天津快速路矮塔斜拉桥先梁后索法施工工法

'矮塔斜拉桥先梁后索法施工工法天津城建集团有限公司卢士鹏、赵强、郭春林、赵全治、奚兴华1.前言矮塔斜拉桥最先又称部分斜拉桥,最先在日本兴起。矮塔斜拉桥的受力原理综合了连续梁、传统斜拉桥的优势,即利用主梁的受弯、受压和拉索的受拉来承受竖向集中荷载,就由于矮塔斜拉桥具有以上的优越性,近几年在国内得到快速的发展。本工法根据工程项目的实际情况，在桥梁不设置合龙段的情况下浇筑完成全部混凝土主梁、主塔，张拉全桥体内索后进行体系转换施工。目前这种方法已经在天津滨海新区XX快速路工程-XXX河大桥工程中得以应用，并取得了良好的效果。2.工法特点2.1全桥不设置合龙段，主梁、主塔全部在支架上一次性浇筑完成，在张拉完体内索后进行体系转换施工，施工周期短。2.2采用精密传感器进行拉索的张拉施工，使得一次张拉后的索力与设计成桥索力基本吻合，减少了反复调索，缩短了施工工期。3.适用范围适用于在工期紧张、桥梁跨径较大、能够搭设支架的矮塔斜拉桥。4.工艺原理通过对矮塔斜拉桥成桥后自身的桥梁特点以及现场施工条件进行研究，采用“先梁后索”施工，保证水中及河道内两种不同类型的支架具有相同的刚度，在张拉过程中采用精密传感器节省了工期，节约造价。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程搭设支架→进行主梁、主塔混凝土浇筑→张拉体内预应力→张拉斜拉索→托架。5.2操作要点5.2.1此种不设合龙段的“先梁后索”施工工艺主桥支架在体系转换施工过程中，抵抗桥梁的位移变化，因此在设计施工平台中，此项为重点考虑因素。5.2.2在体系转换施工中，以最终孔的张拉力作为此根斜拉索的实际张拉值，对成桥设计索力进行分析，每一孔的施工张拉力逐步减少，使得最终孔的施工张拉值与设计索力基本吻合。6.材料与设备 6.1投入工程施工机械表名称、类别规格型号数量用途70t履带起重机QY7002箱梁平台液压振动锤120t1箱梁平台汽车吊Qs2501体系转换工程用车1体系转换千斤顶YDSL1504体系转换手拉葫芦8体系转换6.2工程材料进场表序号材料名称材料规格数量1D529钢管壁厚14mm若干236b工字钢若干33拼加强型贝雷架若干4水泥42.5若干5碗扣支架若干7.质量控制严格按照ISO9001标准建立质量保证体系，工程质量标准达到国家验收合格标准。7.1建立健全的质量管理体系7.1.1明确项目经理是工程质量的第一责任人，始终坚持“质量第一”的方针，通过严格的质量管理工作，确保工程质量目标的实现。7.1.2项目总工负责组织编制工程质量计划，组织相关人员进行图纸会审、技术交底，加强施工监控，负责对工程关键技术和难点部位提出超前预防措施和处理质量事故中的技术问题。7.1.3质量主管负责组织物资，试验人员对工程原材料、半成品和成品的检测，并及时提供质量合格证明；负责组织工程施工质量检测和隐蔽工程验收。7.1.4施工主管负责编制施工计划安排，合理进行施工布署和安排，处理常规技术问题。7.2切实落实各项质量保证措施7.2.1施工准备质量控制7.2.2施工过程质量控制8.安全措施8.1安全控制的方针与目标8.1.1安全控制方针：安全第一，预防为主 8.1.2安全控制目标1、减少或消除人的不安全行为的目标。2、减少或消除设备、材料的不安全状态的目标。3、安全管理目标：杜绝安全事故，安全生产达到国家标准要求。8.1.3相关法律法规及标准规程1、《中华人民共和国安全生产法》2、《建设工程安全生产管理条例》3、《建设工程施工现场安全防护、场容卫生、环境保护及保卫消防标准》（DBJ01-83-2003）8.2安全管理措施8.2.1明确防范重点，有的放矢地进行安全管理工作。本工程安全防范重点为：防起重机械事故；防用电、火灾事故；防高空坠落事故；防落水溺水事故。