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1、,第七章 拱桥的无支架施工,7.1 概述,7.5 转动机构的构造与布置,7.3 混凝土的灌注,7.4 转体施工平转、竖转,7.7 斜拉扣挂施工法,7.6 转动的动力,7.8 塔扣一体化施工技术,7.2 吊装吊装设备,7.9 贵州六圭河大桥钢筋混凝土箱拱的扣挂法安装,7.10 拉西瓦黄河大桥钢管混凝土拱桥的扣挂法安装,在峡谷或水深流急的河段上，或在通航河流上需要满足船只的顺利通行，或在洪水季节施工并受漂流物影响等条件下修建拱桥，以及采用有支架施工将会遇到很大困难或很不经济时，就宜考虑采用无支架施工。无支架施工包括转体施工、缆索吊装施工。它是一种风险很大的施工方法。,拱箱(肋)在河滩或桥头岸边预制
2、或预拼,将预制块移运到缆索下，由缆索上的起重小车起吊送至桥位安装,自一桥孔的两端向中间对称进行吊装，端铰基肋吊装后用扣索临时系住，然后松开吊索，在最后一节构件吊装就位并将各接头位置调整到规定标高后，才能放松吊索并将各个接头合拢，最后将所有的扣索撤去。,拱上建筑施工,桥面结构施工,塔架：立于桥台上或桥头高地，四面用风缆固定，支撑主索,主索：起重小车的轨索，用数根粗钢索组成,牵引索：牵引起重小车，使其能沿主索移动,起重索：用于起重小车的动滑轮组升降,风缆：固定塔架或基肋,主索常采用纤维芯钢绳。其直径、型号和根数可根据索塔距离（主索跨度）、起吊重、设计垂度（通常为 L/15，L为主索跨度）计算出主索
3、所能承受的拉力。比如缆索设备的主索吊装30t重的拱肋时可采用一组4根直径47.5纤维芯钢丝绳。,主索一般用事先架好的工作索来安装。工作索直径较小，安装拉力不大，可依靠更细的钢丝绳或麻绳引导过河。为防止主索因自重下坠入水，增加拖拉阻力，须设置后捎绳，将主索后端拉紧，随着主索牵引前进，徐徐放松后捎绳。,理论上，增加钢丝绳根数可增大主索起吊重量。但实际使用时必须考虑每根钢丝之间受力分配的均匀性，并采取一定的措施。目前较好的办法是使多根主索联通联动。缆索的安装垂度应符合设计要求，若小于设计值，则地锚、索塔、主索等重要部件会超载或严重超载，这是十分危险的。相反，若缆索安装垂度大于设计值，则会引起工作垂度
4、过大，增大了构件吊运上下坡的坡度，影响构件安装工作的顺利进行。,起重索套绕于天线滑车组，用于起吊构件，起重索承受吊重拉力，宜选用柔软耐磨、不易打结的钢丝绳。,牵引天线滑车（跑车）沿主索前后移动，宜选用柔性好的钢丝绳。,暂时固定分段拱肋所用的钢丝索称为扣索。扣索用绞车或链滑车收紧，用拉紧器（花篮螺丝）微调。扣索分墩扣、塔扣、天扣、通扣等几种形式。用作扣索的钢丝绳可采用与起重索或牵引索相同的类型。其直径大小按计算所受拉力大小确定。,安全索是一种辅助索，它不与主索发生联系。一般可在主索之间设12根类型与起重索相同的钢丝索作安全索，其直径可小于主索。安全索也可作工作索用。,风缆又称缆风索、浪风索，用于
5、稳定塔架（包括索架和墩上排架），调整和固定拱肋的位置。风缆采用钢丝绳类型与牵引索、扣索相同。其直径大小按计算所受拉力大小确定。,若缆索吊装系统只设置一道主索，则预制构件需要通过横移索来实现横向移动就位。横移索的方向应尽可能与预制构件的轴线相垂直。横移索的直径大小、钢丝绳类型可与风缆相同。,跑车是在主索上运行和起吊重物的装置，可采用定型滑车，也可根据吊重的实际情况自行加工。跑车大都由跑车轮、起重滑轮组和牵引系统三部分组成。,塔架由塔身、塔顶、塔底和索鞍等几个主要部分组成。塔身常用型钢或万能杆件组拼而成，也可以用装配式公路钢桥桁节片（贝雷）等构件拼装而成。对个别小跨径桥也可采用木塔架。,塔架顶部应
