超宽钢箱梁斜拉桥拱塔安装施工工法

超宽钢箱梁拱塔斜拉桥拱塔安装施工工法1前言随着钢铁冶炼技术的迅速发展，人类采用钢结构材料的应用领域日益广泛，不断出现在工业与民用建筑物当中，因而产生了一些大跨度、超高的大型空间体系，此大型构件需做分割、拼装处理方可完成施工任务。我项目部针对超高、加宽且存在异形的钢拱塔斜拉桥的拱塔施工控制，形成了一套完整的安装工法。2工法特点2.1超宽、大跨度钢箱梁底部做好合理支撑，减小局部因长时间受压易产生的塑性变形；2.2吊装设备单一的采用租赁常规轮胎式吊车，拼装采用复制单一的方法进行，易于人员操作，大大减小了未知危险源；2.3采用对称安装连接，中间采用桁架做临时支撑，节段间连接采用加劲板硬性连接，所有临时稳固构件均为可回收利用资源；2.4拱塔采用分段式现场安装，节约了因板单元拼装的大量时间，减少了因竖转产生的巨额成本，采用传统定位测量调整，最大化提升构件安装误差，合理使用安排现场人员，最大化节约各项成本；2.5焊接工艺采用CO2气保焊与陶瓷衬垫单面焊接双面成型技术相结合的焊接方式，最大限度的减小焊接工作量和施工成本。3适用范围跨度大、超高、塔体截面尺寸较小且对称分部，分节到场安装的超宽、大跨度钢箱拱塔斜拉桥拱塔安装。4工艺原理4.1分段优化：拱塔制作过程中，已经考虑到运输、吊装等因素，对拱塔进行了分段优化。4.2箱梁主体钢结构已经完成，桥梁临时便道已经修通，已经具备上桥施工作业的条件。4.3拱塔节段吊装桥面承载验算4.3.1拱塔分节情况分析4.3.2安装用吊车性能参数分析包括：吊车型号、大额定起重量、最小额定工作幅度、转台尾部回转半径（平衡重）、支腿距离、起升高度、整机自重（行驶状态）、工作时需要最大配重。4.3.3主桥桥面系结构分析4.3.4确定吊车定位，画出吊车站位与拱塔底部位置图4.3.5安装拱塔节段对桥面作用力4.3.5.1约定条件按照安装最大节段时，安装最大幅度验算吊车支腿最大支撑力。由于全伸腿360°作业，吊车支腿受力计算比较复杂，假定吊装最大节段时，吊车自重及吊物重由两个支腿全部承受（支撑力偏大）来验算。4.3.5.2桥面板应力计变形验算4.4桥下支撑验算假定桥梁只作为传力机构，吊车支腿的荷载全部由下部支撑承载。按照吊车一个支腿对应下部一个支撑验算。4.5缆风绳风荷载计算根据《建筑荷载规范》GB50009-2001及《建筑施工手册》查的适中各取值标准：风荷载标准值ｗｋ＝βｚ×μｓ×μｚ×ｗ０（4.5-1）式中：ｗｋ——风荷载标准值(KN/ｍ２)；ｗ０——基本风压(KN/ｍ２)μｚ——风压高度变化系数μｓ——风荷载体型系数βｚ——ｚ高度处的风振系数5工艺流程5.1工艺流程图5.2主要工序具体施工工序安排：5.2.1施工准备阶段5.2.1.1拱塔横向投影桥面测量放线，并标识于桥面5.2.1.2拱塔纵向节段（设计值）上口底边投影桥面测量放线，并标识于桥面5.2.1.3标识纵横线交差点5.2.2分节吊装和安装阶段5.2.2.1分节进场就位、检查合格、待吊装5.2.2.2超重机进场就位、调试、待起吊5.2.2.3吊装北侧，就位、找正、检查合格5.2.2.4接口处焊接、焊接过程中动态检测点位5.2.2.5全部焊接完成，检查合格后，吊车卸载，脱离工件5.2.2.6吊装南侧，就位、找正、检查合格5.2.2.7接口处焊接、焊接过程中动态检测点位5.2.2.8全部焊接完成，检查合格后，吊车卸载，脱离工件5.2.3临时稳固5.2.3.1安装东西向缆绳5.2.3.2安装南北向支撑5.2.4安装上、下人行通道，焊接平台5.2.4.1安装上、下人通道，用脚手架搭设5.2.4.2用脚手架搭设焊接平台5.3主要技术措施5.3.1节段吊点设置。为确保吊装安全、稳定，对位准确，各段设置4处吊点，工件弧度明显的，在工件顶端弧度内侧设置两处吊点，弧度外侧1/3处设置两处吊点，确保了工件平稳起吊。