CN110258293A - 斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，包括墩旁托架安装、滑移系统安装布置、钢桁梁挂钩、钢桁梁吊装落梁、调整系统安装、调整滑移和循环节段架设等步骤，本发明具有可降低外部作业环境对施工质量进度等方面的影响，减少现场作业量，规避海上大风高空作业风险及海洋环境污染风险，达到在恶劣环境条件下质量、安全、环保、高效快速施工的优点。

Description

斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁架设技术领域，尤其涉及斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法。

背景技术

平潭海峡公铁两用大桥是我国第一座跨海峡公铁两用大桥。海峡大桥不同于以往建设的海湾桥，其建设所面临的风大、浪高、涌激、强台风、复杂地质等恶劣条件，尤其平潭海峡是世界上著名的三大风暴海域之一，给大桥施工带来了巨大挑战和超高风险。本桥为国内在跨海峡桥梁领域的首次尝试，无论是环境的恶劣程度，还是所面临的技术挑战和施工风险都远超国内已建成或在建的其他跨海湾桥梁。平潭海峡公铁两用大桥是世界上第一次在复杂风浪涌环境下建设海峡大桥，建成后将满足海上桥面十级大风(陆地八级风运营)环境下大桥安全运营。

目前，大跨度公铁两用桥梁主桥多采用钢桁梁斜拉桥的结构形式，其起始施工的主塔墩顶钢桁梁多采用杆件散拼或小节段吊装的施工方法，现场工作量大，施工效率和施工精度较低，且平潭桥现场因风力较大等复杂工况，有效作业时间少，连续可作业窗口短，对正常施工作业制约严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，包括以下步骤：

Ⅰ.墩旁托架安装：在工厂将钢管焊接成双向倾斜的空间结构后，通过浮吊船整体运转至塔墩两侧进行吊装；

Ⅱ.滑移系统安装布置：所述滑移系统包括滑道梁、三向调节系统、驱动部件和垫块，将滑道梁架设在塔墩和墩旁托架上，三向调节系统间隔架设在滑道梁上，驱动部件架设在相邻三向调节系统之间的滑道梁上，垫块架设在三向调节系统一侧的滑道梁上；

Ⅲ.钢桁梁挂钩：根据钢桁梁的形状和长度不同，选用不同类型的吊具，当吊具的绳圈落入钢桁梁吊耳滑轮的绳槽后，将钢丝绳跳槽的卡板装在浮吊臂的销轴上，然后缓慢起钩拉紧钢丝绳后停止，启动浮吊臂准备吊装；

Ⅳ.钢桁梁吊装落梁：吊装初期分次起吊高度处于2-3m，后续吊高范围内分次起吊高度在3-5m，全过程观测主梁各点高度差处于0.2m以内；落梁时分次下落，待下落至墩顶20-50cm后进行最后一次姿态调整后下落至三向调节系统和垫块上；

Ⅴ.调整系统安装：通过螺栓将三向调节系统与垫块连接在钢桁梁底部，利用三向调节系统调节钢桁梁在水平方向的位置，以使钢桁梁在吊装后位置能处在设计位置；

Ⅵ.调整滑移：起动驱动部件以使钢桁梁沿滑道梁长度方向运动；

Ⅶ.循环节段架设：重复上述步骤进行多节段钢桁梁的架设。

作为对本发明的进一步说明，优选地，墩旁托架柱脚外侧增设混凝土抗滑移挡块，部分墩旁托架顶部及柱脚内灌注有C50微膨胀的混凝土填充。

作为对本发明的进一步说明，优选地，墩旁托架顶部设置有环氧PE钢绞线预应力体系的顶层附墙。

作为对本发明的进一步说明，优选地，滑道梁分多段架设在塔墩和墩旁托架上。

作为对本发明的进一步说明，优选地，滑道梁落梁处加设有加宽段，加宽段与滑道梁通过等强对接焊进行连接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，滑道梁顶端面铺设不锈钢板作为滑动面，不锈钢板与滑道梁顶板采用间断焊接和真空压浆胶相结合的方式，不锈钢板的接头与滑道梁的接头处错开，不锈钢板的接头处焊缝打磨平顺。

