小關子水電站管橋主跨鋼拱架卸落設計

1全橋橋方案2小關子水電站管橋是四川省寶興河上、下、五級旁路容量的重要節水工程。它也是水電部和四川省的主要項目。該管橋位于寶興縣下游1.5km處,全橋長為190.52m,橋面寬12m,橋上放置直徑為6.5m的引水鋼管,每延米荷載重400kN。該橋設計主跨采用單孔混凝土現澆懸鏈線無鉸等截面箱形拱橋,凈跨124m,凈矢高24.8m。主拱圈橫向分為4箱,縱向為168室,拱圈高2.5m,每3m設置橫隔板塊,箱拱頂板寬10.2m,底板寬10m。2鋼拱框架基本結構2.1下弦長1000鋼架管橋鋼拱支架采用加強式64軍用鋼拱架,桁架高2m,計算跨徑為122.152m,共設7榀。每榀間距為15m,由33片基本三角桁架和2片端三角桁架通過3種規格下弦長桿構成拱架。拱架間設置橫聯及風構加強其整體性?；救羌苌舷议L4m,由4根等肢角鋼(∠100×10)組成,腹桿由2根槽鋼([100×50)組成,中間由鋼板角鋼加強聯接而成,每片重約850kg。端三角也采用以上同規格材料,每片重約670kg。下弦桿也由4根等肢角鋼(∠100×10)組成,中間設綴板加強,每片重約250kg。材質均為16Mn鋼。銷釘采用40號優質鉻鋼,拱腳銷孔為Φ100,基本三角銷孔為Φ75。7榀拱架總重300t,拱盔木材用量約280m3。2.2該橋的河道鋼拱支架兩端跨越寶興河,向中15m施工場地較平,其它地方河水滔滔。雅寶公路穿過該橋1孔12m橋下,比河床高12m。鋼拱架頂部比河床高35m。施工場地狹小,此處又在風口位置,風力大,這均增加了卸拱施工難度。3鋼拱框架拆卸方案的優化和計算3.1采用卷揚機吊掛的鋼索來吊掛方案目前我國拱架卸落大部分利用已完成的拱體進行吊掛,采用倒鏈(或者吊車配合)來進行拆卸,存在的問題較多:(1)僅適用于河道平整,能進入車輛地段,不適用于山谷河道中及大跨徑拱架拆卸;(2)卸落速度慢(一般重量2～3t);(3)發生費用高,需用大型吊車;(4)安全分數偏低。相反,如采用卷揚機利用已完成的拱體進行吊掛拆卸,即在離拱腳L/8處或其它地方各安裝1臺5t卷揚機,使鋼索穿過拱體吊掛的鋼索來吊拆,克服了以上缺點,具有以下優點:(1)適用于任意地段,特別是大跨徑鋼拱架;(2)卸落速度快,可對稱卸落(一般重量4～5t);(3)發生費用低,僅用卷揚機就可拆卸、吊裝,可橫跨河道進行搬運;(4)安全有絕對保障。經認真分析研究,決定采用卷揚機吊拆的方案。此方案不僅拆除、裝運費用低,使安全質量更有保證,技術更合理,而且充分利用了現有機具,也為今后工程施工打下基礎。3.2拱段吊裝施工根據現有的機具材料,為確保質量安全、降低成本、提高經濟效益,采用如下受力分析:(1)5t慢速卷揚機最大拉力為50kN,每片三角桁架重850kg,每片下弦桿重約250kg,因此確定拆卸拱段數量最多4片(考慮到每片三角桁架最大沖擊力1000N);(2)卷揚機地錨按120kN進行計算施工;(3)吊裝拱段的鋼索采用風纜索Φ20,臨時結構安全系數取5,257/5>50kN,滿足吊裝要求;(4)吊掛在拱體上鋼索采用架設拱架用的扣索Φ32.5,臨時結構安全系數取5,666.5/50>93.5kN(吊掛索最大受力),滿足要求。