第七章-拱橋的無支架施工

第七章

鋼筋混凝土拱橋、鋼管混凝土拱橋及勁性骨架混凝土拱橋的無支架施工拱橋美景欣賞拱橋美景欣賞拱橋施工欣賞拱橋實例欣賞圖片圖片圖片圖片第七章拱橋的無支架施工§7.1

概述§7.5

轉動機構的構造與布置§7.3

混凝土的灌注§7.4

轉體施工—平轉、豎轉§7.7

斜拉扣掛施工法§7.6

轉動的動力§7.8

塔扣一體化施工技術§7.2

吊裝—吊裝設備§7.9

貴州六圭河大橋鋼筋混凝土箱拱的扣掛法安裝§7.10

拉西瓦黃河大橋鋼管混凝土拱橋的扣掛法安裝概述§7.1 在峽谷或水深流急的河段上，或在通航河流上需要滿足船只的順利通行，或在洪水季節(jié)施工并受漂流物影響等條件下修建拱橋，以及采用有支架施工將會遇到很大困難或很不經(jīng)濟時，就宜考慮采用無支架施工。無支架施工包括轉體施工、纜索吊裝施工。它是一種風險很大的施工方法。吊裝—吊裝設備§7.27.2.1施工工序拱箱(肋)在河灘或橋頭岸邊預制或預拼將預制塊移運到纜索下，由纜索上的起重小車起吊送至橋位安裝自一橋孔的兩端向中間對稱進行吊裝，端鉸基肋吊裝后用扣索臨時系住，然后松開吊索，在最后一節(jié)構件吊裝就位并將各接頭位置調整到規(guī)定標高后，才能放松吊索并將各個接頭合攏，最后將所有的扣索撤去。拱上建筑施工橋面結構施工7.2.2纜索吊車組成及作用施工動畫

纜索吊裝布置示意圖塔架：立于橋臺上或橋頭高地，四面用風纜固定，支撐主索纜索吊車各主要組成的作用主索：起重小車的軌索，用數(shù)根粗鋼索組成牽引索：牽引起重小車，使其能沿主索移動起重索：用于起重小車的動滑輪組升降風纜：固定塔架或基肋（1）主索(承重索)

主索常采用纖維芯鋼繩。其直徑、型號和根數(shù)可根據(jù)索塔距離（主索跨度）、起吊重、設計垂度（通常為L/15，L為主索跨度）計算出主索所能承受的拉力。比如纜索設備的主索吊裝30t重的拱肋時可采用一組4根直徑47.5纖維芯鋼絲繩。

主索一般用事先架好的工作索來安裝。工作索直徑較小，安裝拉力不大，可依靠更細的鋼絲繩或麻繩引導過河。為防止主索因自重下墜入水，增加拖拉阻力，須設置后捎繩，將主索后端拉緊，隨著主索牽引前進，徐徐放松后捎繩。

理論上，增加鋼絲繩根數(shù)可增大主索起吊重量。但實際使用時必須考慮每根鋼絲之間受力分配的均勻性，并采取一定的措施。目前較好的辦法是使多根主索聯(lián)通聯(lián)動。

纜索的安裝垂度應符合設計要求，若小于設計值，則地錨、索塔、主索等重要部件會超載或嚴重超載，這是十分危險的。相反，若纜索安裝垂度大于設計值，則會引起工作垂度過大，增大了構件吊運上下坡的坡度，影響構件安裝工作的順利進行。（2）起重索

起重索套繞于天線滑車組，用于起吊構件，起重索承受吊重拉力，宜選用柔軟耐磨、不易打結的鋼絲繩。（3）牽引索

牽引天線滑車（跑車）沿主索前后移動，宜選用柔性好的鋼絲繩。（4）扣索

暫時固定分段拱肋所用的鋼絲索稱為扣索?？鬯饔媒g車或鏈滑車收緊，用拉緊器（花籃螺絲）微調。

扣索分墩扣、塔扣、天扣、通扣等幾種形式。用作扣索的鋼絲繩可采用與起重索或牽引索相同的類型。其直徑大小按計算所受拉力大小確定。（5）安全索

安全索是一種輔助索，它不與主索發(fā)生聯(lián)系。一般可在主索之間設1～2根類型與起重索相同的鋼絲索作安全索，其直徑可小于主索。安全索也可作工作索用。（6）風纜

