压杆框

14、架成一个整体。 压杆框架拼装完成后，安装转体拉索。将钢绞线逐根穿过疏导板；将疏导板疏导到提升油缸附近，注意疏导板上的记号，钢绞线不许有翻转情况。第四章拱塔桥面拼装步骤二、将压杆框架和转体拉索吊装就位 压杆框架和转体拉索总重约70吨，利用1台80吨龙门吊和2台汽车吊可将框架抬至胎架上就位，插上压杆与拱塔连接销轴。汽车吊汽车吊龙门吊第四章拱塔桥面拼装步骤三、安装拉杆 龙门吊将压杆吊起，拉杆则用汽车吊辅助吊，通过转体拉索将三角架牵引到位，然后拉杆一端穿销，安装到拱铰4上。汽车吊转体拉索龙门吊转体拉索汽车吊步骤四、安装临时拉杆第四章拱塔桥面拼装 因索塔横桥向为拱，在转体过程中会使上下游B段产生一个向外

15、的推力，所以需要在上下游间安装一个临时拉杆，克服这个水平力。拉杆设置形式为一根6308mm螺旋钢管，两端与拱塔焊接。安装完成后，其整体效果如图所示：临时拉杆第四章拱塔桥面拼装4.7 安装临时通道 利用48钢管顺拱塔方向4个角各布置一根，每隔一定距离沿拱塔断面搭设一周，钢管与塔壁之间包裹海绵胶条。环向钢管间距根据现场需要布置，在斜拉索锚管及进人孔处设置环向通道。 三角架爬梯安装。在三角架压杆侧面焊接简易爬梯。爬梯由16圆钢制作，间距为40cm一道。 拱塔内挂梯设置。第五章转体结构计算 确保转体计算正确的前提：正确的统计转体过程的重量。本次转体过程考虑的重量包含如下几个方面： 拱塔的自重 三角架重

16、量 钢塔转铰重量及钢塔内部加劲重量 转体过程中挂索重量以及搭设脚手架的重量 转体拉索采用15.24钢绞线，对应的每个油缸配31根。为了使钢绞线在转体过程中不打绞，每束钢绞线需按左旋、右旋各半配置。采用SAP200按照拱塔转体初始状态（拱塔轴线0）及最终状态（拱塔轴线为55）两种工况进行验算。转体结构计算第五章 三座拱塔转体重量统计表序号荷载分类高塔（t）中塔（t）矮塔（t）1自重5804342762转铰2 351.244.833.33转铰42013.211.64三角架及后拉索按照模型实际重量按照模型实际重量按照模型实际重量5挂索2918.49.66脚手架888 水平荷载考虑风荷载，方向为平行于

17、桥梁和垂直桥梁两个方向；风荷载取大同地区10年一遇风荷载，风压为0.35kPa。荷载一：自重荷载荷载二：风荷载第五章转体结构计算整体计算结果-高塔转体-0构件拉杆压杆拉索上横杆下横杆斜杆截面800/20800/206215.24500/16500/16500/16应力比0.7890.880.2540.4990.6280.607构件 拉杆压杆拉索轴力KN 4779 -3982 4501 杆件内力 塔脚临时拉杆：630/8 轴力：72.9t 应力比：0.48 伸长：6mm临时拉杆计算应力比构件拉杆压杆拉索上横杆下横杆斜杆截面800/20800/206215.24500/16500/16500/16

18、应力比0.7070.1790.1030.3190.4770.548整体计算结果-高塔转体-55构件 拉杆压杆拉索轴力 2539-2372420 杆件内力（KN） 塔脚临时拉杆：630/8 轴力：63t 应力比：0.475 伸长：4.9mm临时拉杆计算应力比第五章转体结构计算第六章拱塔竖向转体6.1 转体准备工作6.1.1 竖向转体前整体检查1、液压竖向转体系统检查 （1）、竖向转体油缸 （2）、液压泵站 （3）、控制系统检查2、竖向转体支撑结构的检查 检查油缸支架及连接锚点结构 检查地锚支架及与横梁连接结构 检查拉压杆与主塔连接结构 3、各种应急措施与预案的检查 检查竖向转体设备的备件等是否到