5.3.2拱塔分段参数设置表5.3.2拱塔节段规格如下序号名称编号规格(m)数量单重（t）总重（t）备注1第一节GT-12.56*111226.653.2下口宽3m2第二节GT-22.56*122227.5553第三节GT-32.56*111225504第四节GT-42.56*6..59213265第五节GT-52.56*5..53110.310.3图5.3.2.2拱塔分节结构图5.3.2两节段间的对接方法。上节段下口四个面内侧各设置一块引道板，下节段上口四个面内侧相应位置设置四块定位板。工件吊装下移过程中，引道板先接触下部工件，使之成为线接触，方便快速就位。当四个面的引道板都进入下部工件后，工件下移全部接触下部工件定位板后，测量检测。5.3.3测量调整方法1、粗略定位在准备工作期间，根据加工节段尺寸，每节段的上口底边，根据图纸设计位置，测量放线在桥面上，并用红线标识清楚。拱塔横向投影到桥面的两条线，测量放线在桥面上，并用红线标识清楚。两条线的交差点就是找正工件的基准点，当测量安装工件的上口底边的两个交汇点与桥面板上相应的交差点重合时，说明工件已经找正，粗了定位采用3mm粗钢丝绳吊8Kg锤球进行。图5.3.3-1粗略测量定位2、精确定位粗略定位完成之后，用加劲板进行初步连接，待连接完毕后用全站仪结合小棱镜进行现场实际测量，明确细部调节数据，现场根据数据进行微调处理。进行微调时，首先将调整侧加劲板拆除，两节拱塔接缝上下各30cm处焊接定位钢板以便放置千斤顶，接缝上下10cm处弹墨线作为基准线，根据上口偏移尺寸，应用杠杆比例原理计算下口调节数据，用千斤顶顶起边顶边用钢尺测量两条基准线间距离，直到达到要求数据，再次用全站仪进行测量，如此循环直到达到精度要求即可。图5.3.3-2精确测量定位图5.3.3-3微调示意图5.3.4焊接措施防止焊接工件变形过大，造成就位误差过大无法调整的情况发生，采取定位焊接、箱体内的加强肋、两面对称焊接、打底，清根，填缝，盖面。图5.3.4-1定位焊接单面焊接双面成型技术中，陶瓷衬垫作为陶瓷材料，在实芯或者药芯焊丝CO2气体保护焊中应用最为广泛,陶瓷衬垫成分如下表，形状如图：其成形槽宽度为10mm，深度为0.8～1.0mm。陶瓷衬垫底部中央划有一条红线，便于粘贴时与焊缝找正对中。陶瓷块两侧的铝箔上沿衬垫长度方向分布一些小孔，以便焊接时排气，使用前经150℃左右烘焙1～1.5h，随烘随用。图5.3.4-1陶瓷衬垫形式图5.3.4-2陶瓷衬垫现场应用二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业，由于二氧化碳气体易生产，成本低，广泛应用于各大小企业。二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）的保护气体是二氧化碳，有时采用CO2+O2的混合气体。由于二氧化碳气体的热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡焊接时，焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝，可以使得内部缺陷少、质量较好、焊后变形较小、焊接成本低、生产效率高、焊缝抗裂性能高。5.4临时支撑及施工平台脚手架搭设第一节拼装完后临时用桁架支撑顶部，以增强拱塔的稳定性，然后拱塔周围，在组装前先搭设桁架支撑架，组装第一节后，上口用桁架连接好，每一节顺桥向单侧单面有两个缆风绳固定。固定好后，拱塔第一节周围范围内搭设钢管架，用作上人操作，高度为节高。其他几节，依次循环操作，每三米高脚手架与拱塔进行连接，支架内搭设上人行通道，第四节施工完成后，顶端设置挂篮以便进行第五节的施工。