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1、小灣水電站左岸纜機基礎高纜拱橋施工方案優化及分析一、左岸高纜工程概況1、小灣水電站概況小灣電站工程位于云南省大理州南澗縣與臨滄地區風慶縣交界的瀾滄江中游河段,系瀾滄江中下游河段規劃的八個梯級水電站中的第二個梯級電站。小灣水電站工程屬大(1)型一等工程，工程以發電為主兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合利用效益，水庫具有不完全多年調節能力，系瀾滄江中下游河段的“龍頭水庫”。該工程由混凝土雙曲拱壩（壩高292m）、壩后水墊塘及二道壩、左岸泄洪洞及右岸地下引水發電系統等組成。總庫容149.14108m3，電站裝機容量4200MW（6700MW）。小灣水電站里程碑工期為：2002年1月20日工程開工，202、04年11月大江截流，2010年首臺機組發電，2012年全部機組投產發電，工程竣工。2、本工程基本情況小灣電站高纜布置2臺30t纜索起重機,高纜軌道基礎長268.3米,上游段落61米為重力式地基梁,下游彈性地基梁32.3米 重力式地基梁75米,中部100米為拱橋軌道結構,橋臺基礎高程1355.0m，橋臺頂面高程1363.0m。主拱圈為現澆整體砼板拱，設計厚度2.0m，拱截面寬度12.5m, 拱軸線型為懸鏈線（軸線方程為：Y=f(chk-1)，其中k=ln(m+m2-1 ，m=1.03,=2x/L,f/L=1/6),拱腳底部高程1361.03m，頂拱底部高程1373.53m，拱橋最大跨度76.13、13m。拱圈上部立柱設計厚度2.0m，截面寬度9.53m。上部纜機軌道梁設計截面寬度9.53m，長100.0m，軌道梁底部高程1376.53m，頂部高程1380.28m，總工期為四個半月。3、方案優化的難點左岸高纜拱橋橫跨龍潭干溝清坡區，溝心為高邊坡開挖棄渣，有大量的虛渣存在，兩側橋臺附近為巖石基礎。同時高纜拱橋軸線距1380m公路中心線最近都有40 m，最遠達85 m。如何解決2m厚的拱圈砼承重是高纜拱橋施工方案優化的關鍵。二、施工方案提出由于龍潭干溝溝心地形陡峻，開挖松散堆積料厚度達30m40m，虛渣工程量巨大，工期短，根本無法徹底清除，另外由于地形原因，1380.00m高程以上施工廢水、4、雨水全部匯集到龍潭干溝，故滿堂紅排架這種常規施工方法必須排除。根據招標文件合同總工期的規定，針對本工程施工條件和施工特點，結合以往類似工程中的施工經驗，經過對現場的認真踏勘及對招標文件的深入研究，擬對高纜拱橋提出以下施工方案：A架與木拱組合支架法(見圖一)B斜拉貝雷拱架法(見圖二) C輻射式承重排架法(見圖三)三. 施工方案可行性研究1、鋼桁架與木拱組合支架的基本構成及技術上施工上可行性(1)鋼桁架與木拱組合支架的基本構成及技術上可行性鋼桁架采用六四軍用三角架組拼，采用三角架的基本構件中標準三腳構架、端構件、標準弦桿為主要的構件。為適應拱軸線的變化，組拼拱架下弦需特制一部分桿件（如圖1標注1、5、2的桿件）。拱架的設計計算應根據結構受力的各個工況分別進行驗算。計算工具采用美國通用大型有限元結構分析軟件ANSYS 5.7，計算模型根據施工圖紙進行計算。拱架的片數及組數根據橋梁的跨徑、荷載的大小和橋寬的確定，主拱圈擬采用分段全寬，縱向分段，高度方向只分一層的施工方法進施工，對施工支架的承載力要求和施工支架的變形要求較高。根據計算結果，拱架橫向擬采用21組（即為21片桁架）組成，支架桁片間距為0.52m，取三角架單片寬度，桁片之間不留間隙。組拼成的拱架總寬度過21*0.52m=10.92m，兩邊懸出部位與懸臂伸出的橫梁木方組成施工腳手架。為方便施工，按照鋼拱架的拼裝線形應與拱軸線的線形相一致6、的原則，用變換下弦連接桿長度的方法來調整曲度和跨徑，確定每片鋼桁架由19片標準三角構架、2片端構架、6片標準弦桿、12片特制編號為1的下弦（銷孔之間長度為3.84m）、2片特制編號 為2的下弦桿（銷孔之間長度為2.09m）組成。