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1、豎向轉體施工工藝工法（QB/ZTYJGYGF-QL-1004-2011）廈門分公司 胡艷 徐建寧1前言1.1工藝工法概況超大型液壓同步豎轉技術是一項近幾年發展起來的新穎建筑施工技術，該技術一反傳統的提升方法，采用柔性鋼絞線或剛性立柱承重，提升器集群，計算機控制，液壓同步提升新原理。液壓同步提升技術的出現，適應了當前建設事業蓬勃發展的需要，是建設施工技術的重大突破，實現超大型構件的大噸位、大跨度、超高空轉體安裝。自動化程度和良好的安全可靠性蠃得了重大工程的應用，并將在更廣泛的施工領域內獲得推廣。1.2工藝原理轉體施工是橋梁結構在非設計軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，在軸線位置設置轉鉸及豎轉提升2、鉸，采用柔性鋼絞線、鋼絲繩或剛性立柱，通過傳力體系將橋梁結構豎向轉體提升安裝就位。2工藝工法特點2.1液壓同步豎轉采用計算機實時控制完成同步豎轉，具有負載均衡，姿態校正，應力控制，操作閉鎖，參數顯示及故障報警等多種功能，是集機，電，液，傳感器，計算機和控制論于一體的現代化大型設備。2.2橋梁結構在地面澆注或拼接；便于機械化作業，從而使質量和裝配精度及檢測精度上更容易得到保證。2.3橋梁主要結構的拼裝等工作在地面進行，施工效率高，安全防護工作易于組織。2.4橋梁結構豎轉吊裝，將高空作業量降至最少，能夠有效保證安裝工期。3適用范圍適用于大型直立橋梁結構件地面拼裝，豎轉安裝。4主要引用標準建筑結構荷3、載規范（GB50009-2001）鋼結構設計規范（GB50017-2003）高聳結構設計規范（GB50135-2006）鋼結構工程施工質量驗收規范（GB50205-2001）液壓系統通用技術條件（GB3766-2001）液壓缸試驗方法（GB/T15622-2005）公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2004）公路橋涵施工技術規范（JTG/TF50-2011）5施工方法橋梁結構在在其平面位置投影線上進行整體澆注或拼接，在靠近主塔橋墩位置設置門式塔架、后錨索穩定體系、豎轉動力體系、傳力裝置。鋼結構按照工廠內加工的工藝段進行拼裝和焊接。完成整體預拼橋梁結構在其根部或塔座采用鉸鏈定位，門式塔架塔頂4、架上設置提升動力設備或液壓提升器，通過承重鋼絞線與主塔上對應位置的地錨連接，同步牽引將主塔搬起，直至主塔達到設計位置，最后集中焊接根部焊縫。液壓同步提升，采用計算機控制系統，其液壓提升器工作原理如下圖1：圖1工藝原理圖6工藝流程及操作要點6.1施工工藝流程鋼拱塔拱節段廠內制作鋼拱塔拱節段運輸就位鋼拱塔拱節段橋位拼裝豎向轉體臨時鉸安裝提升門架及液壓提升器安裝安裝提升索及防護纜風繩提升前全面檢查各部位準備情況拱塔試提升拱塔液壓同步豎轉安裝就位拱塔底部轉鉸封鎖圖2 鋼拱塔液壓同步豎向轉體施工工藝流程6.2操作要點液壓提升器的選取根據主塔鋼結構重（含加固材料及吊點重量），確定結構初始提升力最大噸位及每5、個吊點反力，在門式塔架頂部配置超大型液壓提升器為主塔豎轉提供提升力。液壓提升架的設置提升門架一般采用可拆裝式鋼構件拼裝而成，門架的跨度和凈空根據鋼拱塔的起吊點位置確定。其結構的設計主要考慮門架提升過程中的承重能力、門架的整體剛度及穩定性。