5.4.1拱塔对称连接：采用桁架连接，桁架弦杆采用φ140*8钢管，腹杆采用φ68*6钢管，焊接而成。桁架通过耳板与拱塔连接，连接销采用45#热处理φ40*120。桁架构造图如下：5.4.2拱塔周围的操作平台：操作平台采用φ48*3.5扣件双排脚手架，立杆横向间距0.9～1.2m，纵向间距1.5m，步距1.5m。扣件脚手架的搭设要符合《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》。5.4.3拱塔缆风绳：每节设4个缆风绳，加以固定，缆风绳采用￠12mm钢丝绳。如下图所示：5.5合拢段施工第四节施工完毕后，在顶端设置挂篮作为施工平台，以便进行边口的打磨及陶瓷衬垫的粘贴。挂篮施工完毕后，根据顶面高程基准点，用水平尺对第四节上口顺桥向两边弹出水平基准线，做水平差值比较，现场量测数据；同样用水平尺对合拢段两边顺桥向弹出水平基准线，测量现场水平差值数据，综合合拢段下口及第四节上口数据，对接触边进行打磨处理，待准备完毕后同其他节段施工方法，进行现场吊装调整工作。6材料与设备6.1主要吊装施工设备表6-1主要吊装施工设备序号名称规格型号单位数量备注1QY130汽车车起重机XZJ55599J1300K台1起吊2CO2气体保护护焊机NBC—5000台8焊接3电雾刨台1清根4喷涂机台1防腐喷涂5火焰切割机具套46全站仪台1测量7打磨机具套88卸扣许用负载60tt个10吊环9卸扣许用负载30tt个72缆风绳用10开式螺旋扣许用负载30tt个36缆风绳用11钢丝绳6*19-144-15770米240缆风绳12钢丝绳6*61-444-17000米32吊装绳13绳夹Y-15个216缆风绳用6.2、主要检测设备6-2、主要检测设备序号名称规格型号单位数量备注1磁粉探伤仪CYD-50000多用型型台22超声波探伤仪JUT600台23X射线探伤机便携式台27质量控制参照上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司《吕梁新城纬三十三路桥施工图》，并根据国家现行的相关标准、规范及行业标准。表7-1钢索塔安装质量标准项目规定值或允许偏偏差顶面高程（mmm）±2.0n;且不不大于200总体垂直偏差（mmm）顺桥向H/4000横桥向H/4000对接口板错边量量（mm）≤2塔柱中心距（接接头部位）（mmm）±4.0阶段轴线相对塔塔柱轴线的的偏差（mmm）顺桥向2h/10000横桥向两塔柱横梁中心心处高程的的相对差（mmm）4端面金属接触率率（%）壁板符合设计要求腹板符合设计要求加劲板符合设计要求斜拉锁锚固点高高程（mmm）±10注：n为节段总数；H为索塔总高度；h为阶段高度。表7-2焊缝外观检查质量标准项目简图质量要要求（mmm）气孔横向对接焊缝不容许纵向对接焊缝主主要角焊缝缝直径小于1.00每米不多于3个个，间距不不小于200，但焊缝端端部10毫米之内不不允许其他焊缝直径小于1.55咬边受拉杆件横向对对接焊缝及及竖加劲肋肋角焊缝（腹腹板侧受拉拉区）不容许受压杆件横向对对接焊缝及及竖加劲肋肋角焊缝（腹腹板侧受压压区）Δ≤0.3纵向对接及主要要角焊缝Δ≤0.5其他焊缝Δ≤1.0焊脚尺寸主要角焊缝其他焊缝①焊波角焊缝任意25mm范范围内高低差△≤2..0余高对接焊缝焊缝宽b＜122时，△≤3.012＜b≤255时，△≤4.0b＞25时，△≤44b/255余高铲磨后表面面横向对接焊缝不高于母材0..5不低于母材0..3粗糙度Ra500注：手工角焊缝全长10%区段内允许.