6、设索鞍。主索通过索鞍时，要求索鞍半径 R大于12倍钢索直径 或300倍钢丝直径。见索鞍示意图.,塔架基础一般采用浆砌片石或片石混凝土。塔底有铰接和固接两种形式。底座设铰的塔架必须依靠风缆维持稳定。有的工地则于塔架下端设球面或平面与垫木平面接触的自由铰。缆索架桥设备的塔底是在分片拼装的锥形塔脚节下设筒形铰支座。见简易塔脚铰构造。有些塔架脚底固定在基础混凝土中，或预埋螺栓与塔固接。这种形式的塔底可以承受弯矩，但塔架的稳定仍需用风缆帮助。,锚碇为固定主索、起重索、扣索、铰磨、绞车、缆风绳、溜绳、导向滑车、各式扒杆、绳索吊机等不可缺少的设备。重要的锚碇应进行专门设计计算，在正式使用前进行试拉。锚碇的种
7、类按构造形式可分为地垅、钢筋锚环、水中锚旋和其他锚固点等。如一种简易锚碇,电动卷扬机及手摇绞车为牵引、起吊的动力装置。电动卷扬机速度快，但不易控制，一般多用于起重索和牵引索。对于要求精细调整钢索的部位，多采用手摇绞车，以便于操纵。,如各种倒链葫芦、花篮螺栓、钢丝卡子（钢丝轧头）、千斤绳等。缆索吊装设备的形式及规格都非常多，必须按照因地制宜的原则，结合各工程的具体情况合理地选用，才能取得良好的效果。,大跨径拱桥拱肋构件的脱模起吊一般采用龙门架，小跨径拱桥拱肋及小型构件可采用三角扒杆、马凳、吊车等机具进行。三角扒杆如图(a)构造简单，移动方便，稳定性好。但起吊一次须立即清理场地并移动扒杆，进度较慢
8、。用马凳起吊拱肋时，可以横移装车，进度较快。如图(b)马凳可用钢梁做横梁、用手动滑车或起重滑轮组起吊。当预制场场地分散时，可用履带吊机起吊，如图(c)或用轮胎式吊机与履带吊机联合起吊装车，如图(d).拱肋起吊方法示意图,根据钢管拱肋的截面形式及施工设备，钢管混凝土的浇筑可采用以下两种浇筑方法：,人工浇筑法,泵送顶升浇筑法,这种方法是用索道吊点悬吊活动平台，在钢管拱肋顶部每隔4m 开孔作为,灌注孔和振捣孔。混凝土由吊斗运至拱肋灌注孔，混凝土由人工铲进，插入式和附着式振捣器振捣。所以人工浇筑法一般使用在拱肋截面为单管、哑铃形等实体形钢管拱肋。浇筑程序对于哑铃形一般先腹板、后下管、再上管。,加载顺序
9、从拱脚向拱顶，按对称、均衡的原则进行，并可通过严格控制拱顶上升及墩顶位移来调整浇筑顺序，以使施工中钢管拱肋的应力不超过规定值，并保证拱肋的稳定性。但应尽量采用泵送顶升浇筑法以保证质量。,这种方法适用于桁架式钢管拱肋内混凝土的浇筑，也可用于单管、哑铃形等实体形拱肋截面的混凝土浇筑。一般输送泵设于两岸拱脚，对称均衡地一次压注混凝土。在钢管上应每隔一定距离开设气孔，以减小管内空气压力。泵送混凝土之前，应先用压力水冲洗钢管内壁，再用水泥砂浆通过，然后连续泵送混凝土。,灌注混凝土的配合比除满足强度指标外，尚应注意混凝土坍落度的选择。对于泵送顶升浇灌法粗集料粒径可采用0.53cm，水灰比不大于0.45，坍
10、落度不小于15cm；对于吊斗浇捣法粗集料粒径可采用14cm。为满足上述坍落度的要求，应掺入适量减水剂，为减少收缩量，可掺入适量的混凝土微膨胀剂。,钢管混凝土填充的密实度是保证钢管混凝土拱桥承载能力的关键问题。钢管内混凝土是否灌满，混凝土收缩后与钢管壁形成空隙往往是问题所在。质量检测办法以超声波检测为主，人工敲击为辅。当然，采用小铁锤敲击钢管听声音的方法是十分简单和有效的。通过检测，有空隙部位必须进行钻孔压浆补强。施工中除应按设计要求进行外，还应注意以下几点：,每根钢管的混凝土须由拱脚至拱顶一次连续浇筑完成，不得中断，且浇筑完成时间不宜超过第一盘入管混凝土的初凝时间。当钢管直径较大，混凝土初凝时