門架內側設兩道內纜風繩，與塔架底部連接，以加強塔架的穩定性。門架及橫梁、門架底部及基礎螺栓錨接。門架基礎承受較大的垂直荷載，每個基礎采用鉆孔灌注樁，使之作用在持力層上。門架基礎承臺采用高標號鋼筋混凝土，承臺內預設錨筋，通過螺栓與塔架底節連接。門架在其后設后拉穩定索，以平衡塔架的提升力，保證塔架體系的平衡。根據提升主塔時的工況分析，確定提升反力，換算到后拉穩定索6、的拉力，依此數據配置后拉穩定索。穩定索采用鋼絞線加索具形式，索具必須具備分級加載和卸載（加載依次為20，40，60，80，100）的功能，以完成施工過程中分級加載平衡的功能。6.2.3拱塔底部轉鉸在主塔提升豎轉過程中，塔體在立面內旋轉，所以在塔體底部設置旋轉銷軸。由于底部要承受巨大的水平和垂直荷載，且此時塔體未形成整體，整體性較差，因此在耳板處做了適度加強，以使銷軸的局部荷載較均勻的傳遞至塔體上。（見圖3 主塔底部轉鉸結構圖）圖3 主塔底部轉鉸結構圖6.2.4拱塔提升吊點提升點的數量及設計位置主要從兩方面進行考慮，其一主要考慮提升設備的提升能力要求；其二則考慮提升過程中塔體的變形控制。主塔提升7、上吊點設計形式為吊籠吊點耳板（銷軸）連接，吊點耳板設計在門式塔架（或主塔）頂部，通過銷軸將門式塔架（后主塔）與吊籠連接，吊籠內放置提升器。塔架提升主塔上吊點示意圖見圖4。圖4提升塔架上吊點布置示意圖提升下吊點對應與上吊點而設置，提升下吊點內安裝提升專用地錨，提升地錨通過鋼絞線與提升上吊點內的提升器連接。提升下吊點的設置以盡量不改變結構原有受力體系為原則。下吊點設置在被提升構件上，相同上吊點設計形式，也為吊點耳板銷軸連接方式。鋼橋塔提升下吊點示意圖及提升下吊點塔體局部加強圖見圖5和圖6。 圖5 提升下吊點立面示意圖 圖6 提升下吊點塔體加強圖面6.2.5承重鋼絞線選取鋼絞線作為柔性承重索具，采用8、高強度低松弛預應力鋼絞線。選取鋼絞線應根據最大提升力及鋼絞線最大允許提升力計算，根據施工安全規范，考慮安全儲備。6.2.6液壓提升系統的布置根據上述提升設備的配置情況，在提升拱塔時，門架柱頂端設置2臺液壓提升器及2臺液壓泵站。液壓提升器間距上、下吊點間距相同，每臺液壓提升器安裝于提升吊籠里面，提升吊籠與門架頂端對應耳板銷軸連接。液壓泵站布置于門架頂部橫梁中間，便于連接并控制對應提升器。6.2.7液壓提升系統的連接液壓提升系統間的連接主要為提升器內穿鋼絞線、提升器泵站間油管、線路連接、液壓泵站動力線連接等。1液壓管路的連接液壓泵站與提升器的油管連接：連接油管時，油管接頭內的組合墊圈應取出，對應管9、接頭或對接頭上應有O形圈；應先接低位置油管，防止油管中的油倒流出來。泵站與提升器間油管要一一對應，逐根連接；依照方案制定的并聯或竄連方式連接油管，確保正確，接完后進行全面復查。2控制、動力線的連接控制、動力線的連接包括各類傳感器的連接，液壓泵站與提升器之間的控制信號線連接，液壓泵站與計算機同步控制系統之間的連接，液壓泵站與配電箱之間的動力線連接。6.2.8計算機控制液壓提升系統的安裝和調試液壓提升系統在進場安裝之前，元件、部件必須經過嚴格的檢測，并達到合格,并形成檢測報告，并保存所有的檢測原始記錄。液壓提升系統在運輸過程中，應對設備保護。設備運輸到位后應做好進場檢查。