矮塔斜拉桥成套技术施工工法

'矮塔斜拉桥施工工法李钊林一、前言矮塔斜拉桥也称部分斜拉桥，是近年来我国新出现的一种桥型结构，采用塔梁固结、塔墩分离的稀索体系形式。拉索体系由梁体锚固段、索体自由段和塔上锚固段三部分组成；梁体锚固段为张拉端，由夹片锚具、锚圈、锚垫板、支承筒、索道钢管、减振器、索箍等组成；索体自由段由高强钢绞线通过四层防护组成；塔上锚固段由索鞍、塔端锚固块组成，其中索鞍采用双钢管结构，外钢管预埋于塔柱内，内钢管套于外钢管内，拉索从内钢管穿过，拉索张拉完毕后在内钢管及抗滑锚固块内压入环氧砂浆，塔端锚固块由锚固板、锚固块钢管、现浇环氧砂浆、索箍、防水罩等部分组成。嘉兴市杭州塘大桥采用了矮塔斜拉桥这种结构形式见图1。图1：矮塔斜拉桥结构形态二、工法特点1、本桥主梁采用满堂支架法施工，施工操作简单，质量易控。2、施工占地少，不需投入特殊设备，降低了工程成本。3、拉索施工不需与主梁同步施工，在主梁完成后可集中安装施工拉索，缩短了拉索施工周期。三、适用范围1、本工法适用于公路工程和城市市政建设中小桥型结构中矮塔斜拉桥施工。2、主梁采用满堂支架法施工的小跨度斜拉桥等也可参照此工法。11 四、工艺原理矮塔斜拉桥其主梁的刚度较大，结构受力介于斜拉桥与连续梁之间。斜拉索类似连续梁的体外索，施工既具有斜拉索的特征，又具有连续梁预应力的特征。在设计上，可使每根拉索采用相同的钢绞线根数，以及相近的拉索张力。拉索可做到一次性张拉到位，不需二次调索，张拉工法近似连续梁弯束，采用梁端两端同时张拉。五、施工工艺流程及操作要点1、基础施工工艺及操作要点（1）基础施工工艺由于本桥桥址工程地质属海冲积平原地貌，全桥设计均采用钻孔灌注桩基础。图2：钻孔桩施工工艺流程（2）基础施工操作要点11 a．水中桩工作平台须牢固、稳定，能承受工作时所有的动、静荷载，并能满足施工机械的安全进出。b．在钻进过程中，应根据不同的地质选用适用的钻进速度和泥浆指标。c．钻孔桩成孔后需清孔换浆，确保沉渣厚度不超过设计要求及规范规定。d．钢筋笼吊放位置准确后，要及时采取有效措施使其固定，以防在灌注混凝土的过程中发生掉笼、浮笼事故。e．灌注水下混凝土是成桩的关键工序，因此在灌注过程中应明确分工，密切配合，统一指挥，做好快速、连续施工。2、下部结构施工工艺及操作要点（1）下部结构施工工艺图3：下部结构施工工艺流程（2）下部结构施工操作要点　　a．本桥陆上墩台基坑围护采用钢板桩围护施工，水中墩因处于京杭大运河上，水位较深采用钢套箱围护施工。　　b．钢板桩采用柴油打桩机施打，为保证钢板桩的打入质量，采用夹板定位的沉桩方式。　　c．钢套箱围堰本桥采用装配式钢套箱，在工厂制作。　　d．钢套箱安装之前在待施工的承台四周打设定位桩，在定位桩顶部设纵横梁形成操作平台。　　e．为保证钢套箱能顺利拼装下沉，在定位桩上焊接立柱，并在立柱上架设纵横型钢作为承重梁，承重梁上设置吊点。　　f．按照钢套箱设计图分块安装，用螺栓联结成型，并按钢套箱围堰设计图要求焊接纵、横支撑。　　g．为确保钢套箱均匀准确下沉就位，一般每下0.5m观察一次平面位置及垂直度，如发现偏位或倾斜时，及时采取措施进行纠偏。　　h．承台属大体积结构，为保证混凝土水化热的散发，严格按要求布置冷却水管和控制水温度及其循环。i．墩台施工前应在基础顶面放出墩台中线和墩台内外轮廓线的准确位置。11 j．现浇混凝土墩台钢筋绑扎应和混凝土的灌注配合进行。k．浇筑混凝土的质量应从准备工作、拌和材料、操作技术和灌注养生四个方面加以控制。3、上部结构施工工艺及操作要点本桥主桥的支架分两种，河岸上支架采用在经过处理的地基上搭设满堂支架施工，对于跨河道支架采用在航道范围两侧设临时墩，再在临时墩上搭设贝雷桁架及型钢，组合成连续支架的方法施工。（1）上部结构施工工艺图4：上部结构施工工艺流程（2）施工步骤11 图5：施工步骤图（3）上部结构施工操作要点临时墩采用ф800钢管桩，单桩承载力应满足规范要求。陆上门式支架安装搭设时，自一端向另一端延伸，并逐层改变方向，不得相对进行，每搭设完一层门架后，检查并调整其水平度和垂直度，连续门架的交叉支撑、水平连接杆应紧随门架的安装及时设置，连接门架与配件的锁臂、搭钩必须处于锁定状态。本桥跨越京杭大运河，为满足在洪水期的施工需要及通航要求，对主跨采用贝雷桁架及型钢组合支架，具体组成为：临时支墩+贝雷桁架纵梁+型钢分配梁+模板系统。