斜拉橋塔墩吊裝技術(shù)

1、北京市高級專業(yè)技術(shù)資格評審申報論文 第-31-頁申報論文（教 授 級）題目：斜拉橋塔墩吊裝技術(shù)單 位：北京市公路橋梁建設(shè)集團姓 名：課題方向：道路橋梁施工 2011 年 3 月 6 日摘 要本文對秦皇島燕山大學(xué)斜拉橋塔墩吊裝的技術(shù)難點進行了分析，介紹吊裝方案的選擇，同時對關(guān)鍵技術(shù)進行了總結(jié)。方案綜合考慮了以下因素：塔墩下半部為混凝土結(jié)構(gòu)，上半部為鋼箱結(jié)構(gòu)，鋼混接頭處有特殊要求；最大吊裝重量為120噸，吊裝高度為60米，鋼箱的空間姿態(tài)向兩個方向傾斜；斜塔自重水平分力參與對斜拉索施力，空間位置要求精度高；塔墩緊鄰京秦鐵路距離為13米，吊裝方案必須確保鐵路的安全運營。吊裝方案經(jīng)充分論證，安全完成施工

2、任務(wù)。關(guān)鍵詞： 斜拉橋 塔墩 吊裝 施工技術(shù)目 錄摘 要.緒 論 .1一、工程概況.21、塔墩造型.32、鋼混接頭 .43、傾斜方向.54、鐵路安全 .55、節(jié)段劃分.6二、難點分析及方案比選 .71、吊裝方式.72、支腿距離 .73、橫梁提升.94、現(xiàn)場布置 .10三、主要施工工藝及關(guān)鍵技術(shù).111、門吊支腿.112、起重橫梁 .163、縱梁計算.214、動力系統(tǒng) .225、吊具設(shè)計.236、角度調(diào)整 .26四、施工效果評價 .27結(jié) 論.28參考文獻.29附 錄.30requirements each only valve installation a only support hangi

3、ng frame, if two valve clearance is less than 5d (d for pipeline od), is in middle loaded a only support hanging frame can; pipeline has multiple valve adjacent, requirements in valve group of sides the loaded a only support hanging frame, if middle has different diameter valve, is requirements in t

4、he valve shang installation bracket or in the valve sides size head at the loaded a only support hanging frame. designs should fully take into account expansion-31-緒 論秦皇島市燕山大學(xué)斜拉橋塔墩造型獨特，塔墩立面上直下斜呈折線形，下段30m為傾斜段，傾斜12度，上段20m為豎直段。塔墩橫向造型為倒y形，塔肢向內(nèi)傾斜15度。塔墩錨固區(qū)以下采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，錨固區(qū)采用鋼箱結(jié)構(gòu)。部分鋼箱節(jié)段具有兩個傾斜方向。塔墩緊鄰京秦鐵路距離為13

5、米、傾斜方向朝向鐵路、吊裝高度為60米、吊裝重量為120噸、場地狹窄崎嶇等不利因素，保證斜塔吊裝兩個方向的傾斜角度準(zhǔn)確性、安全性和施工易操作性，是需研究的技術(shù)難題。兩角度斜塔吊裝的成功實施，為傾斜構(gòu)件吊裝領(lǐng)域提供了有益的參考。雖然一個橋梁工程的斜塔吊裝只是個案，并且傾斜構(gòu)件吊裝工程千差萬別，但合理的施工思維會帶來觸類旁通的效果，為解決傾斜構(gòu)件吊裝難題提供思路。本文對斜塔吊裝進行了全面的描述和總結(jié)，要點是對兩角度斜塔吊裝的角度控制。一、呈對稱傾斜的構(gòu)件，把兩件不平衡構(gòu)件組裝成一件整體平衡的構(gòu)件，固定一個方向傾斜角度后整體吊裝；二、利用起重吊耳的位置粗調(diào)構(gòu)件的角度，高空吊裝就位后再精確調(diào)整角度。希