1 提升油缸及鋼絞線安裝應10、符合下列規定：油缸使用前，應經過負載試驗，并檢查錨具動作以及錨片的工作情況；油缸就位后的安裝位置應達到設計要求；鋼絞線導向架安裝，應使多余鋼絞線距上錨具12m范圍內保持垂直；應用疏導板理順鋼絞線之后，帶鋼絞線整體吊裝；底錨和油缸鋼絞線穿入后，應對鋼絞線進行預緊。2 提升泵站安裝應符合下列規定：泵站在安裝之前，應嚴格試驗；應平穩起吊；泵站要有防雨、散熱措施，泵站設置在高空，要有臨邊安全設施。3 計算機控制系統安裝應符合下列規定：提升控制系統的配線除弱點系統外，均應采用額定電壓不低于500V的銅芯多股電線或電纜；在易受機械損傷或有液壓油滴落部位，電線或電纜應裝于鋼管、線槽或保護罩內；強電與弱電宜分11、開敷設；控制系統上的配線應排列整齊，導線兩端應牢固地壓接相應的接線端子，并應有明顯的接線編號；戶外使用的控制箱的防雷裝置，應安裝正確，牢固；傳感器安裝前應經過標定。4 液壓提升系統在現場安裝后應進行系統調試。并符合下列規定：檢查所有部件、元件的技術狀況；檢查電動機的轉動方向；檢查液壓系統換向閥、比例閥、截止閥的控制作用；檢查鋼絞線、錨具及錨具的動作是否正確、迅速；檢查錨具狀態傳感器是否正確、靈敏，等等。液壓調試系統通過調試后，應進行空載試車，驗證系統的技術狀況：控制系統操作的方向應符合設計要求；各傳感器反饋的信號正常；各安全保護裝置的動作應正確可靠；控制柜等電氣設備應工作正常；順序控制的動作符12、合設計要求；偏差控制的動作可靠有效。5 液壓調試系統完成空載試車后的驗收應符合下列規定：液壓調試系統的安裝、調試和空載試車已全部完成；系統的電氣接線正確，端子固定牢固，接觸良好，標志清晰，性能指標符合現行國家標準的有關規定；系統的所有電氣設備均已校驗合格；系統的所有安全保護裝置、安全連鎖互鎖功能等均已校驗合格；系統的所有聲光信號裝置顯示正確，清晰可靠；系統的技術資料齊全，技術資料應包括：電氣控制電路圖、主要電氣設備文件（包括產品合格證書、產品說明書、安裝圖紙等）、安裝和調試記錄（包括傳感器標定、比例閥標定記錄等）。6.2.9鋼拱塔提升安裝1主拱塔在其平轉位置投影線上進行整體拼裝完成后，利用門式13、塔架頂部提升豎轉設備與后部穩定索同步分級加載，密切同步配合，提升豎轉主塔；分級加載完畢，即主塔豎轉提升離開拼裝塔架后，暫停提升，全面檢查各設備運行情況及結構件穩定情況；2主塔提升豎轉至接近設計位置后，暫停，微調提升點，使主塔處于設計位置，提升設備鎖定、暫停，使主塔保持姿態不變；3進行主塔底部鉸接處的補焊固結作業；6.2.10提升過程的控制和監測提升過程的控制及監測有利于觀測提升過程中的結構變形及結構受力情況，通過監測手段以確定提升過程中的各項指標，并確保提升過程中的整體同步性。對于主副塔本體提升豎轉過程的同步性，依靠液壓提升系統本身的計算機同步系統來控制（詳見液壓同步控制系統說明），豎轉實施過14、程中架設經緯儀隨時跟蹤監測提升豎轉過程門式塔架頂中心（主塔塔頂）偏移。加載過程中各項監測數據均應做好完整記錄。7勞動力組織表1 勞動力配備表序號工種名稱人數作業內容1裝吊工6高空裝吊作業2張拉工8液壓豎轉作業3電焊工10鋼管拱焊接作業4指揮人員4組織指揮、統籌規劃、調度5測量工10豎轉作業測量監控6檢測人員6檢測數據分析合計448主要機具設備表2 主要設備配備表序號名 稱規 格型 號設備單重1液壓泵源系統30KWTJD-602.5噸2液壓提升器5000KNTJJ-50004.5噸3液壓提升器3500KNTJJ-35002.4噸4液壓提升器1400KNTJJ-14000.7噸5計算機控制系統1615、通道YT-16傳感器位移7傳感器錨具、行程8專用鋼絞線18mm9激光測距儀Desto pro9質量控制9.1易出現的質量問題液壓豎轉安裝施工質量控制主要包括被提升結構變形，影響成橋后結構穩定，提升支撐系統的安裝精度控制，提升臨時設備加工制造的質量控制，均可能影響整體豎轉安裝施工的成敗。