8.2.2落实各级管理人员和操作人员的安全生产负责制，全员承担安全生产责任，做到纵向到底，横向到边，一环不漏，人人做好本岗位的安全工作。9.环保措施9.1提高认识，强化责任环保问题日趋成为关系社会发展与稳定的核心问题。在工程实施期间我们将严格遵守《中华人民共和国水土保持法》和《中华人民共和国水土保持法实施条例》，提高认识，强化责任，在工程实施前期准备、工程实施阶段和竣工验收阶段把环保工作做到位，将施工对环境的影响降到最低。9.2全力落实环保措施9.2.1严格控制噪声、振动、大气污染、水污染、固体废弃物等污染源，从源头上进行防护治理。9.2.2对可固定的机械设备如空压机，备用发电机设置等在施工场地建临时房屋内，房屋内设隔音板，使其与外界隔离，最大限度地降低其噪音。对噪声超标造成环境污染的机械施工，其作业时间限制在七时至十二时和十四时至二十二时之内。9.2.3对振动超标造成环境污染的机械施工，其作业时间限制在七时至十二时和十四时至二十二时之内。9.2.4对易产生粉尘、扬尘的作业面和装卸、运输过程，制定操作规程和洒水降尘制度，在旱季和大风天气适当洒水，保持湿度。9.2.5在施工中减少污泥或废土、垃圾等的堆放时间和堆放量，堆放区周围加护墙护板。制定泥浆和废渣的处理、处置方案10.效益分析采用此种不设合龙段的满堂支架施工不仅工艺成熟，而且施工周期大幅缩短，在天津滨海新区XXX河特大桥上应用后，取得了良好的经济效益。11.应用实例《“先梁后索”斜拉桥施工工法》在天津滨海新区XXX河特大桥中的应用。11.1大桥概况XX快速路工程（一标段）—XXX 河特大桥为天津市首座矮塔斜拉桥，主跨桥型为三跨连续四索面矮塔斜拉桥，跨径布置为85m+145m+85m，主桥全长为315m，主桥全宽为43.0m，总桥梁工程总面积为13545㎡。主梁采用变截面预应力混凝土连续箱梁。上下行分幅设置，每幅采用单箱四室形式。主梁宽43m，两侧悬臂长1.5m，主梁标准梁段高3.0m，在中墩支点处粱高由5.0m按直线形式渐变到3.0m，箱梁顶板厚0.28m，底板厚0.25m，并在桥塔根部局部范围内加厚至0.4m,近支点处的无索区主梁腹板厚0.6m，拉索区主梁腹板厚0.4m。主梁除支点处横隔梁外，梁体中间均布设置厚度为0.3m和0.5m的横隔板，间距为7.5m；中墩、边墩支点处横隔梁厚度分别为3.5m、2.0m，相应横隔板上均设置人孔全宽43m。本桥上、下行单幅桥斜拉索均为双索面，斜拉索采用扇形布置，每个索塔共设7对斜拉索，在横向分为2排，共56根斜拉索。斜拉索采用环氧钢绞线的结构形式，分为49孔、55孔两种形式。最大单根成桥索力为6680KN。索体在梁上间距为7.5m。，斜拉索采用ф15.24mm环氧涂层高强钢绞线，强度为1860Mpa，弹性模量为1.90～2.0×105Mpa；延伸率≥3.5%，其疲劳性能为：应力上限为0.45δb，应力幅为250Mpa的情况下，受200万次荷载作用后不断裂。图1：XXX河特大桥主桥立面图图2：主桥主塔立面图11.2桥梁施工顺序 根据工法自身特点及工期要求，本工程箱梁共分为五段进行施工。分别为8#～9#箱梁普通位置、10#～11#箱梁普通位置，9#箱梁渐变位置、10#箱梁渐变位置，9#～10#跨河位置。在浇筑完成主梁、主塔后张拉体内索，注浆完成后进行体系转换施工。11.3工法重点施工工程11.3.1支架搭设施工1、河道内支架布置1)布置形式及受力分析主桥基础采用钢管工字钢上铺满堂支架的支撑结构，钢管采用D609壁厚14mm的规格，工字钢选用的型号为36b。钢管桩布置间距为4m×4m的布置形式，横向分配梁采用双拼36b工字钢的形式，纵向主梁采用36b工字钢@60cm。