風纜又稱纜風索、浪風索，用于穩(wěn)定塔架（包括索架和墩上排架），調整和固定拱肋的位置。風纜采用鋼絲繩類型與牽引索、扣索相同。其直徑大小按計算所受拉力大小確定。（7）橫移纜

若纜索吊裝系統(tǒng)只設置一道主索，則預制構件需要通過橫移索來實現(xiàn)橫向移動就位。橫移索的方向應盡可能與預制構件的軸線相垂直。橫移索的直徑大小、鋼絲繩類型可與風纜相同。（8）跑車(天線滑車、騎馬滑車）

跑車是在主索上運行和起吊重物的裝置，可采用定型滑車，也可根據(jù)吊重的實際情況自行加工。跑車大都由跑車輪、起重滑輪組和牽引系統(tǒng)三部分組成。（9）塔架

塔架由塔身、塔頂、塔底和索鞍等幾個主要部分組成。塔身常用型鋼或萬能桿件組拼而成，也可以用裝配式公路鋼橋桁節(jié)片（貝雷）等構件拼裝而成。對個別小跨徑橋也可采用木塔架。（10）索鞍

塔架頂部應設索鞍。主索通過索鞍時，要求索鞍半徑R大于12倍鋼索直徑或300倍鋼絲直徑。見索鞍示意圖.（11）塔架基礎

塔架基礎一般采用漿砌片石或片石混凝土。塔底有鉸接和固接兩種形式。底座設鉸的塔架必須依靠風纜維持穩(wěn)定。有的工地則于塔架下端設球面或平面與墊木平面接觸的自由鉸。纜索架橋設備的塔底是在分片拼裝的錐形塔腳節(jié)下設筒形鉸支座。見簡易塔腳鉸構造。有些塔架腳底固定在基礎混凝土中，或預埋螺栓與塔固接。這種形式的塔底可以承受彎矩，但塔架的穩(wěn)定仍需用風纜幫助。（12）錨碇

錨碇為固定主索、起重索、扣索、鉸磨、絞車、纜風繩、溜繩、導向滑車、各式扒桿、繩索吊機等不可缺少的設備。重要的錨碇應進行專門設計計算，在正式使用前進行試拉。錨碇的種類按構造形式可分為地垅、鋼筋錨環(huán)、水中錨旋和其他錨固點等。如一種簡易錨碇（13）電動卷揚機及手搖絞車

電動卷揚機及手搖絞車為牽引、起吊的動力裝置。電動卷揚機速度快，但不易控制，一般多用于起重索和牽引索。對于要求精細調整鋼索的部位，多采用手搖絞車，以便于操縱。（14）其他附屬設備

如各種倒鏈葫蘆、花籃螺栓、鋼絲卡子（鋼絲軋頭）、千斤繩等。纜索吊裝設備的形式及規(guī)格都非常多，必須按照因地制宜的原則，結合各工程的具體情況合理地選用，才能取得良好的效果。7.2.3拱肋起吊方法 大跨徑拱橋拱肋構件的脫模起吊一般采用龍門架，小跨徑拱橋拱肋及小型構件可采用三角扒桿、馬凳、吊車等機具進行。三角扒桿如圖(a)構造簡單，移動方便，穩(wěn)定性好。但起吊一次須立即清理場地并移動扒桿，進度較慢。用馬凳起吊拱肋時，可以橫移裝車，進度較快。如圖(b)馬凳可用鋼梁做橫梁、用手動滑車或起重滑輪組起吊。當預制場場地分散時，可用履帶吊機起吊，如圖