拱架兩端加設支座，以克服支架產生的水平推力和豎向荷載，端頭端構架需進行合理構造，以對集中應力進行分配。為使完工后卸架方便，應在弧形木下設置木楔，兩邊支點下設置砂筒。拱架的橫向穩定則由各片桁架間的抗風拉桿、撐木及風纜等設備來保證。(2)鋼桁架拱架施工可行性鋼桁架拱架的安裝采用懸臂拼裝法，拼裝時從拱腳起逐節進行。拼裝好的節段，用滑車組吊在墩臺塔架上（如圖2）A.拱架拼裝（27、1片）拼裝前拱架應先按框架形式組成拼裝單元，其長度包括5節拱架，一個框架最大吊裝重量15t，拼裝時由拱腳向拱頂、兩岸對稱進行，先拼裝橫向中線3片拱架，封拱卸吊后再拼裝中線外側3片拱架并封拱，順次安裝外側3片拱架并封頂，最后拼裝上下游各3片拱架。B.封拱及卸吊懸臂吊裝法吊裝拱架時，采用低溫封拱、高溫卸吊的成拱方法 。卸吊采取拱頂向拱腳分次于對稱進行。 斜拉索花藍螺栓一次放松按比例5cm控制。C.纜索吊裝系統的布置本橋所布置纜索吊機主要解決三角架桁片的安裝，在后續的施工中作為材料運輸的主要設備，在主橋下部構造施工完成后拆除。纜索吊裝系統的基本布置概況:纜索系統吊塔采用桅桿式索塔，其上布置主繩鞍槽，8、根據吊裝位置的不同，可采用移動塔架的方式，滿足橋梁全寬范圍的吊裝。纜索吊裝系統主繩采用2根39鋼繩組成，其上布置兩個起重能力分別為10T的吊點。塔架采用格構式組合支架，高度為8米。2、 斜拉貝雷拱架基本構成及技術上施工上可行性斜拉貝雷拱架法實質上與鋼桁架支架法屬同一種施工方法，僅是支承結構不同，在此僅在計算分析進一步論證。計算工具仍然采用美國通用大型有限元結構分析軟件ANSYS 5.7，計算模型根據施工圖紙，拱橋凈跨為75.0米，拱橋斷面尺寸為12.52.0米，計算跨度為76.113米，按施工方案，橫向共采用29片貝雷架體系，中間采用花架相連，間距為0.45米，拱圈分三層澆筑，第一層澆筑厚度為9、0.6米，第二層澆筑厚度為0.7米，第三層澆筑厚度為0.7米。扣塔高度取25米。第二次澆筑的70混凝土的重量由第一次澆筑并已達到設計強度的60混凝土承受，第三次澆筑的70混凝土的重量則由前面兩層承受。每片貝雷架體系用4根扣索輔助受力。采Beam4梁單元，共劃分504個梁單元. 第一次澆筑的60混凝土受力分析根據預定施工程序，第二次澆筑的70混凝土的重量由第一次澆筑的60混凝土承受，第三次澆筑的70混凝土的重量則由前面兩層承受。是否可行，需進行受力分析，考慮到最不利情況，只需驗算第一次澆筑的60混凝土承受第二次澆筑的70混凝土的重量。為此再建立一個力學模型進行計算，共劃分96個單元,受力滿足要求10、。其中扣索、扣索的單根張力為：16.3噸；扣索、扣索的單根張力為：29.27噸.3、射式承重排架法基本構成及技術上施工上可行性（1）作用于承重排架的荷載腳手架的承載能力按概率極限狀態設計法的要求，采用分項系數設計表達式進行設計。作用在立桿上的荷載分為恒載和活載兩類，恒載分項系數取1.2，活載分項系數取1.4。a作用于腳手架的恒載有 腳手架結構自重，立桿自重NGK1按20kg/m計（其中包括立桿、縱向和橫向水平桿、剪刀撐、縱向和橫向斜撐及扣件等的自重，直角扣件自重為1.32kg/個，旋轉扣件自重為1.46kg/個，對接扣件自重為18. 4kg/個）；構配件自重NGK2（包括腳手板、欄桿、擋腳板、11、安全網等防護設施的自重）按標準植14kg/m計；模板及支架自重NGK3按140kg/m2計；新澆砼（1m高）與鋼筋自重NGK4按3t/m3計；b作用于腳手架的活載有施工人員及施工設備的均布荷載NQK1按300kg/m2計；振搗砼時產生的荷載NQK2按100kg/m2計；風荷載NQK3按100kg/m2計；到目前為止，對腳手架的計算和研究還缺乏系統積累和統計資料，因此計算時，其安全系數一般控制在1.5倍以上。