选取腹板下位置进行钢管平台的整体稳定性验算，此处梁体自重最大，为最不利截面，计算荷载为67.3kn/m。经过计算Mmax=134.6knm，τman=134.6kn,纵梁布置形式为36b工字钢@60cm，经过计算满足要求。横梁所承担的荷载为纵梁的支座反力，经过计算f=134.6kn，计算模型为简支梁跨中承担均布荷载，,满足要求。XXX河为天津重要泄洪通道，为保证在泄洪期间河道的正常功能，需要在河中留出7m泄洪通道，泄洪通道主梁采用3拼加强行贝雷架代替36b工字钢。计算荷载为105.6kn/m，计算模型为两跨连续梁，经过计算Mmax=477.23knm，τman=399.04kn,能够满足要求。根据以上受力分析，其中钢管桩承担的最大荷载力198kn，钢管入土深度为20m，根据地质勘察报告考虑2m淤泥层无侧摩阻，钢管桩的有效入土深度为18m，计算Qu＝539.58kn，考虑2倍安全系数满足要求。图3：主桥水中平台基础布置平面图 图4：主桥水中平台基础布置立面图2)钢管平台搭设过程I钢管桩打入施工水中平台共设钢管桩30排，打桩采用两台70t同时进行，吊车挂震动锤将钢管桩震动下沉到设计标高，采用200t震动锤将钢管桩夹住，在测量给出的桩位处将钢管桩震动下沉至设计标高。根据设计标高与水面标高的关系，计算钢管桩外露水面的长度，在钢管桩上用红油漆画出红线，并注意每天对水位进行测量。钢管桩的桩位用全站仪进行定位，吊车将钢管桩吊至桩位，进行下沉，在震动下沉工程中始终保持钢管桩的垂直度，当发现倾斜时，立即进行微调，直至矫正后继续震动下沉。当钢管桩下沉至所画的红油漆附近时，适当减慢震动下沉量，由测量人员对桩顶标高进行复合，当桩顶标高达到设计标高时，震动锤与钢管桩之间脱开。如实际标高于设计标高时，震动锤向下做少许震动，直至达到设计标高。II工字钢焊接施工工字钢每段横纵梁长12m,每段梁采用焊接连接，采用揣手接头处理方式，工字钢采用间断焊，焊口长度为10cm@40cm。具体焊接要求如下：焊接前要清除钢板焊接部位表面上的锈斑油污、杂物等。焊缝宽度10cm、间距20cm,全部采用电弧焊。工字钢连接时中间要加设缀板，工字钢横梁与纵梁连接时要用拐子筋固定。工字钢纵向拼接时，之间蒙板进行连接，钢板尺寸为500mm×300mm。2、河滩内支架布置1)布置形式及受力分析大桥主桥边跨位于现状河滩内，经多年潮汐冲刷影响，淤泥层较深，地基承载较差，为保证钢管支架及碗扣支架具有相同的刚度故选用粉喷桩进行地基加固，提高地基承载力满足支架施工需要。粉喷桩选用水泥标号为42.5，桩径为50cm，桩长为10m，水泥掺入量为14.3%（50kg/m），基本布置间距为1.05m×1.0m，在箱梁腹板及横梁位置加密。在粉喷桩施工完毕后之后其上铺设30cm灰土，碾压夯实。布置碗扣支架。经过计算满足施工要求。I地基承载力设计值的确定ƒ＝0.275MpaII灰土下地基承载力=53.2kpaIII粉喷桩复合地基承载力计算R=73.61kN、m=0.20、fspk=100KPa>53.2KPa地基承载力满足要求2)复合地基施工过程I基槽开挖主桥边跨施工场地原为XXX 河滩地，在施工前铺设1mg工程渣土，含有较多混凝土块及砖块,在正式开工前应予以查明，如确实影响施工，应在开工前开挖清除。II桩机定位依据施放的测量控制点，对中桩位，施工中采用吊锤观测钻杆的垂直度，确保钻杆垂直；成桩后桩体的位置、间距应满足设计图纸的要求。III水泥选用根据施工要求，水泥掺入量为14.3%，水泥标号为42.5，成桩后28天保证复合地基承载力为5KPa/m2。IV喷浆下沉与提升搅拌钻杆沿导向架搅拌切土下沉，当钻头叶片进入土层下沉到设计标高后，停置喷浆搅拌一定的时间后，边搅拌边喷水泥边提升，直到提出地面完成一次。