6、望能起到拋磚引玉的作用，為吊裝施工技術(shù)做貢獻。一、工程概況秦皇島市燕山大學(xué)斜拉橋是連接?xùn)|、西校區(qū)之間的橋梁，跨越雙線電氣化京秦鐵路。橋梁與鐵路相交處鐵路里程k289+439。位于南大寺至秦皇島區(qū)間。橋梁形式為獨塔斜拉橋，全長378m。主橋為獨塔雙索面斜拉橋，跨度為（40+108+16+26）m。結(jié)構(gòu)體系為墩、塔、梁固結(jié)體系。塔墩上直下斜呈折線形，重心后傾，塔墩傾斜部分的方向趨向于所受合力的方向，以盡量減小塔內(nèi)彎矩。塔墩橫向造型為倒y形，橫向剛度大，有利于橫向穩(wěn)定。塔墩在錨固區(qū)以下采用鋼筋混凝土，以降低造價，并具有較好的抗疲勞性，減少后期養(yǎng)護維修。同時可以利用混凝土塔墩自重大的特點，抵抗主孔拉力

7、，緩解背索負擔(dān)。塔墩錨固區(qū)由于索力巨大且集中，而塔身截面較小，如果采用混凝土結(jié)構(gòu)不能滿足錨固區(qū)的強度及安全性要求，因此塔墩錨固區(qū)采用鋼結(jié)構(gòu)。主梁從經(jīng)濟性考慮采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。主跨拉索采用半扇形布置，橫向采用a形雙索面布置，有利于主梁抗扭。塔墩橋面以上高50m，塔高與跨度比為1/2.16，塔墩高7.3m。塔墩立面下段30m為傾斜段，后傾12度，上段20m為豎直段。塔墩橫向為倒y形。下段塔身為水平矩形內(nèi)側(cè)削角截面，上段合并為矩形截面?？v向尺寸6-2.8m，橫向在下段兩叉分為2.0m，上段由4m到塔頂3m變寬。塔墩在錨固區(qū)以下采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于塔墩為空間傾斜塔柱，為了方便塔墩的施工放樣、立

8、模、鋼筋綁扎，在塔柱內(nèi)設(shè)勁性鋼骨架。塔墩錨固區(qū)由于索力巨大，應(yīng)力高度集中，而截面尺寸較小，因此采用鋼箱結(jié)構(gòu)，以保證足夠的強度和安全可靠性?；炷炼魏弯撓涠蔚慕Y(jié)合部位選擇在彎矩和剪力相對較小的位置。1、造型新穎塔墩造型新穎，縱向上直下斜呈折線形，重心后傾，橫向為倒y形，與荷蘭鹿特丹伊拉斯穆斯橋造型相似； 圖1-1 秦皇島市-燕山大學(xué)-斜拉橋 圖1-2 荷蘭-鹿特丹-伊拉斯穆斯橋2、鋼混接頭塔墩下半部為混凝土結(jié)構(gòu)，上半部為鋼箱結(jié)構(gòu)，鋼混接頭的牢固程度對橋梁安全使用至關(guān)重要，因此接頭部位進行了加強設(shè)計，施工步驟為：澆注下塔柱混凝土至設(shè)計標(biāo)高焊接高于混凝土頂面1米的型鋼平臺（臨時支撐鋼箱）-吊裝鋼箱到

9、型鋼平臺（調(diào)整角度和固定鋼箱）-鋼筋與鋼箱焊接-預(yù)埋的精軋螺紋鋼準(zhǔn)確插入鋼箱內(nèi)至設(shè)計位置-支立模板澆注封口混凝土至鋼箱內(nèi)設(shè)計位置張拉精軋螺紋鋼澆注封錨混凝土張拉1#斜拉索繼續(xù)吊裝第二節(jié)段鋼箱；圖1-3 鋼混連接接頭吊裝過程圖1-4 鋼混連接接頭封口混凝土外觀3、傾斜方向鋼箱的空間姿態(tài)向兩個方向傾斜（向西側(cè)傾斜12向中間傾斜15），斜塔自重的水平分力參與對斜拉索施力，要求塔墩安裝空間位置精度高。圖1-5 斜拉橋主橋結(jié)構(gòu)圖4、鐵路安全塔墩緊鄰京秦鐵路，距離僅為13.3米，吊裝方案確保鐵路的安全。圖1-6 塔墩與鐵路位置關(guān)系圖5、節(jié)段劃分塔墩鋼箱節(jié)段為：s1-1、s1-2、s2-1、s2-2、s3、