11、间内不能浇完一根钢管时，可设隔板把钢管分为3段或5段、分段灌注。隔板钢板厚度应大于1.5 倍钢管壁厚。下一段开口应紧靠隔板，使两段混凝土通过隔板严密结合。隔板周边应与钢管内壁焊接。,浇筑入口应设在浇筑段根部，应从两拱脚向拱顶对称浇筑。用顶升法浇筑时，严禁从中部或顶部抛灌。,浇筑混凝土的前进方向，应每隔30m 左右设一个排气孔，有助于排出空气，提高管内混凝土的密实度。,桁式钢管拱肋混凝土的浇筑顺序，一般为先下管、后上管或上、下管和相邻管的混凝土浇筑按一定程序交错进行或按设计要求进行。,浇筑时环境气温应大于5度，当环境气温高于40 度，钢管温度高于60度 时，应采取措施，降低钢管温度。,因浇筑管道
12、较小，要求混凝土有较高的和易性，为减小混凝土凝结时收缩，施工时应加入适量的减水剂和微膨胀剂，并注意振捣密实。,管内混凝土的配合比及外掺剂等，应通过设计、试验来确定，施工中须严格管理，以确保钢管混凝土的质量。,大跨径钢管混凝土拱桥，混凝土可以分环或分段浇注，灌注时应从拱脚向拱顶对称进行。大跨径拱肋灌注混凝土时应对拱肋变形和应力进行观测，并在拱顶附近配置压重!以保证施工安全。,将拱圈分为两个半拱，在桥头将基肋预先拼装或灌筑，然后旋转就位后合拢，可分为平转和立转二种方式。,结构合理，受力明确，节省施工用料，减少安装架设工序，变复杂的、技术性强的水上高空作业为岸边陆上作业，施工速度快，不但施工安全，质
13、量可靠，而且不影响通航，减少施工费用和机具设备，造价低。转体施工是具有良好技术经济效益的拱桥施工方法之一。,平面转体施工就是按照拱桥设计标高在岸边预制半拱，当结构混凝土达到设计强度后，借助设置于桥台底部的转动设备和动力装置在水平面内将其转动至桥位中线处合龙成拱。由于是平面转动，因此，半拱的预制标高要准确。,平面转体通常需要在岸边适当位置先做模架，模架可以是简单支架，也可做成土牛胎模。根据是否采用平衡块来防止转体过程中的倾覆可分为平衡重转体和无平衡重转体。,有平衡重转体以桥台背墙作为平衡和拱体转体用拉杆（或拉索）的锚碇反力墙，通过平衡重稳定转动体系和调整其重心位置。平衡重大小由转动体的质量大小决
14、定。由于平衡重过大不经济，也增加转体困难，所以，采用本法施工的拱桥跨径不宜过大，一般适用于跨径100m以内的整体转体。,有平衡重转体施工的转动体系一般包括底盘、上转盘、锚扣系统、背墙、拱体结构、拉杆（拉索）等部分。,有平衡重转体的施工示意图,有平衡重转体的转动体系构造,无平衡重转体是以两岸山体岩石锚洞作为锚碇来锚固半跨拱桥悬臂状态平衡时所产生的水平拉力，借助拱脚处立柱下端转盘和上端转轴使拱体作平面转动。由于取消了平衡重，可大大减轻转动体系质量和圬工数量。本法适用于地质条件好的V形河床上的大跨径拱桥转体施工。,因无平衡重转体施工是把有平衡重转体施工中的拱圈扣索锚在两岸岩体中，从而节省庞大的平衡重
15、。锚碇拉力是由尾索预加应力给桥面板（或轴向、斜向平衡），以压力形式储备，桥面板的压力随着拱体所处方位不同而不同。无平衡重转体施工体系包括锚固体系、转动体系、位控体系。,它由锚碇、尾索、平撑、锚梁（或锚块）及立柱组成。锚碇设在岩体中，锚梁(或锚块)支承于立柱上，两个方向的平撑及尾索形成三角形稳定体，使锚块和上转轴为一确定的固定点，无论拱体处于哪个方位，其扣索力均与锚固体系平衡。,转动体系则由上下转动构造、拱体及扣索组成。,为有效控制拱体在转动过程中的转动速度和位置，常由系在拱体顶端扣点的浪风索与无级调速自控卷扬机、光电测角装置、控制台组成位控系统。,将桥分为两个半拱，分别在两岸简易支架上灌筑，待
