双江口绰斯甲河大桥吊装施工

魏 勇,蒙凡身,王建华

(中国水利水电第三工程局有限公司四川分局,成都,610225)

1 工程概况

双江口水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州马尔康县、金川县境内,是大渡河流域水电梯级开发的上游控制性水库。坝址位于大渡河上源河流足木足河与绰斯甲河汇合口以下约 2km处,距马尔康县城约 46km,距金川县城约 45km,经马尔康至成都的公路距离约 420km。工程区内有G317国道经过坝址上游约 3km的红旗桥,S211省道贯穿坝址区,对外交通方便。

绰斯甲河特大桥是大渡河双江口水电站的前期建设项目,是右岸低线公路上连接绰斯甲河左右岸交通的枢纽工程,其主要作用是保证双江口电站施工期间的物质、设备运输及省道 S211改线的需要。大桥全长 151m,属特大桥,桥面宽度12.5m,布置为 0.5m(防撞护栏)+11.5m(桥面)+0.5m(防撞护栏)。桥梁主跨为 110m的钢筋混凝土悬链线箱形无铰拱,拱箱分七节段预制,共布置七肋,净矢跨比 f/m=1/5,拱轴系数 m=1.347。全桥 49片拱型箱梁,单片最大重量52.1t。该桥设计荷载:汽车 -80级,挂车 -120级验算,人群荷载 -3.5kN/m2。该桥为临时桥梁,设计年限仅为 10年,届时将被拆除。

2 吊装方案的选择

绰斯甲河大桥拱箱吊装的施工方案有两个,一是左岸利用山坡地形采用无塔架,右岸设一座高为 35m塔架的缆索吊装方案。具体作法是在左岸山坡设主地锚 1个、左岸扣索地锚 2个,右岸山坡设主地锚 3个、右岸扣索地锚 5个;塔架设在右岸桥台起拱点约 15m处,高程为 2313.15m,主地锚设置在左右岸桥台以上 35m,主索道的跨度为 202.8m。二是根据两岸的地形特点,进行实地测设,采用无支架缆索吊装系统进行拱箱吊装。作法是在满足拱箱吊装净空的前提下,现场勘查后选择在高于桥面高程约 50m的两岸山坡上选址,进行缆索吊装系统的主地锚施工。

经反复论证,本桥采用无支架缆索吊装施工方案。缆索系统基本参数:吊装最大跨度 L=311.444m,吊装最大净重 Q=52.1t,主索最大垂度 fm=23.358m,起拱线标高 H=2286.547m,拱圈顶面高程 H=2310.996m,主索最低点高程 H=2342.965m,主 索 支 放 墩 高 程 为 H左=2364.837m,H右=2366.563m。

图 1 吊装缆索总体布置示意(单位:m)

3 扣索、缆风地锚的布置

左岸一组扣索地锚设在 3#桥台后的完整路基上,右岸一组扣索地锚布置在 1#桥台后沿,两岸各布置 3个扣索地锚,使得每一箱拱箱基本正扣,地锚采用混凝土浇筑;二组和三组扣索通过主索支放墩及主地锚预留扣索管道,分别锚固在两岸主地锚横梁上。

上、下游缆风相对于桥轴线尽量对称,与拱箱弯曲平面夹角大于 55°,与桥轴线水平夹角不小于 45°。缆风索地锚一般受力不大,采用混凝土浇筑或利用现场完整基岩锚固。

图 2 上、下游缆风布置示意

4 缆索吊装设计

主索:设置 10根吊装主索(φ45mm钢丝绳),其中 8根为吊装主索,2根为施工主索。主索跨度为 311.44m,拱箱最大重量 52.1t,吊重后主索最大垂度为 23.358m,空索安装初始垂度为18.672m。每根钢丝绳最大拉力 34.52t,计算时取主索安全系数为 3,主索应力验算安全系数大于2。

起重索:采用 6×37-1700-φ19.5mm的钢丝绳,分前后两个吊点,每个吊点 16线,用主索上的行车滑轮与吊点动力滑轮(10门滑车)组穿而成。采用卷扬机起吊,右岸设两台 8t单筒卷扬机,左岸置一台 5t双筒卷扬机,起重索进入卷扬机钢丝绳的单头拉力为 4.1t。