（2）承重排架的設計及計算復核：A承重排架結構形式輻射式承重排架斜撐間、排距50cm（表示腳手管與拱板接觸部位的尺寸，主受力桿），步高（即縱向水平傳力桿，排距50cm，主受力桿）以1360.12、27m高程為界，以上為8022cm，以下為100cm，并且在1366.08m高程以上變為雙桿；橫向水平桿間距100cm，排距以1361m高程為界，以上8022cm，以下100cm；縱向斜撐間距200cm；橫向剪刀撐間距150cm，排距200cm；溝心為滿堂施工排架，間排距1.01.0m，縱橫向水平桿步距1m。B承重排架立桿與縱向水平桿受力計算a.強度及剛度校核承重排架強度校核輻射式承重排架斜桿及水平桿最大軸向壓力F及N。受力計算簡圖見下圖所示：拱圈底模龍骨強度及剛度校核強度校核:拱圈底模龍骨采用16槽鋼。龍骨最大彎矩：M=ql2/8=0.12535.1516002=11.2106；Wx=11713、103mm3，此時，=M/Wx=96N/mm2;鋼度校核:龍骨最大撓度驗算：w=5ql4/(384EI)w=l/250；其中，q為近似均布荷載；l為單跨長度；E為彈性模量；I為槽鋼慣性矩；經驗算，龍骨最大撓度滿足變形要求；（3）輻射式承重排架和滿堂排架的設計參數A立桿設計參數輻射式立桿主要承擔混凝土、鋼筋、模板、人員設備等的重力，屬于主受力桿，設計間、排距為5050cm（在拱板部位的間排距），與水平面的夾角控制在47.9390之間，縱向共812排，橫向共26排，主要分布在龍潭干溝上、下游兩側，上、下游輻射式立桿搭建時要求沿高纜控制線成一個面，施工時嚴格按照設計圖紙施工，拱橋排架設計詳見（圖三）14、所示。溝心為滿堂施工排架，間排距1.01.0m，縱橫向水平桿布距1m。由于輻射式立桿在拱圈中間縱向14.7m范圍內與拱板相交節點較為密集，需要的縱向水平桿較多，考慮縱向水平桿在施工過程中的誤差，為避免輻射式立桿懸臂受力，因此從1372.96m高程以上開始采用全鋼性的16#工字鋼傳遞水平力及重力，16#工字鋼之間采用M16的螺栓按50cm間距連接成一個整體。B縱向水平桿的設計1361m高程以上縱向水平桿采用對接方式連接主要承擔由液態混凝土產生的側向壓力和混凝土自重沿水平方向的分力；1361m高程以下縱向水平桿采用搭接方式連接主要作用除增加承重排架的整體剛度和穩定性以外，在輻射式立桿施工期還起到拉15、桿的作用，以確保輻射式立桿在合攏前的質量和安全，該水平桿要求與橋臺混凝土中預埋的插筋或與兩側邊坡預埋鋼板焊接。縱向水平桿設計要求如下：1360.27m高程以下，固定步高1.0m，排距0.5m，單桿傳力；1360.27m高程以上為主傳力桿，必須采用對接扣件連接，步高控制在0.220.65m之間，排距0.5m，1366.08m高程以下單桿傳力，1366.08m高程以上雙桿傳力。C橫向水平桿的設計橫向水平桿主要增加排架的橫向剛度，根據受力計算，橫向水平桿設計要求如下：1360.27m高程以下，固定步高1.0m，排距根據輻射式立桿的縱向排距確定，要求每根立桿都需要有一根橫向水平桿； 1360.27m高16、程以上，步高控制在0.220.65m之間，排距根據輻射式立桿的縱向排距確定，要求隨輻射式立桿梅花型布置。D橫向剪刀撐的設計橫向剪刀撐主要增加排架的橫向剛度并承擔部分荷載，根據受力計算，橫向水平桿設計要求如下：橫向剪刀撐縱向按2.0m的排距布置，間距1.5m。要求垂直向下搭設，能落地的盡量落地，如與其它架管擠占空間，則以其它架管為主。拱圈正中間的剪刀撐必須按設計要求施工并落地。E縱向剪刀撐的設計縱向剪刀撐主要增加排架的縱向剛度，為增加排架的安全穩定系數，使縱向剪刀撐承擔部分荷載，將其設計為落地桿。縱向剪刀撐與水平面的夾角44.38，彼此平行，間距2m。F拱圈龍骨的設計根據受力計算并考慮到施工的難易程度，拱圈龍骨采用16#槽鋼，槽鋼與立桿和縱向水平桿采用鋼板焊接。通過增加墊板和加勁板的方式調節與龍骨的連接質量，確保龍骨按照懸鏈線起拱。4施工方案優化高纜拱橋