作为对本发明的进一步说明，优选地，当钢桁梁节段长度较长时，选用长度方向水平的的横吊具，当钢桁梁节段长度较小时，选用长度方向竖直的竖吊具。

作为对本发明的进一步说明，优选地，三向调节系统均设有竖向顶、纵移顶和横移顶，其中竖向顶滑移方向竖直，纵移顶滑移方向与滑道梁长度方向相同，横移顶滑移方向与滑道梁长度方向和竖直方向均垂直，其中竖向顶输出端与钢桁梁底部抵接，纵移顶输出端与滑道梁抵接，横移顶输出端与纵移顶抵接。

作为对本发明的进一步说明，优选地，垫块包括落梁垫块、垫座和缓冲垫，垫座通过连接螺栓连接在落梁垫块底部，缓冲垫通过连接螺栓连接在垫座底部，缓冲垫采用橡胶材料制成。

作为对本发明的进一步说明，优选地，落梁垫块两侧固连有导向板，导向板上固连有滚轮销轴，滚轮销轴底部转动连接有滚轮，所述滚轮与滑道梁侧边距离小于等于20mm。

实施本发明的，具有以下有益效果：

1、墩顶整节段钢桁梁在工厂整体全焊制造，工厂化程度高、减少了钢梁高栓数量，减少了现场拼装和高栓施工工作量，加快了施工速度、降低了现场施工风险；

2、墩旁托架采用大型双向空间倾斜预应力钢结构，承载能力大、悬臂长度长、空间适应能力强；

3、滑道梁除纵移功能外，在落梁区增设加宽段，落梁允许可调范围大，且在梁底落梁垫块设置缓冲装置，满足浮吊在恶劣海况条件下吊装偏差，提高了吊装架设效率；

4、采用三向千斤顶调整钢桁梁垫块与滑块的体系转换及钢桁梁精确定位调整的纵横移，确保钢桁梁架设安全与精度；

5、采用定点起吊与定点落梁，三向千斤顶精调后采用连续千斤顶纵移至设计位置，保证了纵移过程安全平稳高效。

附图说明

图1为本发明的吊装过程逻辑图；

图2是本发明的吊装状态图；

图3是本发明的吊具种类及安装效果图；

图4A是本发明的滑道梁前视图；

图4B是本发明的滑道梁俯视图；

图5是图4A中A的放大图；

图6A是本发明的滑道梁加宽结构及安装效果前视图；

图6B是本发明的滑道梁加宽结构及安装效果俯视图；

图7是本发明的吊装效果图；

图8是图7中B的放大图；

图9A是本发明的A型三向调节系统与垫块分布结构图；

图9B是本发明的B型三向调节系统与垫块分布结构图；

图9C是本发明的安装后的垫块分布结构图；

图10A是本发明的三向调节系统结构图；

图10B是本发明的B型三向调节系统俯视图；

图11是本发明的墩旁托架结构图；

图12是本发明的垫块结构图；

图13是本发明的垫块滑移状态图。

附图标记说明：

1、浮吊臂；2、横吊具；21、竖吊具；3、钢桁梁；31、A型吊点节段；32、B型吊点节段；33、C型吊点节段；4、塔墩；41、支座垫石；42、刚性垫块；5、滑道梁；51、边跨段；52、墩顶段；53、中跨段；54、联结系；55、加宽段；56、连接系；6、墩旁托架；61、抗滑移挡块；62、混凝土填充；63、顶层附墙；7、三向调节系统；71、A型系统；72、B型系统；73、竖向顶；74、纵移顶；75、横移顶；8、驱动部件；81、连续千斤顶；82、拖拉反力座；83、钢绞线；9、垫块；91、落梁垫块；92、垫座；93、缓冲垫；94、预应力锚板；95、连接螺栓；96、导向板；97、滚轮销轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，结合图1、图11，包括以下步骤：

Ⅰ.墩旁托架6安装：墩旁托架6主要由钢管支架组成，在工厂将钢管焊接成双向倾斜的空间结构后，通过浮吊船整体运转至塔墩4两侧进行吊装，墩旁托架6采用大型双向空间倾斜预应力钢结构，承载能力大、悬臂长度长、空间适应能力强；墩旁托架6柱脚外侧增设混凝土抗滑移挡块61，部分墩旁托架6顶部及柱脚内灌注有C50微膨胀的混凝土填充62，以保证顶层连接系区域内的钢管立柱局部稳定性；墩旁托架6顶部设置有环氧PE钢绞线预应力体系的顶层附墙63，以平衡钢桁梁3及架梁吊机自重荷载对墩旁托架6产生的水平力。