16、混凝土结硬后，在半拱两端拉一钢索为临时系杆以承受推力，然后借复式滑车和钢丝使两个半拱在立面上旋转合拢。,问题：跨径增大后拱径过长，竖向转动不易控制，只适合于中小跨径。,竖转的拉索索力在脱架时最大，因为此时拉索的水平角最小，产生的竖向分力也最小，而且拱肋要实现从多跨支承于拱架上的连续曲梁转化为铰支承和扣点处索支承的曲梁，脱架时要完成结构自身的变形与受力的转化。为使竖转脱架顺利，有时需在提升索点安置助升千斤顶。,在竖转过程中，主要考虑索塔的受力和拱肋的受力，尤其是风力的作用。在施工工艺上，竖转铰的构造与安装精度，索鞍与牵转动力装置，索塔和锚固系统是保证竖转质量、转动顺利和安全的关键所在。,有平衡重
17、转体施工的特点是转体重量大，施工的关键是转体。要把数百吨重的转动体系顺利、稳妥地转到设计位置，主要依靠以下两项措施实现：正确的转体设计；制作灵活可靠的转体装置，并布设牵引驱动系统。,目前国内使用的转体装置有两种，都是通过转体实践考验，行之有效的。第一种是以四氟乙烯作为滑板的环道承重转体，第二种是以球面转轴支承辅以滚轮的轴心承重转体。,无平衡重转体施工转运体系由上转动构造、下转动构造、拱体及扣索组成。上转动构造由埋入锚梁（或锚块）中的轴套、转轴和环套组成，扣索一端与环套连接，一端与拱体顶端连接，转轴在轴套与环套间均可转动。,有平衡重转体以桥台背墙作为平衡和拱体转体用拉杆（或拉索）的锚碇反力墙，通
18、过平衡重稳定转动体系和调整其重心位置。,无平衡重转体是以两岸山体岩石锚洞作为锚碇来锚固半跨拱桥悬臂状态平衡时所产生的水平拉力，借助拱脚处立柱下端转盘和上端转轴使拱体作平面转动。,钢管混凝土拱桥的施工程序为：钢管的加工，钢管拱的制作、拼装，钢管拱肋段安装，钢管混凝土灌注，后期施工。大跨度钢管混凝土拱桥的建设，目前主要采用缆索吊装-斜拉扣挂施工法。,劲性在地面制作供肋段,劲性缆索起重机或其他机具把拱肋段吊至跨间,用钢绞线或高强钢丝把拱肋段扣挂在设计位置，用千斤顶在锚锭上施力收紧或放松,最后一段缩短3050cm制作，吊运就位后，根据实际间隙制作特殊连接件并完成固结,如全跨只有一条肋，则放松并摘除扣索
19、即完成了悬拼合龙全部工序。有两条及两条以上供肋时，每条肋重复上述1)一5)步，待所有拱肋悬拼合龙完成后，分次、对称放松所有扣索，即完成了全跨拱肋的悬拼合龙工作。,第一段拱肋与拱座铰接，以后每扣挂一段立即与前段固结,采用千斤顶张拉系统对斜拉索加卸拉力、收放索长，具有张拉能力大，行程控制精度高，索力调整灵活，锚固可靠等优点,采用高强度、承载力大、延伸量小、变形稳定的钢绞线作为斜拉索，减少了架设过程中不稳定的索的非弹性变形,可以淮确地计算悬拼架设过程中各施工阶段的索力、延伸量以及由此而产生的大段接头预拾高量，作为施工适时控制的依据,斜拉扣挂体系自成系统，不受缆索吊装系统干扰,随着拱桥结构跨径的增大(
20、主拱截面几何尺寸变大)，缆索吊装重量也相应增加；大跨度拱桥主拱失高一般较大，主拱的吊装高度亦很高，尤其是中承式和下承式拱桥。因此，对于缆索系统(包括主索塔架)和扣索系统(包括扣索塔架)的强度、刚度及稳定性的要求越来越高。,为了增加大桥合拢前期主拱拱肋节段的稳定性和拱轴线形调空的方便，确保整个主拱吊装中的安全，工程施工中通常将主索塔架和扣索塔架分开布置，使缆索系统与扣索系统独立工作。显然，构造功能基本相同的两组塔架结构，无形中大大增加了设备的投入和工程量，加大了工程造价，延长了施工周期。,有时还往往受到地形条件的限制，使塔架难于布置或无法布置。将塔架和扣架结构结合合二为一，作整体性结构设计(简称