表7-3焊缝超声波探伤内部质量等级项目质量等级适用范围对接焊缝I主要杆件受拉横横向对接焊焊缝II主要杆件受压横横向对接焊焊缝、纵向向对接焊缝缝角焊缝III主要角焊接表7-4焊焊缝超声波波探伤范围围和检验等等级（mmm）焊缝质量级别探伤比例探伤部位板厚检验等级I、II级横向对接接焊缝100%全长10～45B＞46～56B（双面双侧）II级纵向对接接焊缝100%焊缝两端各1000010～46B＞46～56B（双面双侧）II级角焊缝100%两端螺栓孔部位位并延长5500，板板梁主梁及及纵、横梁梁跨中加探探1000010～46B＞46～56B（双面单侧）8安全措施8.1做好班前安安全技术交交底8.2进入施工工现场的所所有施工人人员，必须戴安安全帽，进行高出出作业人员员，必须穿防防滑鞋、戴戴安全带，安安全带挂在在安全的骨骨架上，必须一切切行动听指指挥，发现有违违规者，应应制止；8.3起重机械械操作员必必须持证上上岗操作，起重机械械必须处于于完好状态态，严禁带带“病”作作业；8.4起吊前前必须检查查周边作业业范围内，有有无妨碍超超重机械回回转及行走走的障碍物物，起吊过过程中，现现场所有人人员必须远远离起吊设设备作业范范围；8.5起重作作业过程中中做到起吊吊重量不明明不吊，重重心位置不不明不吊，挂挂装不牢不不吊，视线线不明不吊吊，指挥手手示不清不不吊；8.6操作员员必须按照照指挥人员员的旗语、手手势或哨声声进行操作作，若指挥挥员信号不不清或将引引起事故时时，操作员员可拒绝执执行，并应应立即通知知指挥人员员。但对有有关人员发发出的危险险信号均应应听从；8.7风力大大于6级、浓雾天气，夜间停止吊装及高空作业；8.8脚手架架必须符合合安全要求求，平台跳跳板必须与与脚手架捆捆绑牢固，跳跳板尽量不不要出现悬悬挑的现象象，若需要要时，必须须按设计要要求或规定定的标准搭搭设跳板，发发现有不符符合要求时时，应立即即整改直至至满足要求求为止，否否则不准进进入下一道道工序；8.9设置防坠落落安全网，拱拱塔四周设设置安全区区域，做好好围栏，防防止坠物伤伤人；工件全部焊接完完成，经检检测合格后后，方可摘摘除吊钩。因违反安全管理理规定，造造成人员受受伤或死亡亡，必须视视情节严重重程度严厉厉处罚。9环保措施9.1严格遵遵守《中华华人民共和和国水土保保持法》、《中中华人民共共和国水土土保持法实实施条例》及及地方政府府有关法律律、条例。9.2环保目目标：坚持持做到“少少破环、多多保护，少少扰动、多多防护，少少污染、多多防治”；；对破坏部部分采取工工程措施最最大限度地地恢复，使使环境保护护监控项目目与监控结结果达到设设计文件及及有关规定定。9.3在施工工过程中，采采取有效措措施，保护护周围生态态环境；设设备、钢材材等必须按按规定整齐齐摆放或入入库。废料料进行及时时排运，暂暂时不能排排运的废料料要整齐堆堆放，进行行必要的围围挡或覆盖盖。9.4电焊机机及打磨设设备等选用用符合国家家标准的低低噪音设备备，降低噪噪音污染；；9.5环保方针针：以人为为本，遵纪纪守法，节节能降耗，预预防污染，持持续改进，造造福人类。10效益分析析10.1主要工工序时效情情况吊装准备需要11-2h吊装过程需要11h定位调整需要11h临时稳固需要22h永久焊接需要88h施工平台脚手架架搭设100h10.2实际生生产效率现现场实际到到位人员227人，其中管管理人员55人，后勤勤人员2人人，生产工工人20人人。每每节安装时时间用时11.5d，本本桥拱塔共共计分5节进行拼拼装，实际际用时244d，其中中雨天111d，受下下雨影响工工期共计113d，实实际施工安安装时间为为11d。拱拱塔合计安安装效率为为40m**2/111d=7,,27m//d10.3方案案综合效益益对比采采用竖转安安装虽然工工期较短，节节省搭设脚脚手架的44天时间，但但是建设起起重设备基基础需提前前至少100天做出准准备，长时时间占用租租赁场地，起重设备备的租赁费费用、转轴轴的成本及及安装费用用等各项费费用较高，安安装精度高高及技术要求求较高；采采用板单元元分割后现现场拼装等等于同等条条件下增加加3倍焊接接工作量，施施工延长33倍