4主要技術法規和施工方法4.1長6座舊橋長2級(1)拱上排架柱必須澆筑到1/3高度后,方可落拱,不得進行裸拱施工(根據計算要求);(2)頂板后澆縫混凝土強度要達到箱拱設計標號;加2及加3橋與上述1號及8號橋在同一河段,按Q100=8300m3/s或7800m3/s均可。加1橋Q100=5500m3/s,V100=1.88m/s,I=0.00019,R=6.87m。即此處I及R與1號橋相差較大,流量雖小些,橋長仍為450m。若流量減為5000m3/s,橋長450m也可以。總之,筆者建議在城市規劃時,要把舊橋是否需要加寬和規劃的街道中心線一起考慮,使設計在技術上更合理,造價上更節省。(來稿日期2001-02-22)(3)為確保落架前施工便利及落架后的人身安全,拱盔上的人行道和扶手在落架前必須拆除;(4)考慮到落架后,第一拱盔受壓,木板、方木損壞,且具有彈性,造成不安全因素;第二為減少落架阻力,便于落架,因此必須提前拆除拱腳處三角方木及底板;(5)拱腳處砂箱位置要清理干凈,不得積水,以便砂箱搗砂;(6)拆除混凝土底板與拱架連接螺桿,減少落拱阻力;(7)落架前要對箱拱L/2、L/4、L/8、3L/8處各點進行高程測量。4.2獨立拱門為確保拱圈受力逐漸增加,避免發生顫動,產生過大應力,因此應逐步地、均勻地、對稱地進行施工。(1)出砂量測定每榀拱架兩拱腳各有2個砂筒,各安排1人負責下落。7榀拱架必須同時同步進行。按照指定的尺寸及要求,掌握出砂量,并用口杯進行測定。每進行一次都要觀測砂箱,拱頂變形情況,直到拱盔與箱拱脫離2～8mm,然后停留穩定3～4h后,全部一次性落完。(2)拆除拱門由拱腳向拱頂對稱拆除,先拆木板,其次橫木,然后弓形木。(3)箱拱地板裝飾首先處理好施工縫、棱角;其次底板上拉筋要涂防銹漆,后用砂漿封閉。(4)拆除壓載箱，用砂筒完成后，加載盒中的石頭開始清除，每次載荷為500kg/筐,直到卸完為止,需對稱同步進行,否則易造成拱架變形。4.3改拱架(1)按照簡圖進行吊掛鋼索布景,卷揚機布置,吊掛索要拉緊(采用倒鏈),見圖1。(2)為了防止拱架原風纜礙事,必須把每榀拱架用鋼索與吊掛索連接固定緊好后(每榀拱架固定5處),再拆除上下游各7道風纜。(3)拆除順序:首先拆除風鉤,然后逐榀拆除。每榀拱架先拆中間3片,后再對稱拆除第2段4片,第3段4片,第4段3片,第5段2片,最后3片。(4)跨越河道時,利用拱體加導向滑輪,采用2臺卷揚機進行吊運。5提高卷揚機的質量和拱段開挖和拆段質量為確保安全順利地完成,施工中必須做到以下幾點。(1)落拱時,第一操作人員要堅守工作崗位,聽從統一指揮;第二觀測人員應及時匯報箱拱撓度變化及拱盔是否脫離,并做好記錄;第三應嚴格掌握砂子計量,統一安排執行,否則造成桿件扭曲,增加施工難度。(2)對卷揚機應仔細檢查,要熟練掌握其性能。拱段下落速度一定要慢,防止拱段扭曲變形和造成鋼索拉斷。(3)在拆卸時,用繩索把拆卸拱段與非拆卸拱段連接好,防止沖擊或擺動傷人。(4)每拆一段都要對鋼索進行檢查,特別是吊掛的鋼索,一定要防止被拱體棱角切割(一般在混凝土棱角處加墊布)。(5)拆卸拱段要基本對稱,最多相差一段。(6)整個拆除過程中,要對箱拱L/2、L/4、L/8、3L/8各點進行觀測并記錄,核對與計算是否吻合。6鋼拱架的清理效果鋼拱支架從落拱到拆除,共用12d時間,中間未出現任何安全事故,也未出現拱架扭曲變形情況,箱拱應力逐步遞增,完全符合設計要求,鋼拱架拆除順利,效果十