(c)或用輪胎式吊機與履帶吊機聯(lián)合起吊裝車，如圖(d).拱肋起吊方法示意圖混凝土的灌注§7.3 根據(jù)鋼管拱肋的截面形式及施工設備，鋼管混凝土的澆筑可采用以下兩種澆筑方法：人工澆筑法泵送頂升澆筑法人工澆筑法 這種方法是用索道吊點懸吊活動平臺，在鋼管拱肋頂部每隔4m開孔作為,灌注孔和振搗孔?；炷劣傻醵愤\至拱肋灌注孔，混凝土由人工鏟進，插入式和附著式振搗器振搗。所以人工澆筑法一般使用在拱肋截面為單管、啞鈴形等實體形鋼管拱肋。澆筑程序對于啞鈴形一般先腹板、后下管、再上管。 加載順序從拱腳向拱頂，按對稱、均衡的原則進行，并可通過嚴格控制拱頂上升及墩頂位移來調整澆筑順序，以使施工中鋼管拱肋的應力不超過規(guī)定值，并保證拱肋的穩(wěn)定性。但應盡量采用泵送頂升澆筑法以保證質量。泵送頂升澆筑法 這種方法適用于桁架式鋼管拱肋內混凝土的澆筑，也可用于單管、啞鈴形等實體形拱肋截面的混凝土澆筑。一般輸送泵設于兩岸拱腳，對稱均衡地一次壓注混凝土。在鋼管上應每隔一定距離開設氣孔，以減小管內空氣壓力。泵送混凝土之前，應先用壓力水沖洗鋼管內壁，再用水泥砂漿通過，然后連續(xù)泵送混凝土。 灌注混凝土的配合比除滿足強度指標外，尚應注意混凝土坍落度的選擇。對于泵送頂升澆灌法粗集料粒徑可采用0.5～3cm，水灰比不大于0.45，坍落度不小于15cm；對于吊斗澆搗法粗集料粒徑可采用1～4cm。為滿足上述坍落度的要求，應摻入適量減水劑，為減少收縮量，可摻入適量的混凝土微膨脹劑。澆筑混凝土注意事項 鋼管混凝土填充的密實度是保證鋼管混凝土拱橋承載能力的關鍵問題。鋼管內混凝土是否灌滿，混凝土收縮后與鋼管壁形成空隙往往是問題所在。質量檢測辦法以超聲波檢測為主，人工敲擊為輔。當然，采用小鐵錘敲擊鋼管聽聲音的方法是十分簡單和有效的。通過檢測，有空隙部位必須進行鉆孔壓漿補強。施工中除應按設計要求進行外，還應注意以下幾點：每根鋼管的混凝土須由拱腳至拱頂一次連續(xù)澆筑完成，不得中斷，且澆筑完成時間不宜超過第一盤入管混凝土的初凝時間。當鋼管直徑較大，混凝土初凝時間內不能澆完一根鋼管時，可設隔板把鋼管分為3段或5段、分段灌注。隔板鋼板厚度應大于1.5倍鋼管壁厚。下一段開口應緊靠隔板，使兩段混凝土通過隔板嚴密結合。隔板周邊應與鋼管內壁焊接。澆筑入口應設在澆筑段根部，應從兩拱腳向拱頂對稱澆筑。用頂升法澆筑時，嚴禁從中部或頂部拋灌。澆筑混凝土的前進方向，應每隔30m左右設一個排氣孔，有助于排出空氣，提高管內混凝土的密實度。桁式鋼管拱肋混凝土的澆筑順序，一般為先下管、后上管或上、下管和相鄰管的混凝土澆筑按一定程序交錯進行或按設計要求進行。澆筑時環(huán)境氣溫應大于5度，當環(huán)境氣溫高于40度，鋼管溫度高于60度時，應采取措施，降低鋼管溫度。因澆筑管道較小，要求混凝土有較高的和易性，為減小混凝土凝結時收縮，施工時應加入適量的減水劑和微膨脹劑，并注意振搗密實。管內混凝土的配合比及外摻劑等，應通過設計、試驗來確定，施工中須嚴格管理，以確保鋼管混凝土的質量。大跨徑鋼管混凝土拱橋的澆筑 大跨徑鋼管混凝土拱橋，混凝土可以分環(huán)或分段澆注，灌注時應從拱腳向拱頂對稱進行。大跨徑拱肋灌注混凝土時應對拱肋變形和應力進行觀測，并在拱頂附近配置壓重!以保證施工安全。轉體施工—平轉、豎轉§7.4將拱圈分為兩個半拱，在橋頭將基肋預先拼裝或灌筑，然后旋轉就位后合攏，可分為平轉和立轉二種方式。7.4.1轉體法施工橋梁的特點 結構合理，受力明確，節(jié)省施工用料，減少安裝架設工序，變復雜的、技術性強的水上高空作業(yè)為岸邊陸上作業(yè)，施工速度快，不但施工安全，質量可靠，而且不影響通航，減少施工費用和機具設備，造價低。轉體施工是具有良好技術經(jīng)濟效益的拱橋施工方法之一。7.4.2平轉施工 平面轉體施工就是按照拱橋設計標高在岸邊預制半拱，當結構混凝土達到設計強度后，借助設置于橋臺底部的轉動設備和動力裝置在水平面內將其轉動至橋位中線處合龍成拱。由于是平面轉動，因此，半拱的預制標高要準確。 平面轉體通常需要在岸邊適當位置先做模架，模架可以是簡單支架，也可做成土牛胎模。根據(jù)是否采用平衡塊來防止轉體過程中的傾覆可分為平衡重轉體和無平衡重轉體。