10、s4、s5共計七段，單件重量分別為：24噸、24噸、39噸、39噸、96噸、73噸、19噸。實際吊裝的最大重量為120噸，由于鋼箱節(jié)段兩個方向傾斜，在高空調(diào)整角度難度大，盡量采取在地面組裝拼接調(diào)整好角度，所以s1-1、2兩段在地面完成組裝后吊裝，s2-1、2加s3的下半部分共四段在地面完成組裝后吊裝（重量為120噸）。圖1-7設(shè)計與實際鋼箱節(jié)段劃分二、難點分析及方案比選1、吊裝方式采用何種方式吊裝鋼箱是施工的首要方案，經(jīng)過業(yè)主方、監(jiān)理方、施工方、鐵路局、專家團共同研究選定龍門吊吊裝方式，放棄大噸位吊車吊裝方式，理由如下：通過現(xiàn)場實際測量，吊車的吊重半徑為10.5米,如果采取單件吊裝,450噸吊

11、車能達到起重要求,但是難以保證鋼箱兩個方向的傾斜角度準(zhǔn)確;如果采取地面組裝調(diào)整好角度再吊裝,由于重量提高,需要650噸吊車才能達到起重要求,工程造價提高,經(jīng)濟性不佳。由于塔墩緊鄰京秦鐵路，距離僅為13.3米，并且塔身向鐵路方向傾斜12，如果采用大噸位吊車，吊車起重臂扒桿移動的方向朝向鐵路，對于客運、貨運繁忙的鐵路大動脈來說，是潛在的危險源，萬一在吊裝過程中機械失靈或者刮大風(fēng)，后果將是災(zāi)難性的，安全性難以被鐵路部門認可。塔墩鋼箱節(jié)段由地處河北省燕郊市的核工業(yè)部二三公司加工制作，采用公路運輸?shù)角鼗蕧u工地現(xiàn)場，s3節(jié)段由于超寬無法公路運輸，經(jīng)與設(shè)計協(xié)商，s3分體加工、運輸、現(xiàn)場組裝，因此分包單位要求

12、現(xiàn)場具備卸車、二次搬運、組裝條件，大型吊車不便分散吊裝操作。2、支腿距離龍門吊支腿距離決定起重橫梁的大小，龍門吊支腿距離越小同型號起重橫梁的吊裝重量越大，因此在條件允許的情況下盡量減少龍門吊支腿距離。提出了三種支腿距離：12米、16米、20米，圖示如下圖2-1支腿距離設(shè)置方案比選 支腿距離12米方案，在圖示兩個圓圈15米范圍內(nèi)16根立柱穿透塔墩，在鋼箱節(jié)段沒吊裝前，混凝土塔柱處于懸臂狀態(tài)，設(shè)計單位不同意吊裝過程中中塔柱參與受力，同時立柱影響主梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束，因此12米方案被否定。支腿距離16米方案，有8根立柱穿越中塔柱，同時對主梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼束有影響（如下圖），因此16米方案被否定。圖2-2

13、支腿立柱與主梁預(yù)應(yīng)力鋼束位置示意圖支腿距離20米方案，對中塔柱和主梁預(yù)應(yīng)力鋼束均不影響，通過在主梁翼緣板上預(yù)留空洞，使龍門吊支腿立柱受力傳導(dǎo)到下塔柱混凝土上，對塔墩的中塔柱混凝土部分沒有影響，方案得到各方認可。但是20米的跨度，企業(yè)自有的起重橫梁最大吊重120噸，缺少吊重重量安全儲備，通過對自有起重橫梁進行技術(shù)革新，確保起重橫梁安全儲備達標(biāo)，保證吊裝施工安全進行。3、橫梁提升龍門吊支腿采用萬能桿件拼裝，高度為60米，支腿距離鐵路距離為9米。起重橫梁為三角形桁架，長度為28米、高度為3米、寬度為1.5米，它的特點是外形尺寸龐大，重量不大（15噸/條）。安全可靠的橫梁提升方案是塔墩正式吊裝前的預(yù)演