21、“吊装塔”)，具有极大的现实意义。塔架和扣架一体化设计，正是为了解决上述弊端而提出的科学可行、经济合理的施工方案。,缆索吊扣一体化施工体系包括缆索吊装系统、斜拉扣定系统、吊扣合一塔架、稳定风缆系统四部分。,斜拉扣定系统钢管拱采用双肋双扣双吊安装工艺，扣索系统分上下游两组。由于钢管拱是空中之间焊接安装，扣索只设计成两岸对称各3种斜拉索，钢铰线斜拉扣定系统由扣点前锚系，钢铰线斜拉索扣索索鞍系统后锚张拉调索系统组成。,扣点前锚系统构造：两束扣索分别沿单肋两侧斜拉扣定，扣点挑梁由型钢加劲构成。挑梁两端扣点处开设锚孔，扣索穿过孔后利用索端具锚定在挑梁上。扣点前两端扣点前锚系统设计控制吨位为单束索力80吨
22、。跳梁连接在桁式拱肋的节点附近。三角形钢板用来调节前锚板倾角，保证P型锚具垂直承受扣索拉力。扣点挑梁与钢管拱用1块内径为900mm的弧形钢垫板和5块厚20mm的三角形连接板焊接连接。,前锚系统。前锚部分扣索角度及布置见上图，扣索前锚点采用HVM15（P）-6锚具锚固于拱箱内,扣索系统。扣索采用15.24、ASTM416-98钢绞线，并通过HVM15L-6连接器将扣索与锚固于拱箱端部的钢绞线相连接。扣索通过索鞍转向进入后锚系统，通过千斤顶张拉锚固。,后锚系统。N1-N4扣索锚于0#台上，详见附图15。N5-N10扣索锚于左岸主地锚上，N11-N15扣索锚于右岸主地锚上，N16-N20扣索锚于右岸
23、扣索锚上。,张拉系统。张拉系统由张拉千斤顶，电动油泵及工作夹片锚等组成。拱箱的标高和扣索的索力调整是通过千斤顶张拉和放松钢绞线来调整的,因此要求张拉系统锚固牢靠,张拉和放松操作方便。为此我们选择两台YDC260Q穿心前卡式单根张拉千斤顶，其工作参数见YDCQ型千斤顶技术参数表。钢绞线的锚固采用防松式的单孔工作夹片锚，可防止夹片滑出，锚固牢靠。,在张拉和索力调整前需对张拉千斤顶和配套油泵进行标定，标定应由有相应资质证书的专业计量单位进行。标定数据按数处理统计方法，得出调索控制的直线公式，在调索前，应将设计张拉吨位对应的油表参数依据得出的直接公式确定，以便调索时可以直接使用。,计算各级调整油压值,
24、做好索力检测和其它观测的准备工作,将张拉工具、设备就位,按预定级次的相应张拉力，通过电动油泵进油或回油逐级调整索力,在索力调整过程中，应以检测、校核数据配合油表参数其同控制张拉力，并通过拱肋线形测试数据进行监控。,对千斤顶和油泵进行编号，以免标定结果用错,索力调整应由专业人员进行。,索力张拉前应将锚头和锚固锚环配对并检查其质量。,索力调整过程中，必须同时进行拱箱和索塔变位观测并与设计变位值校核。超过设计规定范围或出现其他不正常情况时，应停工检查原因，并与设计监控单位研讨，采用适当方法进行修正。,调索过程中要密切注意油泵的压力表值，如遇压力突升应及时关机，查明原因并解决后才能继续工作；在调索过程
25、中，以线型调整为主，并将测定的各阶段索力与理论计算值相比较，发现问题及时处理。,拉西瓦水电站黄河大桥主桥为三肋上承式钢管混凝土拱桥，主拱肋采用无支架缆索吊装，拱肋纵向分成9段，最大长度21m，最大吊装重350KN。,拱肋吊装前，将中间拱肋与下游拱肋在工地拼装成双肋的空间结构，先行吊装，待其合龙后，再吊装第3片拱肋。钢管内混凝土采用泵送压注施工，分3次由顶管、底管及腹腔从两拱脚至拱顶对称均衡压注完成，后次压注混凝土需待前次压注的混凝土达到设计要求的强度后方可进行。,缆索吊设计时考虑到场地及施工费用等因素使主索塔架和扣索塔架成为一体，即塔、扣架一体化；塔架为门式结构，设中间和顶部2道横梁，主索的索鞍，三、四拱段扣索索鞍置于顶横梁上，一、二拱段扣索索鞍置于中部横梁上，每个单拱肋按施工设计使用2根ASTMA416-90标准的1860级高强低松弛钢绞线作为扣索。,塔架采用万能杆件拼装，塔高根据地形及吊装高度的要求为32m，主索下垂控制在L2013m以内，缆索吊的起重及牵引动力均为8t卷扬机。,