Ⅱ.滑移系统安装布置：所述滑移系统包括滑道梁5、三向调节系统7、驱动部件8和垫块9，结合图4A、图4B和图5，滑道梁5分为边跨段51、墩顶端52和中跨段53，其中，边跨段51可作为落梁区，边跨段51和中跨段53分别架设在塔墩4两侧的墩旁托架6上，墩顶端52架设在塔墩4上，在安装时分三次整体安装；滑道梁5中部间隔架设有若干根联结系54，联结系54与滑道梁5处于同一水平面上，联结系54与滑道梁5的拼接位置做好支座垫石41、刚性垫块42与三向限位，便于安装和支撑滑道梁5和三向调节系统7；将滑道梁5架设在塔墩4和墩旁托架6上，并且要求每5m范围内的滑道梁5顶端面任意两点高程差应确保在±2mm以内，且无突变点，两侧滑道梁5之间高程相差在±2mm以内。

滑道梁5顶端面铺设4mm厚的不锈钢板作为滑动面，不锈钢板与滑道梁5顶板采用间断焊接和真空压浆胶相结合的方式，不锈钢板的接头与滑道梁的接头处错开，不锈钢板的接头处焊缝打磨平顺，以降低在移动钢桁梁3时的摩擦力。

Ⅲ.钢桁梁3挂钩：结合图1、图3，钢桁梁3在工厂整体全焊制造，工厂化程度高，保证了钢桁梁3制造质量，大量节省了高栓用量，减少了现场拼装和高栓施工工作量，加快了施工速度、降低了现场施工风险；其中钢桁梁3包括A型吊点节段31、B型吊点节段32和C型吊点节段33，A型吊点节段31长度大于B型吊点节段32长度，B型吊点节段32长度大于C型吊点节段33长度；根据钢桁梁3的形状和长度不同，选用不同类型的吊具，其中A型吊点节段31和B型吊点节段32选用长度方向水平的的横吊具2，C型吊点节段33选用长度方向竖直的竖吊具21，以保证在吊装时钢桁梁3具有良好的稳定性。

选择风浪较小时(风力≥7级，浪高≥2.0m，流速≥1.5m/s)进行挂钩，为了减少浮吊臂1和运梁船的摆动对挂钩的影响先挂钢桁梁3短边吊具，当吊具的绳圈落入钢桁梁3吊耳滑轮的绳槽后，将钢丝绳跳槽的卡板装在浮吊臂1的销轴上，然后缓慢起钩拉紧钢丝绳后停止，用直径10mm的软尼龙绳将同一个吊点的两个绳圈箍成一个整体，防止挂设其他吊点吊具时绳圈跳槽；吊装的钢丝绳采用直径120的钢丝绳，其抗拉强度可达到1870MPa，在吊装时能保证不被拉断，进而保证吊装的安全性。

Ⅳ.钢桁梁3吊装落梁：结合图1、图2，吊装时严格执行动静载试吊，安排人员对吊装过程进行全过程监控监测，初始吊高20m范围内，分次起吊高度处于2-3m，后续吊高范围内分次起吊高度在3-5m，全过程观测主梁各点高度差处于0.2m以内；并以高差0.2m作为警戒线，吊装过程中还应控制各钩负载偏差；浮吊缓慢松钩落梁，落梁时分次下落，待下落至墩顶20-50cm后进行最后一次姿态调整后下落至三向调节系统7和垫块9上。

结合图4A、图4B、图6A和图6B，滑道梁5位于落梁区处可加装加宽段55，加宽段55顶端面与滑道梁5顶端面重合，加宽段55与滑道梁5通过等强对接焊进行连接，加宽段55之间架设有连接系56，连接系56与加宽段55处于同一水平面上，加装加宽段55以使落梁允许可调范围大，即使在风力较强导致安装误差较大时，也能保证吊装工作能顺利且稳定的进行。