14、，也是對施工單位能力的事前檢驗。通過用可靠、簡單的扒桿提升體系，將2條起重橫梁、4條萬能桿件橫聯(lián)提升。扒桿提升體系設(shè)置：在龍門吊頂部拼裝臨時支架，作為扒桿的支腿，采用2臺上下方向移動而左右方向固定的人字型扒桿吊裝橫梁，人字型扒桿只有單方向自由度，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠性高。扒桿的設(shè)計起重能力為15噸/臺,兩臺扒桿起重能力共計30噸。人字型扒桿采用鋼管、型鋼焊接制作，動力系統(tǒng)采用2臺5噸慢速卷揚機及配套的滑輪組，以上材料及設(shè)備均為企業(yè)自有，降低了施工成本。（人字扒桿和吊裝過程見照片）圖2-3人字扒桿和吊裝橫梁過程4、現(xiàn)場布置由于施工現(xiàn)場高空作業(yè)多、交叉施工多，為了保護施工人員安全和施工有序進行，對吊

15、裝現(xiàn)場進行了規(guī)范化布置。（塔墩區(qū)域為安全重點控制區(qū)）圖2-4吊裝現(xiàn)場布置平面圖三、主要施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)1、門吊支腿（1）外型尺寸龍門吊支腿采用萬能桿件拼裝，桿件拼裝的原則為：支腿立柱強度驗算合格；支腿整體穩(wěn)定性驗算合格；支腿順橋方向長度滿足頂部起重橫梁縱向移動范圍。龍門吊支腿外形尺寸最終設(shè)計為：兩個支腿距離20米，每個支腿的長度12米、寬度4米、高度66米。圖3-1龍門吊支腿布置圖龍門吊支腿根部萬能桿件焊接在承臺、下塔柱、中塔柱的預(yù)埋帶錨筋鋼板上。支腿頂部設(shè)置順橋方向滑道，起重橫梁能夠順橋方向移動，確保對位準(zhǔn)確。（2）桿件備料根據(jù)龍門吊支腿方案，經(jīng)過計算萬能桿件立柱三榀能滿足要求，比4榀立柱

16、方案減少用量110噸，最終萬能桿件需用量為454噸，單位自有220噸，需租賃234噸，由于萬能桿件屬于專用物資，提前半年聯(lián)系訂貨，提前三個月進場，支腿提前二個月拼裝。萬能桿件規(guī)格數(shù)量表如下：表3-1拼裝支腿萬能桿件數(shù)量表名稱單重（kg）數(shù)量總重（kg）合計（t）備注n173.11652120764544mn236.52304840962mn415.6356455598n521.5244252503n611.8489657223n710.92883139n810.62642798n1214.7151822314n1321.385818275n153.611884324n185.97924673n

17、193.1356411084n202.323046129n21169305070特制n2220.12645306（3）支腿驗算最大吊裝重量為120t,取吊具增重系數(shù)1.05,取動載系數(shù)1.1（頂升千斤頂速度為40cm/min,速度緩慢均勻，動載系數(shù)取1.1）。荷載q=1201.051.1=138.6t （3-1） 求橫梁兩端支點反力：橫向滑移機構(gòu)(含提升頂,小縱梁) 兩組，每組3t共6t；橫梁 225 m 單重6t/10m 共30t；縱向滑移機構(gòu) 2組 單重1t/組 共2t；每端恒載=（6+30+2）/2=16t；橫向滑移機構(gòu)可能偏置,活載對橫梁兩端的重力不是相等的,設(shè)定偏置最大為1m,橫梁兩

