小关子水电站管桥主跨钢拱架卸落设计

小关子水电站管桥主跨钢拱架卸落设计

1全桥桥方案2小关子水电站管桥是四川省宝兴河上、下、五级旁路容量的重要节水工程。它也是水电部和四川省的主要项目。该管桥位于宝兴县下游1.5km处,全桥长为190.52m,桥面宽12m,桥上放置直径为6.5m的引水钢管,每延米荷载重400kN。该桥设计主跨采用单孔混凝土现浇悬链线无铰等截面箱形拱桥,净跨124m,净矢高24.8m。主拱圈横向分为4箱,纵向为168室,拱圈高2.5m,每3m设置横隔板块,箱拱顶板宽10.2m,底板宽10m。2钢拱框架基本结构2.1下弦长1000钢架管桥钢拱支架采用加强式64军用钢拱架,桁架高2m,计算跨径为122.152m,共设7榀。每榀间距为15m,由33片基本三角桁架和2片端三角桁架通过3种规格下弦长杆构成拱架。拱架间设置横联及风构加强其整体性。基本三角架上弦长4m,由4根等肢角钢(∠100×10)组成,腹杆由2根槽钢([100×50)组成,中间由钢板角钢加强联接而成,每片重约850kg。端三角也采用以上同规格材料,每片重约670kg。下弦杆也由4根等肢角钢(∠100×10)组成,中间设缀板加强,每片重约250kg。材质均为16Mn钢。销钉采用40号优质铬钢,拱脚销孔为Φ100,基本三角销孔为Φ75。7榀拱架总重300t,拱盔木材用量约280m3。2.2该桥的河道钢拱支架两端跨越宝兴河,向中15m施工场地较平,其它地方河水滔滔。雅宝公路穿过该桥1孔12m桥下,比河床高12m。钢拱架顶部比河床高35m。施工场地狭小,此处又在风口位置,风力大,这均增加了卸拱施工难度。3钢拱框架拆卸方案的优化和计算3.1采用卷扬机吊挂的钢索来吊挂方案目前我国拱架卸落大部分利用已完成的拱体进行吊挂,采用倒链(或者吊车配合)来进行拆卸,存在的问题较多:(1)仅适用于河道平整,能进入车辆地段,不适用于山谷河道中及大跨径拱架拆卸;(2)卸落速度慢(一般重量2～3t);(3)发生费用高,需用大型吊车;(4)安全分数偏低。相反,如采用卷扬机利用已完成的拱体进行吊挂拆卸,即在离拱脚L/8处或其它地方各安装1台5t卷扬机,使钢索穿过拱体吊挂的钢索来吊拆,克服了以上缺点,具有以下优点:(1)适用于任意地段,特别是大跨径钢拱架;(2)卸落速度快,可对称卸落(一般重量4～5t);(3)发生费用低,仅用卷扬机就可拆卸、吊装,可横跨河道进行搬运;(4)安全有绝对保障。经认真分析研究,决定采用卷扬机吊拆的方案。此方案不仅拆除、装运费用低,使安全质量更有保证,技术更合理,而且充分利用了现有机具,也为今后工程施工打下基础。3.2拱段吊装施工根据现有的机具材料,为确保质量安全、降低成本、提高经济效益,采用如下受力分析:(1)5t慢速卷扬机最大拉力为50kN,每片三角桁架重850kg,每片下弦杆重约250kg,因此确定拆卸拱段数量最多4片(考虑到每片三角桁架最大冲击力1000N);(2)卷扬机地锚按120kN进行计算施工;(3)吊装拱段的钢索采用风缆索Φ20,临时结构安全系数取5,257/5>50kN,满足吊装要求;(4)吊挂在拱体上钢索采用架设拱架用的扣索Φ32.5,临时结构安全系数取5,666.5/50>93.5kN(吊挂索最大受力),满足要求。