11 箱梁混凝土浇筑分两个阶段进行，第一阶段浇筑底板和腹板混凝土，形成槽形梁，第二阶段浇筑顶板砼，浇筑时，每一阶段要求一次浇筑完成。合拢口的锁定要迅速、对称地进行，在合拢口锁定后，立即释放一侧的固结约束，使梁一端在合拢口锁定的连接下能沿支座自由伸缩。合拢段混凝土达到设计强度后，解除另一端的支座临时固结约束，完成体系转换。由于拉索通过塔身，因此对预埋弯管组件及索塔精度要求较高，塔墩施工过程中应对索塔的中心、纵横向、及垂直度进行检校，保证索塔尺寸及预埋组件尺寸在设计要求范围内。4．拉索施工工艺及操作要点矮塔斜拉桥的拉索体构造有别于斜拉桥的拉索体系构造，拉索通过塔柱为连续体，有索鞍无锚具。拉索体系由三部分组成，其中梁体锚固段采用夹片群锚体系；塔上锚固段由索鞍、塔柱两侧抗滑锚装置组成；自由段由钢绞线与外裹防护体系组成，见图6。1、锚头2、预埋管3、减震装置4、索箍　5、PE套管6、索箍　7、减震装置　8、抗滑锚　9、螺旋筋　10、塔身砼图6：拉索构造图（1）拉索的制作与安装a．钢绞线拉索的制作方法是在工厂先进行单股钢绞线下料、热挤PE护套，再卷盘运至工地组装，最后进行整束防护。b．拉索安装工艺流程挂索机具安装→梁端锚具安装→塔端内钢管安装→钢绞线下料→HDPE管预制→单根钢绞线逐根挂设张拉→索箍安装、紧索→整索张拉→塔端锚固段安装→压注环氧砂浆→减振器安装→拉索锚固防护，安装防水罩、锚头防护罩。（2）拉索的挂设a．引导索的施工先用单根ф5mm或ф7mm11 高强钢丝自岸侧梁端锚环孔穿入，人工推移顶升至塔柱端，拉出HDPE套管，再穿过塔柱索鞍，接着送入江侧HDPE套管，直至从江侧梁端锚环孔中拉出钢丝，此钢丝作为牵引引导索，将高强钢丝与卷扬机牵引钢丝绳连结。从岸跨梁端反向拖拉高强钢丝、连带钢丝绳一起拖出岸侧梁端锚环孔。引导索在拉索较长的情况下使用，当拉索较短时，可直接将牵引钢丝绳穿入两侧HDPE套管与索鞍中。b．单根钢绞线牵引将单根钢绞线两端与中部索鞍段PE套剥除，清除钢绞线表面的油脂、石蜡，用氧割割除钢绞线端部周围6根钢丝5~10cm长，保留中间一根，切断的6根钢丝氧焊成园端形，用特制的连接器与钢丝绳连结，启动牵引卷扬机，将钢绞线自一端锚环进入→经一侧HDPE套管→塔柱索塔→另一侧HDPE套管→从另一侧锚环拉出，完成一根钢绞线的牵引。c．临时固定钢绞线拉出两端锚具后，测量并调整其长度与位置，装上夹片并轻轻的打紧夹片，拆除牵引钢丝绳，单根钢绞线挂设完毕。（2）拉索的张拉与控制a．张拉方法张拉拉索的设备、方法与斜拉桥钢绞线拉索相同，张拉千斤顶采用配套专用千斤顶，配以张拉撑脚和连续张拉装置，当分束张拉完毕后，换大吨位、小行程、穿心式双作用系列千斤顶进行整体张拉。拉索采用中跨、边跨两悬臂梁端同时同步同应力张拉。b．索体偏移量的控制索体在索鞍部位是裸露的，由于摩擦力较小，如果塔柱两侧张拉不同步，索体会向某一侧偏移。因此张拉时必须严格控制偏移量。在施工中，主塔上设一固定参照点，并用油漆做好标记，由偏移这个点的距离来控制两边千斤顶的伸长。另一方面，千斤顶施力要求同步，控制上，安装好两塔柱两侧悬臂端千斤顶后，同时张拉到初应力（控制应力20%），设置油泵同步控制站，然后同时加压，此时密切监控主塔上预先设置的参照点，如果发现索体往某一侧偏移，则相应降低该悬臂梁段千斤顶的施力速度，当偏移量达到允许范围时，两边再次同步加压，直至达到控制吨位。（3）拉索防护设施的安装a．安装顺序防护设施包括索箍、减振器、防水罩、锚头防护罩、鞍座处注环氧砂浆、锚具注环氧砂浆或注油。其中锚具鞍座处压注环氧砂浆、锚具注油施工方法与第三节钢绞线拉索施工方法相似。防护设施的安装顺序是：索夹安装→紧索→安装减振器→锚头密封→压注环氧砂浆→管口防水罩安装→锚具外防护罩安装。11 b．索箍与减振器的安装索箍和减振器的内截面设计为正六边形或缺角六边形，对于梁端减振器和索箍的安装，先在梁体和六角上安装假索，用紧索器将索体收紧，使成为正六边形设计断面，以方便安装索箍和减振器。索箍和减振器安装完毕，下移HDPE圆管，安装塔端索箍和减振器。c．防护罩的安装防护罩装置是分两半圆拼装的形式，它有两方面的作用：防水和固定HDPE圆管。在梁端设有内外两层防水罩，为圆台形结构，内罩大口径端与索道钢管出口周围焊接，小口径端套入HDPE圆管内，HDPE圆管内外管壁的水分都通过防水罩排出，可以有效的防止由于渗水和圆管内水气形成的水分进入锚具内造成不良影响。