有平衡重轉體

有平衡重轉體以橋臺背墻作為平衡和拱體轉體用拉桿（或拉索）的錨碇反力墻，通過平衡重穩(wěn)定轉動體系和調整其重心位置。平衡重大小由轉動體的質量大小決定。由于平衡重過大不經(jīng)濟，也增加轉體困難，所以，采用本法施工的拱橋跨徑不宜過大，一般適用于跨徑100m以內的整體轉體。

有平衡重轉體

有平衡重轉體施工的轉動體系一般包括底盤、上轉盤、錨扣系統(tǒng)、背墻、拱體結構、拉桿（拉索）等部分。 有平衡重轉體的 施工示意圖 有平衡重轉體的 轉動體系構造

無平衡重轉體

無平衡重轉體是以兩岸山體巖石錨洞作為錨碇來錨固半跨拱橋懸臂狀態(tài)平衡時所產(chǎn)生的水平拉力，借助拱腳處立柱下端轉盤和上端轉軸使拱體作平面轉動。由于取消了平衡重，可大大減輕轉動體系質量和圬工數(shù)量。本法適用于地質條件好的V形河床上的大跨徑拱橋轉體施工。

無平衡重轉體

因無平衡重轉體施工是把有平衡重轉體施工中的拱圈扣索錨在兩岸巖體中，從而節(jié)省龐大的平衡重。錨碇拉力是由尾索預加應力給橋面板（或軸向、斜向平衡），以壓力形式儲備，橋面板的壓力隨著拱體所處方位不同而不同。無平衡重轉體施工體系包括錨固體系、轉動體系、位控體系。

錨固體系

它由錨碇、尾索、平撐、錨梁（或錨塊）及立柱組成。錨碇設在巖體中，錨梁(或錨塊)支承于立柱上，兩個方向的平撐及尾索形成三角形穩(wěn)定體，使錨塊和上轉軸為一確定的固定點，無論拱體處于哪個方位，其扣索力均與錨固體系平衡。

轉動體系

轉動體系則由上下轉動構造、拱體及扣索組成。

位控體系

為有效控制拱體在轉動過程中的轉動速度和位置，常由系在拱體頂端扣點的浪風索與無級調速自控卷揚機、光電測角裝置、控制臺組成位控系統(tǒng)。7.4.3立轉施工 施工示意圖將橋分為兩個半拱，分別在兩岸簡易支架上灌筑，待混凝土結硬后，在半拱兩端拉一鋼索為臨時系桿以承受推力，然后借復式滑車和鋼絲使兩個半拱在立面上旋轉合攏。問題：跨徑增大后拱徑過長，豎向轉動不易控制，只適合于中小跨徑。豎轉脫架

豎轉的拉索索力在脫架時最大，因為此時拉索的水平角最小，產(chǎn)生的豎向分力也最小，而且拱肋要實現(xiàn)從多跨支承于拱架上的連續(xù)曲梁轉化為鉸支承和扣點處索支承的曲梁，脫架時要完成結構自身的變形與受力的轉化。為使豎轉脫架順利，有時需在提升索點安置助升千斤頂。注意問題 在豎轉過程中，主要考慮索塔的受力和拱肋的受力，尤其是風力的作用。在施工工藝上，豎轉鉸的構造與安裝精度，索鞍與牽轉動力裝置，索塔和錨固系統(tǒng)是保證豎轉質量、轉動順利和安全的關鍵所在。