4主要技术法规和施工方法4.1长6座旧桥长2级(1)拱上排架柱必须浇筑到1/3高度后,方可落拱,不得进行裸拱施工(根据计算要求);(2)顶板后浇缝混凝土强度要达到箱拱设计标号;加2及加3桥与上述1号及8号桥在同一河段,按Q100=8300m3/s或7800m3/s均可。加1桥Q100=5500m3/s,V100=1.88m/s,I=0.00019,R=6.87m。即此处I及R与1号桥相差较大,流量虽小些,桥长仍为450m。若流量减为5000m3/s,桥长450m也可以。总之,笔者建议在城市规划时,要把旧桥是否需要加宽和规划的街道中心线一起考虑,使设计在技术上更合理,造价上更节省。(来稿日期2001-02-22)(3)为确保落架前施工便利及落架后的人身安全,拱盔上的人行道和扶手在落架前必须拆除;(4)考虑到落架后,第一拱盔受压,木板、方木损坏,且具有弹性,造成不安全因素;第二为减少落架阻力,便于落架,因此必须提前拆除拱脚处三角方木及底板;(5)拱脚处砂箱位置要清理干净,不得积水,以便砂箱捣砂;(6)拆除混凝土底板与拱架连接螺杆,减少落拱阻力;(7)落架前要对箱拱L/2、L/4、L/8、3L/8处各点进行高程测量。4.2独立拱门为确保拱圈受力逐渐增加,避免发生颤动,产生过大应力,因此应逐步地、均匀地、对称地进行施工。(1)出砂量测定每榀拱架两拱脚各有2个砂筒,各安排1人负责下落。7榀拱架必须同时同步进行。按照指定的尺寸及要求,掌握出砂量,并用口杯进行测定。每进行一次都要观测砂箱,拱顶变形情况,直到拱盔与箱拱脱离2～8mm,然后停留稳定3～4h后,全部一次性落完。(2)拆除拱门由拱脚向拱顶对称拆除,先拆木板,其次横木,然后弓形木。(3)箱拱地板装饰首先处理好施工缝、棱角;其次底板上拉筋要涂防锈漆,后用砂浆封闭。(4)拆除压载箱，用砂筒完成后，加载盒中的石头开始清除，每次载荷为500kg/筐,直到卸完为止,需对称同步进行,否则易造成拱架变形。4.3改拱架(1)按照简图进行吊挂钢索布景,卷扬机布置,吊挂索要拉紧(采用倒链),见图1。(2)为了防止拱架原风缆碍事,必须把每榀拱架用钢索与吊挂索连接固定紧好后(每榀拱架固定5处),再拆除上下游各7道风缆。(3)拆除顺序:首先拆除风钩,然后逐榀拆除。每榀拱架先拆中间3片,后再对称拆除第2段4片,第3段4片,第4段3片,第5段2片,最后3片。(4)跨越河道时,利用拱体加导向滑轮,采用2台卷扬机进行吊运。5提高卷扬机的质量和拱段开挖和拆段质量为确保安全顺利地完成,施工中必须做到以下几点。(1)落拱时,第一操作人员要坚守工作岗位,听从统一指挥;第二观测人员应及时汇报箱拱挠度变化及拱盔是否脱离,并做好记录;第三应严格掌握砂子计量,统一安排执行,否则造成杆件扭曲,增加施工难度。(2)对卷扬机应仔细检查,要熟练掌握其性能。拱段下落速度一定要慢,防止拱段扭曲变形和造成钢索拉断。(3)在拆卸时,用绳索把拆卸拱段与非拆卸拱段连接好,防止冲击或摆动伤人。(4)每拆一段都要对钢索进行检查,特别是吊挂的钢索,一定要防止被拱体棱角切割(一般在混凝土棱角处加垫布)。(5)拆卸拱段要基本对称,最多相差一段。(6)整个拆除过程中,要对箱拱L/2、L/4、L/8、3L/8各点进行观测并记录,核对与计算是否吻合。6钢拱架的清理效果钢拱支架从落拱到拆除,共用12d时间,中间未出现任何安全事故,也未出现拱架扭曲变形情况,箱拱应力逐步递增,完全符合设计要求,钢拱架拆除顺利,效果十