18、端支點反力是79t和66t,加上恒載16t,為 96t計算支腿立柱自重：自上而下為鋼軌、工字鋼32a、21#、7#6#、1#或2#、4#5#、22#,8#。單柱三榀,高60m重量分別為：工字鋼 0.105t、21# 0.0324t、2# 2.96t、4# 0.873t、5# 1.22t、6# 0.756t、7# 0.053t、8# 0.59t 22# 0.56t，合計:8t/每根立柱 。安全系數(shù)：根據(jù)受力分析簡圖,橫梁某端的支點反力，是由10號槽鋼,四氟板承受.經(jīng)過鋼軌及兩根32號工字鋼分配，傳遞給萬能桿件豎桿，由于不均勻性,但至少有兩根以上豎桿立柱承重.經(jīng)查閱,三榀豎桿可承壓力103.3t，

19、 兩根立柱同時可承重103.3x2=206t.橫梁端部最大支點反力為96t 加上兩根豎桿立柱自重8x2=16t共112t。 安全系數(shù)k=容許承重/實際承重 （3-2）安全系數(shù)k =206/112=1.8 結(jié)論：龍門吊支腿立柱是安全的。（4）整體穩(wěn)定性驗算最大風(fēng)力按60kgf/m2計，塔架風(fēng)阻系數(shù)=0.4，最大風(fēng)力形成的傾覆力矩：m鳳傾覆=6212600.431=553536kgm （3-3）塔架自重p=236t=236000kg自重形成的穩(wěn)定力矩m穩(wěn)=2360002=472000 kgmm穩(wěn)m鳳傾覆雖然塔架底部與預(yù)埋件固連（不參與計算，為安全儲備），設(shè)置風(fēng)纜很有必要，風(fēng)纜鋼絲繩17.5，鋼絲繩

20、破斷力不小于15.6t2=31.2t31.2tcos6058m=31.2t0.558 =904800 kgm風(fēng)纜有東南西北四個方向上下兩層總的風(fēng)纜穩(wěn)定力矩 m風(fēng)纜穩(wěn)=2904800 kgm=1809600 kgmm總= m風(fēng)纜穩(wěn)+ m自重穩(wěn) （3-4）m總m總=1809600+472000=2281600 kgm2281600 kgmm鳳傾覆=553536 kgm安全系數(shù)k=2281600/553536=4.12結(jié)論：設(shè)置風(fēng)纜龍門吊是安全的。圖3-2龍門吊整體外型照片2、起重橫梁（1）設(shè)備介紹起重橫梁為單位自有設(shè)備，1999年在北京市四環(huán)路跨東郊編組站工程使用，陸續(xù)在多個工程中使用，采用多用途

21、設(shè)計，既可以組裝成為龍門吊，又能作為雙導(dǎo)梁架橋機。由鄭州大方設(shè)計制造，型號為df40/100，技術(shù)參數(shù)如下： 圖3-3起重橫梁技術(shù)參數(shù)及合格證 圖3-4 起重橫梁組裝編號說明（2）橫梁計算800cm 730kn 730kn2200cmm 5110knm 5110kn.m q+730kn-730kn抗彎應(yīng)力：單位自有橫梁（三角架）橫截面 ix=2850826cm4 wx=ix/112cm=25453cm3 （3-5）兩根橫梁參與受力 m=51100000kgcm=m/（2wx） （3-6）=51100000/（225453）=1003.8kg/cm2=100.38mpa【】=170mpa 【】

22、抗彎強度足夠撓度計算fmax=pal2/24ei（3-43） （3-7）式中l(wèi)=2200cm a=700cm p=73000kg =a/l=700/2200=0.31818 i=2850826cm4 e=2.1106kg/cm2fmax=7300070022002（3-40.318183）/（242.11062850826） =7300070022002（2.87115）/（242.11062850826） =4.94cm fmax1l/400=5.5cm結(jié)論：起重橫梁是安全的起重橫梁采用二點吊重，利用特制扁擔(dān)梁將吊點距離擴大為8米，計算證明起重橫梁在吊裝過程中是安全的。（3）橫梁實驗為了確保