19、位 检查防雨、防风等应急措施是否到位6.1.2 成立“竖向转体指挥组”、商定竖向转体日期 现场指挥组根据工程进度、天气条件、工地准备情况，与各方商定竖向转体日期。商定竖向转体日期，竖向转体时的天气要求：3-5天内不下雨，风力不大于5级。6.1.3 试竖向转体 为了观察和考核整个竖向转体施工系统的工作状态，在正式竖向转体之前，按下列程序进行试竖向转体：（1）、解除主体结构与胎架等结构之间的连接；（2）、按下列比例，进行20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%分级加载； 注每次加载，须按下列程序进行，并作好记录：第六章拱塔竖向转体第六章拱塔竖向转体 6.2 正式转体 经过试

20、竖转，观察后若无问题，便根据监控指令正式竖转。监控测量主梁全部应力测点、A节段应力测点以及转较应力值，测量主梁跨中测点的标高值。6.2.1 转体步骤操作：按要求进行加载和竖向转体；观察：各个观察点应及时反映测量情况。测量：各个测量点应认真做好测量工作，及时反映测量数据；校核：数据汇交现场施工设计组，比较实测数据与理论数据 的差异；分析：若有数据偏差，有关各方应认真分析；决策：认可当前工作状态，并决策下一步操作。第六章拱塔竖向转体6.3 转体就位 为了保证拱脚A段和塔身部分能够顺利对接，尽量减少对接口的错台，在拱脚周围焊接导向板，使塔身转体即将到位时，塔身B段能够顺着导向板的方向就位。导向板在拱

21、脚后壁板、内外腹板上各设置2个。导向板为3cm厚钢板加工而成，导向部分为1：2斜口，斜口打磨光滑，上抹黄油，如图（7.2.2）所示： 拱塔转体即将到位时，需加强拱塔位置的监测，按照监控指令转体到位。第六章拱塔竖向转体 全站仪持续观测塔顶坐标，拱塔塔顶达到理论坐标时发出停止转体张拉指令，转体到位。 第六章拱塔竖向转体6.4 A、B段合拢口焊接 拱塔竖转到位以后根据监控指令，进行拱塔合拢口环焊缝的焊接，使拱体达到自身稳定状态。钢塔竖转后，复测拱塔位置，确保各项安装精度尺寸符合设计要求，如发现超差及时进行调整；如果没有问题，听取监控指令，焊接定位板。根据焊接参数和焊接顺序，进行钢塔壁板环焊缝的焊接，

22、焊接时每个环口四个焊工同时对称焊接，尽量减少焊接变形的影响。第六章拱塔竖向转体6.5 张拉部分斜拉索索力 拱塔转体到位后，焊接合拢段环焊缝，然后张拉部分斜拉索索力，使拱塔处于自然稳定状态。6.6 拆除三角架 初张拉使转体拉索不再受力后，可拆除转体拉索和三角架。拆除顺序按安装顺序的反方向进行。第六章拱塔竖向转体步骤一：拆除万向铰，将转体拉索先卸下汽车吊汽车吊步骤二：取出转较4销轴，利用4台汽车吊吊住拉杆端部，绕转较3旋转缓慢下放第六章拱塔竖向转体汽车吊汽车吊步骤三：至压杆不能再下放后，压杆框架在龙门吊的吊装范围内，可以利用龙门吊将压杆框架吊住，然后拆除拉杆龙门吊步骤四：最后拆除压杆框架。第七章塔

23、内混凝土浇筑 拱塔内斜拉索区填充C40混凝土，塔顶无索区不填充，共计C40混凝土3510m3。塔内混凝土顶面自桥面以上高度分别为33m、41m和49m。 为防止浇筑混凝土侧压力使钢箱的局部变形，节段钢箱混凝土填充采用分段分层浇筑，混凝土达到设计要求后分批张拉斜拉索，即塔内混凝土浇筑和斜拉索张拉交替进行。 根据大同现有机械设备，可选择臂长49m混凝土汽车泵输送混凝土，其最大泵送高度为地面以上46m，另有6台混凝土搅拌车配合运送混凝土。混凝土入孔后，内接减速窜筒，使混凝土的承接面与窜筒的高差小于2m。7.1 场地布置 地面以上44m以内的混凝土施工时，混凝土输送泵布置在上下游地面。这个高度可以施工矮塔全部混凝土、中塔至M5索、高塔至R5索位置，如图所示；第七章塔内混凝土浇筑 施工高、中塔地面44m以上塔内混凝土时，此时大部分斜拉索已经施工完成，可以将汽车泵布置在墩中心桥面上，如图：第七章塔内