在塔端设外防护罩，大口径端箍在锚固块钢管上，箍抱长度不小于10cm，并在末端焊牢；小口径端箍在HDPE圆管上。最高温时HDPE管不得与锚固块相抵，以达到固定HDPE管和防水的目的。5、劳动力组织表1．劳动力组织序号工种人数工作内容1管理、技术12负责生产、管理、组织、技术、经济核算2钢筋工20负责钢筋制作安装3木工30负责模板制、安、拆4混凝土工30负责混凝土浇筑5装吊工20负责支架安拆、拉索安装6张拉工16负责张拉、压浆7普工20配合各技术工种8机电4负责机具维修保养、供电等六、材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6。表6．机具设备序号机具名称单位数量用途1挖掘机台2基坑土方开挖2GPS-20桩机台4基础钻孔桩施工3混凝土拌和站套2混凝土拌制11 4混凝土输送泵台2混凝土输送5汽车吊台2设备等安装6对焊机台2钢筋焊接7钢筋切断机台2钢筋切割8钢筋弯曲机台2钢筋制作9电焊机台10焊接10张拉设备套8预应力筋及拉索张拉11木工机械套2模板制安12卷扬机台2设备牵引、安装13全站仪套1各工序定位、放样14水准仪套3各工序高程测量15激光测距套1索塔、拉索距离测量16频谱仪套1索力测距17手持式应变计套1应力测量18普通液压千斤顶台30支架、设备调整19校孔器套2螺栓孔校正20电动扳手套6高强螺栓安装七、质量控制施工各工序执行《公路桥涵施工技术规范》、《公路桥涵质量检验评定标准》、《市政工程质量检验评定标准》、《钢结构制造及验收规范》、《钢结构工程施工质量验收规范》、《公路桥涵设计通用规范》进行。八、安全措施1、贯彻“安全第一，预防为主”的方针，成立安全领导小组，建立健全岗位责任制，加强安全监督，进行安全技术交底和安全培训，提高施工人员安全意识和防范能力。2、严格遵守施工现场临时用电安全技术规范。3、高空作业戴好安全帽，系好安全带，严禁酒后作业。4、塔顶设置明显警示标志，防范雷击、强风、暴雨、飞行物等对施工的影响，遇到6级以上大风时，严禁进行高空作业。5、拉索张拉时做好安全防范措施，非作业人员严禁进入施工现场。11 九、环保措施1、成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。2、将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。3、对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。4、设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。5、对施工现场电焊条等包装纸、包装袋等应及时分类回收，避免环境污染。6、施工现场材料、机具、构件应堆放整齐，禁止乱堆、乱放；现场应划分原材料和成品区域，不得混放。7、优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。8、对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。十、效益分析1、主梁采用支架法，施工操作简单，拆装方便，施工周期短，质量容易得到控制。2、支架材料采用门式支架和贝雷桁片，新制构件少，一次性损耗料少，可重复使用，节约工程成本。3、施工占地少，不影响既有道路和航道的交通，对周边环境影响小。4、斜拉索安装采用单根牵引法施工，安装精度高，减少了高空作业时间，不需投入特殊设备，降低了工程成本。十一、应用实例1、嘉兴杭州塘大桥工程嘉兴杭州塘大桥全长298.16m，主桥采用跨径为36m+65m+36m的三跨式矮塔斜拉桥结构，采用塔梁固结、塔墩分离的稀索体系形式11 ，混凝土主梁采用单箱+室截面，梁高2.0m，桥全宽40.0m。主塔为钢筋混凝土结构，采用花瓶形造型。工程通过本工法施工，不仅很好地保证了桥梁线型，而且缩短了工期，节约了工程成本，质量达到验评标准。2、安康七里沟汉江大桥工程安康七里沟汉江大桥位于汉江七里沟口，南接环城干道江南段，北接安康大道，桥梁主轴线与汉江水流方向基本垂直。设计为矮塔斜拉桥，全长1100米，为双向6车道，桥宽30米。大桥已于2006年3月开工建设，2008年3月竣工。本工程采用了矮塔斜拉桥成套技术施工工法，保证了质量，缩短了工期，节约了工程成本，效益显著。2008年3月11'