23、起重橫梁萬無一失，在龍門吊拼裝前對起重橫梁進行了吊重實驗，吊點距離采用5米，縮小的3米距離作為安全儲備。時間：2005年9月22日 氣溫：22地點：0#橋臺西側(cè) 風(fēng)力：2-3級主持人員：康宇參加人員：楊紅葉、王海波、楊宏志、王蘭橋試驗?zāi)康模浩鹬貦M梁抗彎實驗試驗過程：用萬能桿件搭設(shè)卸車龍門吊，起重橫梁跨距22m，橫梁跨中兩側(cè)各2.5m為吊點，吊點距離為5米。表3-2橫梁實驗起吊重量統(tǒng)計表序號名稱數(shù)量總重量（噸）備注1萬能桿件1#鐵1200個87.7總計；146.7噸符合本次橫梁抗彎試驗起吊140噸的要求。2萬能桿件2#鐵800個29.23萬能桿件4#鐵500個7.84天車2臺105小橫梁2個11

24、6吊鉤2個1起吊高度為1m，靜止等候30min后，經(jīng)測量觀測最大撓度為：5.2cm。 試驗結(jié)論：起吊橫梁最大撓度為5.2cm，符合撓度小于起吊橫梁跨距的1/400（5.5cm）的要求。橫梁起重實驗見下面照片：圖3-5起重橫梁實驗照片圖3-6起重橫梁實驗中吊裝的重物照片3、縱梁計算小縱梁底部有槽鋼扣在大橫梁鋼軌上，確保小縱梁能夠沿大橫梁方向南北移動。由于小縱梁南北方向?qū)挾葹?0cm，小縱梁頂部提升千斤頂高度為3m，所以小縱梁應(yīng)與其頂部的槽鋼焊斜撐支腿，防止小縱梁傾倒，提升千斤頂也需掛風(fēng)纜繩固定。720kn 200cmm 36 tmq +360kn -36t小縱梁采用兩根45號工字鋼拼接而成查表f

25、=111cm2 ix=33760cm4 wx= ix /f=1500cm3 (3-8)抗彎強度 =m/2wx (3-9)=3600000kgcm /（21500cm3）=1200kg/cm2=120mpa【】=170mpa【】 剪力很小，因跨度小，撓度也很小，均計算從略結(jié)論：小縱梁是安全的4、動力系統(tǒng)采用兩臺zld1500自動連續(xù)頂升千斤頂作為提升動力，由連續(xù)千斤頂通過串聯(lián)穿心千斤頂、鋼絞線束、自動工具錨、拉錨器體系、防墜落自鎖裝置實現(xiàn)連續(xù)頂升。表3-3自動連續(xù)頂升千斤頂?shù)募夹g(shù)性能表序號項目單位數(shù)量序號項目單位規(guī) 格1公稱張拉力kn15005穿心孔直徑mm1302公稱油壓mpa316外形尺寸m

26、m37516003張拉活塞面積mm2602007速度m/h254重量kg8608行程mm200圖3-7連續(xù)頂升千斤頂圖3-8防落安全錨（安全錨與油缸一體化）5、吊具設(shè)計吊具俗稱“扁擔(dān)梁”，在吊裝過程中防止產(chǎn)生水平分力，避免被吊物體變形。在本工程中通過增加扁擔(dān)梁的高度加大抗彎能力，使吊點距離增加到8米，減小了龍門吊上起重橫梁的彎矩，保證起重橫梁的安全儲備達標(biāo)?，F(xiàn)場利用自有鋼箱式導(dǎo)梁改裝成為扁擔(dān)梁。圖3-9吊具外觀照片圖3-10吊具工作照片700kn 1400kn 700kn800cmm2800kn.mq +700kn-700kn1.6cm 1.2cm 1.2cm 160cm1.6cm 34.4c52cm抗彎強度=m/wx=28000000kgcm/22685.34cm3 (3-10)式中 wx=ix/80cm=22685.34cm3=1234.27kg/cm2 材質(zhì)16mnq【】=2400kg/cm2 【】撓度計算fmax=pl3/48ei (3-11)式中l(wèi)=800cm p=140t=140000kg f=542.72cm2i=1814827.28cm4 e=2.1kg/cm2fma