Ⅴ.调整系统安装：结合图9A、图9B、图9C、图10A和图10B，三向调节系统7架设在滑道梁5上，三向调节系统7包括A型系统71和B型系统72，A型系统71和B型系统72均为多向液压系统，且都设有竖向顶73、纵移顶74和横移顶75，其中竖向顶73滑移方向竖直，纵移顶74滑移方向与滑道梁5长度方向相同，横移顶75滑移方向与滑道梁5长度方向和竖直方向均垂直；三向调节系统7的参数：竖向起顶重量400t，行程200mm；横向起顶重量60t，行程400mm；纵向起顶重量60t，行程150mm；并且A型系统71上设有两组竖向顶73，使A型系统71具有更大的承载力；竖向顶73输出端与钢桁梁3底部抵接，纵移顶74输出端与滑道梁5抵接，横移顶75输出端与纵移顶74抵接；结合图7，A型系统71架设在边跨段51的落梁区处，B型系统72架设在中跨段53处。

结合图9A、图9B、图9C、图10A和图10B，通过螺栓将三向调节系统7与垫块9连接在钢桁梁3底部，利用三向调节系统7上的纵移顶74和横移顶75调节钢桁梁3在水平方向的位置，且调节范围小，以使钢桁梁3在吊装后位置能精确的处在设计位置。

结合图12、图13，垫块9包括落梁垫块91、垫座92和缓冲垫93，落梁垫块91通过螺栓固连在钢桁梁3底部，垫座92通过连接螺栓95连接在落梁垫块94底部，缓冲垫93通过连接螺栓95连接在垫座92底部，缓冲垫93采用橡胶材料制成，设置缓冲垫93，吊装时不仅能辅助三向调节系统7起到支撑钢桁梁3的作用，还满足浮吊在恶劣海况条件下吊装偏差，提高了吊装架设效率；落梁垫块91两侧固连有导向板96，导向板96上固连有滚轮销轴97，滚轮销轴97轴线方向竖直，滚轮销轴97底部转动连接有滚轮，所述滚轮与滑道梁5侧边距离小于等于20mm；设置滚轮销轴97和滚轮，既能防止在钢桁梁3移动过程中偏移位置，起到导向作用，又能避免在偏移位置时与滑道梁5产生较大摩擦，保证钢桁梁3的移动更为顺利。

结合图7、图9A、图9B和图9C，利用三向调节系统7的纵移顶74和横移顶75使钢桁梁3横向偏位精调至设计偏距，随后启动竖向顶73起顶钢桁梁3，拆除垫座92和缓冲垫93，并在落梁垫块91底部和滑道梁5上涂抹润滑黄油，随后下放钢桁梁3以使落梁垫块91与滑道梁5接触。

Ⅵ.调整滑移：结合图7、图8，驱动部件8架设在相邻三向调节系统7之间的滑道梁5上，驱动部件8包括连续千斤顶81、拖拉反力座82和钢绞线83，拖拉反力座82固连在连续千斤顶81一侧的滑道梁5上，连续千斤顶81架设在拖拉反力座82上，钢绞线83一端穿过拖拉反力座82与连续千斤顶81相连，钢绞线83另一端与落梁垫块91上的预应力锚板94相连。

结合图7、图8，在钢桁梁3下放后，启动连续千斤顶81使钢绞线83拉动垫块9进而使钢桁梁3和三向调节系统7沿滑道梁5长度方向移动，实现钢桁梁3的对接；塔墩4节段钢桁梁3架设滑移需注意考虑拼接板外伸长度及钢桁梁3架设落梁安全距离的影响，在设计滑道梁5长度范围内先架设钢桁梁3预偏量尽可能多，以保证最后架设钢桁梁3有足够的安全落梁空间。

Ⅶ.循环节段架设：重复上述步骤进行多节段钢桁梁3的架设，将各个节段连成整体，钢桁梁3上下弦杆、副桁上弦杆及斜杆对接连接完成后，再进行桥面嵌补段安装；先将嵌补段吊放至桥面板上，再将桥面嵌补段与已架设钢桁梁3桥面板焊接连成整体，钢桁梁3架设调整对接过程中注意涂层保护工作。

综上所述，即使在风力较大的环境中，利用先粗略吊装后利用刚性约束精调位置，再利用刚性约束稳定钢桁梁移动方向，相比直接吊装定位，有效降低了钢桁梁在安装时受风力的影响，使施工的有效工期得到延长，进而提高工作效果，大大缩短施工时间。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