9.2保證措施被提升結構的安裝保證措施被提升結構提升點的位置應位于提升點的垂直下方，水平誤差宜控制在提升高度的1/1000以內，且不大于30mm。提升點的連接構造和結構調整、加固的部位均應按設計要求檢查驗收。被提升結構的組、拼裝應滿足現行國家標準鋼結構工程施工質量驗收規范及結構設計的相關規定。提升支承系統的安裝保16、證措施應根據現場施工條件及提升支承結構的參數，編制專項施工方案。提升支承系統的安裝過程中，應確保全過程結構穩定可靠。獨立設置提升支承系統時，其臨時基礎和支架施工質量應符合現行國家和地方相關施工驗收規范的要求。提升支承結構制造質量保證措施大型門架起重機整體提升支承結構的制造質量驗收應按現行國家標準鋼結構工程施工質量驗收規范的要求及設計文件執行。提升支承結構安裝應編制專項的安裝方案。整體提升支承結構的組件應符合設計文件要求；鋼結構構件應有出廠合格證及預拼裝記錄。安裝區域內應場地平整，勿影響吊機作業，纜風繩設置及受力分配合理、地錨抗力應符合設計要求。六級以上的大風和雨雪天不得進行提升支承結構的安裝。17、提升支承結構門型支架宜在地面將散件拼裝成節段，再分節段安裝。提升門型結構支承結構底節安裝宜采用墊鐵抄平、二次灌漿工藝。二次灌漿層強度達到散件強度的70時，方可進行上部支承結構安裝。提升支承結構的連接螺栓應采用二次擰緊工藝。提升支承結構的連接螺栓在大型龍門起重機大梁懸空后，對螺栓進行全面檢查，對松動的螺栓要擰緊。提升支承結構將被提升結構提升離地后，不應松動螺栓或纜風繩。卷揚機、起重鋼絲繩、扣件、滑輪組、吊耳均應符合起重吊裝的規定。對纜風繩施加預拉力的同時應用經緯儀對塔頂位移進行監控。宜對稱分級施加預應力。提升支承結構頂部位移不得大于計算值的1.2倍。10.安全措施10.1主要安全風險分析吊裝施工18、屬高空作業，受氣候條件影響比較大，而且吊裝難度較大，易發生高空墜落，物體打擊、觸電等安全隱患。10.2保證措施施工現場安全措施現場安全設施齊備，設置牢靠，施工中加強安全信息反饋，不斷消除施工過程中的事故隱患，使安全信息及時得到反饋；鋼絞線在安裝時，高空應鋪設安裝、操作臨時平臺，地面應劃定安全區，應避免重物墜落，造成人員傷亡；下降前，應進行全面清場，在下降過程中，應指定專人觀察地錨、上下吊耳、提升器、鋼絞線等的工作情況，若有異常現象，直接通知現場指揮。在施工過程中，施工人員必須按施工方案的作業要求進行施工。在鋼塔整體液壓同步提升過程中，注意觀測設備系統的壓力、荷載變化情況等，并認真做好記錄工作。19、在液壓提升過程中，測量人員應通過測量儀器配合測量各監測點位移的準確數值。液壓提升過程中應密切注意液壓提升器、液壓泵源系統、計算機同步控制系統、傳感檢測系統等的工作狀態。高空作業人員應持證上崗，且不能帶病上崗。高空作業人員必須帶好安全帶，安全帶應高掛低用。大風、大雨雪天不得從事露天高空作業，施工人員應注意防滑、防雨、防水及用電防護。不允許雨天進行焊接作業，如必須，需設置牢靠的擋雨、擋風蓬，防護后方可作業。