轉動機構的構造與布置§7.5有平衡重轉體 有平衡重轉體施工的特點是轉體重量大，施工的關鍵是轉體。要把數(shù)百噸重的轉動體系順利、穩(wěn)妥地轉到設計位置，主要依靠以下兩項措施實現(xiàn)：正確的轉體設計；制作靈活可靠的轉體裝置，并布設牽引驅動系統(tǒng)。 目前國內使用的轉體裝置有兩種，都是通過轉體實踐考驗，行之有效的。第一種是以四氟乙烯作為滑板的環(huán)道承重轉體，第二種是以球面轉軸支承輔以滾輪的軸心承重轉體。無平衡重轉體 無平衡重轉體施工轉運體系由上轉動構造、下轉動構造、拱體及扣索組成。上轉動構造由埋入錨梁（或錨塊）中的軸套、轉軸和環(huán)套組成，扣索一端與環(huán)套連接，一端與拱體頂端連接，轉軸在軸套與環(huán)套間均可轉動。轉動的動力§7.6有平衡重轉體 有平衡重轉體以橋臺背墻作為平衡和拱體轉體用拉桿（或拉索）的錨碇反力墻，通過平衡重穩(wěn)定轉動體系和調整其重心位置。無平衡重轉體 無平衡重轉體是以兩岸山體巖石錨洞作為錨碇來錨固半跨拱橋懸臂狀態(tài)平衡時所產(chǎn)生的水平拉力，借助拱腳處立柱下端轉盤和上端轉軸使拱體作平面轉動。斜拉扣掛施工法§7.7 鋼管混凝土拱橋的施工程序為：鋼管的加工，鋼管拱的制作、拼裝，鋼管拱肋段安裝，鋼管混凝土灌注，后期施工。大跨度鋼管混凝土拱橋的建設，目前主要采用纜索吊裝-----斜拉扣掛施工法。

千斤頂斜拉扣掛法拱肋懸拼合攏基本程序

勁性在地面制作供肋段

勁性纜索起重機或其他機具把拱肋段吊至跨間用鋼絞線或高強鋼絲把拱肋段扣掛在設計位置，用千斤頂在錨錠上施力收緊或放松最后一段縮短30—50cm制作，吊運就位后，根據(jù)實際間隙制作特殊連接件并完成固結

如全跨只有一條肋，則放松并摘除扣索即完成了懸拼合龍全部工序。有兩條及兩條以上供肋時，每條肋重復上述1)一5)步，待所有拱肋懸拼合龍完成后，分次、對稱放松所有扣索，即完成了全跨拱肋的懸拼合龍工作。第一段拱肋與拱座鉸接，以后每扣掛一段立即與前段固結

千斤頂斜拉扣掛懸拼架設法的優(yōu)點

采用千斤頂張拉系統(tǒng)對斜拉索加卸拉力、收放索長，具有張拉能力大，行程控制精度高，索力調整靈活，錨固可靠等優(yōu)點

采用高強度、承載力大、延伸量小、變形穩(wěn)定的鋼絞線作為斜拉索，減少了架設過程中不穩(wěn)定的索的非彈性變形可以淮確地計算懸拼架設過程中各施工階段的索力、延伸量以及由此而產(chǎn)生的大段接頭預拾高量，作為施工適時控制的依據(jù)

斜拉扣掛體系自成系統(tǒng)，不受纜索吊裝系統(tǒng)干擾塔扣一體化施工技術§7.8塔架和扣架一體化設計的提出

隨著拱橋結構跨徑的增大(主拱截面幾何尺寸變大)，纜索吊裝重量也相應增加；大跨度拱橋主拱失高一般較大，主拱的吊裝高度亦很高，尤其是中承式和下承式拱橋。因此，對于纜索系統(tǒng)(包括主索塔架)和扣索系統(tǒng)(包括扣索塔架)的強度、剛度及穩(wěn)定性的要求越來越高。