牵引索:拱箱起吊后向右岸移动,用卷扬机牵引,牵引索采用 6×37-1700-φ17.5mm的钢丝绳,布置为“6”线。牵引索在安装左岸第一段拱箱时,距离地锚最近,此时牵引索拉力最大为15.1t,进入卷扬机的单线最大拉力为 3.3t。左右岸各设一台 5t双筒卷扬机。

扣索:选用 ASTMA416-98型 270级低松驰钢铰线作为扣索进行斜拉扣挂,钢铰线直径为15.24mm,抗拉强度 Rby=1860MPa,取 2倍安全系数。计算时从安全角度出发,选取最不利荷载组合作为扣索的控制拉力,锚固点用 150t千斤顶锚固钢铰线调整拱箱标高。

各组扣索最大拉力值:左岸,一组扣索 T1=39.857t,二组扣索 T2=48.433t,三组扣索 T3=69.374t;右岸,一组扣索 T1=38.588t,二组扣索T2=52.226t,三组扣索 T3=80.428t。

两岸拱脚段(第一段)的扣索选用 6根钢铰线,第二段拱箱扣索选用 6根钢铰线;左岸第三段拱箱扣索选用 8根钢铰线,右岸第三段拱箱扣索选用 10根钢铰线。

5 吊装前的检查

预制拱箱检查:检查拱箱接头,拱箱接头超出上下角钢以外的混凝土必须凿除,防止混凝土挤压破坏,影响接头受力;接头连接螺栓孔位是否准确;检查拱箱底板弦长与设计值偏差,并做好书面记录,确定总弦长,以便安装拱箱时加塞钢板调整;检查拱箱上扣索预埋管道上下是否通畅(用钢管试穿)及缆风预留孔尺寸能否满足施工要求;检查拱箱底板观测中线和接头观测标尺是否齐全,位置是否准确。

拱座检查:主要检查拱座的斜度及预埋钢板的位置是否符合设计要求,拱座上超出预埋钢板的混凝土须凿除干净,保证预制拱箱角钢与拱座钢板全面、密实接触。在拱座斜面上用墨线标出每个拱箱的中线,以便安装第一段拱箱时对正。

跨径检查:吊装前,用全站仪检查主跨跨径与设计值偏差,做好记录,以便提前调整。

缆索系统设备检查:要求卷扬机、滑车及主索组合跑车必须运行正常,存在问题必须提前调整。一切运行正常后,进行缆索试吊,将左岸Ⅰ段拱箱移至 1#桥台前桥轴线上,连接主索组合跑车吊点,起重卷扬机慢速收紧起重索,主索开始逐渐加载至拱箱悬空达到设计荷载 100%,然后继续加至设计荷载 130%左右。加载过程中,检查主索、地锚、起重索、滑车及吊具等构件的受力和变形情况。

人员协调性检查:检查人员的施工配合情况并进行分组,要求对吊装工作和缆索设备必须熟悉掌握,灵活应用。

6 拱箱安装

本次吊装为 7节段拱箱吊装,从上游第 1箱开始至下游第 7箱结束,拱箱安装采用单箱合拢方式,为了确保安全,第一箱拱圈设 8钢缆风,每钢缆风采用双线 φ17.5mm的钢丝绳,满足横向稳定的要求,基箱缆风至全部吊装完成才解除。

从右岸拱箱预制场用龙门吊机起吊拱箱,沿轨道前行至 1#桥台前桥轴线位置,用吊装组合跑车竖直起吊拱箱,先吊拱脚段至左岸上游拱座就位,依次吊装左岸第二段、第三段,然后吊装右岸拱脚段、第二段、第三段,最后吊装顶段就位合拢;每就位一段拱箱,调整好标高、轴线,收紧扣索、缆风,解除吊点,进行下一段吊装。由于未采用移动索鞍,拱箱吊装时,需利用侧拉索就位。侧拉索布置成 2线,左右岸各设 2台 5t侧拉卷扬机置于主桥台前,利用转向滑车通过侧拉地锚至吊点位置。吊装拱脚段时,松后吊点使拱脚就位拱座角钢上,然后拉起扣索,利用水准仪观测节头标高,用吊点调整;接近设计标高时,收紧扣索慢慢放松跑车吊点,利用油压千斤顶张拉钢铰线,调整拱箱节头标高;同时用经纬仪观测拱箱轴线,利用对称缆风调整轴线偏差,经纬仪置于两岸主桥台前沿观测拱箱底板轴线。当符合要求时(实际标高比设计标高预抬高 5cm～10cm,轴线偏差在 1cm以内)安装下一段拱箱,程序同前。当前段拱箱扣挂后,会对前面已经扣挂好的拱箱产生影响,因此每安装一段拱箱,前面已扣挂好的节段的扣索索力会有一定变化。