Ⅰ.墩旁托架(6)安装：在工厂将钢管焊接成双向倾斜的空间结构后，通过浮吊船整体运转至塔墩(4)两侧进行吊装；

Ⅱ.滑移系统安装布置：所述滑移系统包括滑道梁(5)、三向调节系统(7)、驱动部件(8)和垫块(9)，将滑道梁(5)架设在塔墩(4)和墩旁托架(6)上，三向调节系统(7)间隔架设在滑道梁(5)上，驱动部件(8)架设在相邻三向调节系统(7)之间的滑道梁(5)上，垫块(9)架设在三向调节系统(7)一侧的滑道梁(5)上；

Ⅲ.钢桁梁(3)挂钩：根据钢桁梁(3)的形状和长度不同，选用不同类型的吊具，当吊具的绳圈落入钢桁梁(3)吊耳滑轮的绳槽后，将钢丝绳跳槽的卡板装在浮吊臂(1)的销轴上，然后缓慢起钩拉紧钢丝绳后停止，启动浮吊臂(1)准备吊装；

Ⅳ.钢桁梁(3)吊装落梁：吊装初期分次起吊高度处于2-3m，后续吊高范围内分次起吊高度在3-5m，全过程观测主梁各点高度差处于0.2m以内；落梁时分次下落，待下落至墩顶20-50cm后进行最后一次姿态调整后下落至三向调节系统(7)和垫块(9)上；

Ⅴ.调整系统安装：通过螺栓将三向调节系统(7)与垫块(9)连接在钢桁梁(3)底部，利用三向调节系统(7)调节钢桁梁(3)在水平方向的位置，以使钢桁梁(3)在吊装后位置能处在设计位置；

Ⅵ.调整滑移：起动驱动部件(8)以使钢桁梁(3)沿滑道梁(5)长度方向运动；

Ⅶ.循环节段架设：重复上述步骤进行多节段钢桁梁(3)的架设。

2.根据权利要求1所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，墩旁托架(6)柱脚外侧增设混凝土抗滑移挡块(61)，部分墩旁托架(6)顶部及柱脚内灌注有C50微膨胀的混凝土填充(62)。

3.根据权利要求2所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，墩旁托架(6)顶部设置有环氧PE钢绞线预应力体系的顶层附墙(63)。

4.根据权利要求1所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，滑道梁(5)分多段架设在塔墩(4)和墩旁托架(6)上。

5.根据权利要求4所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，滑道梁(5)落梁处加设有加宽段(55)，加宽段(55)与滑道梁(5)通过等强对接焊进行连接。

6.根据权利要求5所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，滑道梁(5)顶端面铺设不锈钢板作为滑动面，不锈钢板与滑道梁(5)顶板采用间断焊接和真空压浆胶相结合的方式，不锈钢板的接头与滑道梁(5)的接头处错开，不锈钢板的接头处焊缝打磨平顺。

7.根据权利要求1所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，当钢桁梁(3)节段长度较长时，选用长度方向水平的的横吊具(2)，当钢桁梁(3)节段长度较小时，选用长度方向竖直的竖吊具(21)。

8.根据权利要求1所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，三向调节系统(7)均设有竖向顶(73)、纵移顶(74)和横移顶(75)，其中竖向顶(73)滑移方向竖直，纵移顶(74)滑移方向与滑道梁(5)长度方向相同，横移顶(75)滑移方向与滑道梁(5)长度方向和竖直方向均垂直，其中竖向顶(73)输出端与钢桁梁(3)底部抵接，纵移顶(74)输出端与滑道梁(5)抵接，横移顶(75)输出端与纵移顶(74)抵接。

9.根据权利要求1所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，垫块(9)包括落梁垫块(91)、垫座(92)和缓冲垫(93)，垫座(91)通过连接螺栓(95)连接在落梁垫块(91)底部，缓冲垫(93)通过连接螺栓(95)连接在垫座(91)底部，缓冲垫(93)采用橡胶材料制成。

10.根据权利要求9所述的斜拉桥钢桁梁主塔墩顶架设施工方法，其特征在于，落梁垫块(91)两侧固连有导向板(96)，导向板(96)上固连有滚轮销轴(97)，滚轮销轴(97)底部转动连接有滚轮，所述滚轮与滑道梁(5)侧边距离小于等于20mm。