為了增加大橋合攏前期主拱拱肋節(jié)段的穩(wěn)定性和拱軸線形調空的方便，確保整個主拱吊裝中的安全，工程施工中通常將主索塔架和扣索塔架分開布置，使纜索系統(tǒng)與扣索系統(tǒng)獨立工作。顯然，構造功能基本相同的兩組塔架結構，無形中大大增加了設備的投入和工程量，加大了工程造價，延長了施工周期。

有時還往往受到地形條件的限制，使塔架難于布置或無法布置。將塔架和扣架結構結合合二為一，作整體性結構設計(簡稱“吊裝塔”)，具有極大的現(xiàn)實意義。塔架和扣架一體化設計，正是為了解決上述弊端而提出的科學可行、經(jīng)濟合理的施工方案。

塔扣一體化施工技術總體方案簡述

纜索吊扣一體化施工體系包括纜索吊裝系統(tǒng)、斜拉扣定系統(tǒng)、吊扣合一塔架、穩(wěn)定風纜系統(tǒng)四部分。 斜拉扣定系統(tǒng)鋼管拱采用雙肋雙扣雙吊安裝工藝，扣索系統(tǒng)分上下游兩組。由于鋼管拱是空中之間焊接安裝，扣索只設計成兩岸對稱各3種斜拉索，鋼鉸線斜拉扣定系統(tǒng)由扣點前錨系，鋼鉸線斜拉索扣索索鞍系統(tǒng)后錨張拉調索系統(tǒng)組成。 扣點前錨系統(tǒng)構造：兩束扣索分別沿單肋兩側斜拉扣定，扣點挑梁由型鋼加勁構成。挑梁兩端扣點處開設錨孔，扣索穿過孔后利用索端具錨定在挑梁上。扣點前兩端扣點前錨系統(tǒng)設計控制噸位為單束索力80噸。跳梁連接在桁式拱肋的節(jié)點附近。三角形鋼板用來調節(jié)前錨板傾角，保證P型錨具垂直承受扣索拉力。扣點挑梁與鋼管拱用1塊內徑為900mm的弧形鋼墊板和5塊厚20mm的三角形連接板焊接連接。貴州六圭河大橋鋼筋混凝土箱拱的斜拉扣掛法安裝§7.9前錨系統(tǒng)。前錨部分扣索角度及布置見上圖，扣索前錨點采用HVM15（P）-6錨具錨固于拱箱內扣索系統(tǒng)?？鬯鞑捎忙?5.24、ASTM416-98鋼絞線，并通過HVM15L-6連接器將扣索與錨固于拱箱端部的鋼絞線相連接?？鬯魍ㄟ^索鞍轉向進入后錨系統(tǒng)，通過千斤頂張拉錨固。斜拉扣掛系統(tǒng)后錨系統(tǒng)。N1-N4扣索錨于0#臺上，詳見附圖15。N5-N10扣索錨于左岸主地錨上，N11-N15扣索錨于右岸主地錨上，N16-N20扣索錨于右岸扣索錨上。斜拉扣掛系統(tǒng)張拉系統(tǒng)。張拉系統(tǒng)由張拉千斤頂，電動油泵及工作夾片錨等組成。拱箱的標高和扣索的索力調整是通過千斤頂張拉和放松鋼絞線來調整的,因此要求張拉系統(tǒng)錨固牢靠,張拉和放松操作方便。為此我們選擇兩臺YDC260Q穿心前卡式單根張拉千斤頂，其工作參數(shù)見YDCQ型千斤頂技術參數(shù)表。鋼絞線的錨固采用防松式的單孔工作夾片錨，可防止夾片滑出，錨固牢靠。斜拉扣掛系統(tǒng)

在張拉和索力調整前需對張拉千斤頂和配套油泵進行標定，標定應由有相應資質證書的專業(yè)計量單位進行。標定數(shù)據(jù)按數(shù)處理統(tǒng)計方法，得出調索控制的直線公式，在調索前，應將設計張拉噸位對應的油表參數(shù)依據(jù)得出的直接公式確定，以便調索時