拱顶段就位安装时,缓慢放松起重索,当拱顶段标高比设计值高出 3cm～5cm时,关闭起重卷扬机;开始松扣调整各段拱箱节头标高,松索前校正拱轴线位置及各节头高程,使之符合设计要求。每次松索均采用仪器观测,控制各节头及拱顶的标高,防止拱箱非对称变形而导致拱箱失稳。每次松索量控制各接头标高变化不超过 1cm,松索时按照一组扣索、二组扣索、三组扣索和起重索先后顺序对称均匀松卸,反复循环直到合拢。当接头高程接近设计值时,用钢板嵌塞接头缝隙,再将扣索、起重索松到基本不受力,拧紧接头螺栓,同时用风缆调整拱箱轴线横向偏差,固定缆风;并观测各接头、拱顶处标高,使其在允许偏差之内。

拱箱接头电焊作业在松索成拱之后进行,采取分层交错施焊,以免烧坏周围混凝土。焊接时用不同厚度的钢板嵌塞缝隙。

第一肋拱箱安装完成,解除扣索及扣索与拱箱连接构件,进行下一肋拱箱的吊装。将吊装组合跑车移至右岸拱箱预制场位置,用预制场龙门吊机起吊拱箱,沿轨道前行至 1#桥台下游运梁平车处,利用运梁平车将拱箱沿桥轴线纵移至一组缆风和二组缆风之间,用卷扬机侧拉两吊点起吊拱箱,安装方法和顺序与第一箱相同,直至第七箱拱箱全部吊装完成。

7 吊装观测

拱箱标高和轴线观测;在拱箱接头以及 1/8L、1/4L、3/8L、和 1/2L处设置观测标尺 ,后视点标尺根据标高设置在右岸 1#桥台下游侧台身上,在右岸主桥桥台下游路基边坡上设观测平台。吊装拱脚段时,用 1台水准仪观测一节头标尺,吊装中一段拱箱时,用 2台水准仪分别观测一节头、二节头标尺,吊装中二段拱箱时,用 3台水准仪分别观测一节头、二节头、三节头标尺;当安装拱顶段时,分别用 4台水准仪分别观测一节头、二节头、三节头及 1/2L处标尺。轴线观测点分别设置在左右岸主桥台前缘,安装拱箱时,用经纬仪观测拱箱底板轴线,轴线偏差控制在 1cm之内。

主地锚观测:主要观测主地锚的位移情况。在主地锚上下游及轴线桩头上设置位移观测点,观测其变形情况。主索跑车吊起每一段拱箱运行至主跨任一位置,测出主地锚的最大变形量。

主索观测:主要观测主索的最大垂度是否与计算相符。当吊中运行至主索跨中位置时,用水准仪观测主索的垂度,同时观测主地锚前主索索夹是否有滑动迹象,以便及时调整。

其他项目观测:拱箱起吊及运行期间,要观测检查卷扬机、滑车等是否运行正常,侧拉地锚、缆风地锚、扣索地锚和转向地锚是否有过大变形,以便发现问题及时解决。

8 结语

8.1 吊装系统布设完成,按规定进行试吊,以检验缆索系统主地锚、缆风及各转向地锚空间位移情况及对其进行稳定安全评估;检查缆索系统各滑车、卷扬机、钢丝绳、缆风绳的运行和受力情况,并对其安全性进行评估。

8.2 在起吊第一段与第三段拱箱梁时,由于拱度变化,起吊钢索的吊点及钢绳的长短应计算好,应充分考虑起吊过程中钢绳的滑移。如果在混凝土预制时未考虑吊耳,必须考虑预防钢绳的滑移装置。

8.3 钢绞线扣索与拱箱的连接要构造合理、安全可靠,钢绞线扣索的张拉端为低应力锚固,应采取措施保证夹片锚固有效,调索时夹片反复夹咬钢绞线的次数要做规定,超过则不再用。

8.4 拱箱梁段走移就位时,要注意避免扣索与斜拉索在空间上的相互干扰。