吊運設備和結構要充分做好準備，有專人指揮操作，遵守吊運安全規定；施工用電、照明用電按規定分線路接線，非電器人員不得私自動電，現場要配備標準配電盤，現場用電要設專職電工。電纜的敷設要符合有關標準規20、定。10.2.2突然停電故障各泵源控制閥自動關閉，提升器液壓鎖自動鎖緊，各上下錨及安全錨處于自鎖狀態；停電后恢復供電，系統將自動處于安全停止狀態。10.2.3液壓油管突然爆裂故障提升器液壓鎖自動鎖緊，提升器不致下沉，各上下錨及安全錨處于自鎖狀態；更換爆裂油管。10.2.4液壓泵源故障通常的漏油故障能夠及時解決。只有在短時檢修無效情況下，快速更換相應電磁閥。10.2.5傳感器故障在短時檢修無效情況下，更換傳感器。10.2.6控制系統故障應準確判斷故障點，在短時檢修無效情況下，更換系統零件、部件乃至整套系統。其它故障，在液壓提升過程中，任何監測人員發現有異常情況都可隨時叫停；但提升的重新啟動則必須21、由現場總指揮下達指令，其他任何人不得擅自重新啟動提升作業。11環保措施同步液壓起重機應在明顯位置設置噸位標牌，標牌上應標出：起重機的名稱及型號，制造商名稱，設計單位名稱，產品編號、出廠日期。在司機室內明顯位置應設置產品性能標牌，標牌上應標出：起重機的名稱及型號，主要技術性能參數，出廠日期。在運輸不得超限運輸。施工營地和施工現場的生活垃圾，應集中堆放，報廢材料或施工中返工的挖除材料立即運出現場。12應用實例12.1工程簡介宜興市荊邑大橋設計為鋼箱梁雙套拱斜拉橋主橋采用雙套拱斜拉橋形式，斜拉橋總長為173m，主要包括雙套拱塔和橋面鋼箱梁兩大結構體系。橋面鋼箱梁在主塔以北為51m寬的整體鋼箱梁，主塔22、區鋼箱梁加寬到58.5m，雙套拱塔分為主副塔，主塔整體線形為兩段直線段+兩段橢圓弧線段組成，整體成倒U型，塔高73.6m，與垂直方向傾角為8度，塔底跨距49米，且截面高度成變截面。副塔結構整體線型同主塔較為類似成倒“U”狀，塔高61.7m，塔底跨距26.5米。主幅塔之間通過鋼拉桿連接，由下至上設置26道矩形裝飾橫撐；主幅塔上共設16對斜拉索，總體結構示意圖見圖7所示。圖7宜興市荊邑大橋總體結構示意圖12.2施工情況雙套拱塔施工采用“超大型液壓同步提升技術”主副拱塔逐個整體豎轉提升安裝施工方案，先利用提升塔架將主拱塔整體提升豎轉到位，再在主拱塔上設置提升設施，將副拱塔整體提升豎轉到位。方案對拱塔23、豎轉施工中提升門架剛度、強度、穩定性及液壓豎轉后穩定體系進行了計算驗證，并采用計算機有限元分析對拱塔豎轉施工中的變形進行分析和模擬，給施工提供理論依據。該項目主塔于2009年成功安裝。該技術打破傳統的大型塔吊分段拱塔提升安裝方案。12.3工程結果評價根據現場實際情況，在工期緊、任務重的情況下，合理組織、精心施工，制定了雙套拱的安裝方案。施工速度得到了明顯提高，既保證了工期，又節約了資金，同時施工安全、質量受控，并得到了業主和地方政府的好評。宜興荊邑大橋同步液壓豎轉成功提升，在技術方面打破傳統的大型塔吊分段拱塔提升安裝方案，是“超大型液壓同步提升技術”在大型豎轉方向的又一次突破。宜興荊邑大橋雙套拱提升階段社會各界人士到場觀看了主拱的提升安裝，并給出了一致好評。為公司贏得了顯著的經濟效益和社會效益。12.4建設效果及施工圖片建成后的宜興荊邑大橋效果圖圖8 建成后的宜興荊邑大橋效果圖宜興荊邑大橋施工圖片圖9 同步液壓提升體系圖10 主拱塔提升施工圖11 主拱塔提升施工圖12 主副拱塔提升就位