施工中严格控制钻头下沉和提升的速度不得超过1.0/min，搅拌头的自转速度应不小于20r/min，工作电流不宜大于60A；搅拌头在设计桩顶与桩底位置时，均应适当降低钻头的提升速度且在原位旋转喷射不少于30s的时间，以确保桩身质量。桩顶面以上预留10cm厚的土体，搅拌机提升出地面，在开挖后将上部质量较差的桩段挖去；施工中严格依据设计要求的喷浆量与提升速度，尽量保证施工过程的连续，如因故短时间停转应将搅拌头下沉到停浆点0.5m以下。V二次搅拌完成首次搅拌后，钻头边旋转边搅拌二次沉入土中，至设计加固深度后再次搅拌、喷浆、提升，从而完成一根柱状加固体，整个搅拌过程应连续、流畅。3、承载力实验1)实验目的在体系转换施工过程中，主梁自身发生位移，体内应力重新分布。为保证托架过程能够按照理论计算顺利的进行，就要使得钢管支架及碗扣支架具有相同的刚度。因此需对两种支架形式进行承载力实验，使得P-S曲线基本一致。2)钢管支架承载力实验采用反立法进行钢管支架实验，在施工期间布置实验平台，根据实验结果适当对钢管入土深度进行调整，实验平台如下图所示。图5：试桩平台布置平面图 图6：试桩平台布置立面图图7：P-S曲线图3)钢管支架承载力实验采用堆载法对复合地基进行承载力实验，试验采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载装置为压重平台反力系统或地锚反力系统。该千斤顶将荷载反力作用于方形承压板上，经承压板将力传递给测点。荷载由联于千斤顶的精密压力表测定油压，根据千斤顶率定曲线换算荷载。承压板的沉降量由大量程百分表测量，取其平均值以克服不均匀沉降。具体加载情况如图所示。图8：实验装置图图9：P-S曲线图 结论：根据实验结果，钢管支架与复合地基基础在相同荷载作用下所产生的应变近似，因此认为两种支架具有相同的刚度。11.3.2斜拉索施工过程1、单根索力确定斜拉索第一次张拉是通过单根张拉索力累积达到整束设计第一次张拉索力的，实际施工操作时按以下原则：1)第1、2根：为减少套管对单根张拉力造成过大的非线性影响，第1、2根钢绞线用来承受外套管的自重，所以张拉力由该管的垂度确定；2)第3根：根据整束拉索索力平均之后由主梁及索塔的变形量进行修正，使安装完成之后单根索力累计值与设计接近，避免单根挂索之后索力大调整。3)第根：，—第根安装时传感器变化值；4)第一、二根补拉时按控制方法确定。采用此法进行斜拉索张拉，同一根斜拉索的钢绞线索力均匀性可控制在2%之内。5)单根钢绞线张拉及锚固。6)具体计算情况如下表所示。 2、索力均匀性控制为使每根索中各钢绞线索力均匀，采用等张拉值法进行张拉，即每根钢绞线的拉力以控制压力表读数为准，传感器读数进行监测。挂索前，将监测传感器安装在一根不受外界影响的钢绞线上，安装顺序为：支座垫板——传感器——单孔工作锚。随后张拉时每根绞线的拉力是按当时传感器的显示变化值进行控制的。3、全桥单根循环调索结合永定河桥的实际情况，索体的最后索力调整采用单根循环张拉方式进行。其索力调整工艺与单根张拉一致。1）索力调整目的由于单根挂索张拉时的基准索是根据整束拉索索力平均之后由主梁及索塔的变形量进行修正的，该方法可使安装完成之后单根索力累计值与设计接近，但与张拉后的索力仍存在一定的误差。为保证索体的实际总索力符合设计要求或与设计值一致，因此必须对单根张拉完成之后的索体进行一次或多次索力调整。2）索力调整方式索力调整采用单根循环张拉方式进行，其工艺与单根张拉工艺一致。3）索力均匀性控制为使每根索中各钢绞线索力均匀，索力调整时仍采用等张拉值法进行张拉，即每根钢绞线的拉力以控制压力表读数为准，传感器读数进行监测。结论：通过以上索力控制，索力均匀性可控制在每根斜拉索的各股钢绞线的离散误差不大于理论值的正负2%；这样一来省去在全部体外索张拉完毕后的调索过程节约工期，节省造价。'