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斜拉桥施工技术研究 网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：斜拉桥施工技术研究 学习中心： 辽宁省奥博学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程（道桥方向）年 级： 2009年秋季 学 号： 091055404067 学 生： 内容摘要斜拉桥是大跨度桥梁中应用较广的桥梁形式，以其优越的力学性能，卓越的跨越能力，优美的外形，良好的动力性能，便捷的施工，成为大跨度桥梁首选的结构形式。斜拉桥是公路、铁路及城市道路交通巾特大跨径桥梁常用桥型之一。施工方法和施工控制是斜拉桥施工过程中的一项关键技术，其对斜拉桥施工的成败与效率起着关键性作用。本论文对斜拉桥索塔、主梁及斜拉索的施工方法进行系统总结研究，进而提出斜拉桥施工中常见的技术问题及解决方案；并对斜拉桥施工控制的一般方法和影响斜拉桥施工控制的因素进行探讨。关键词：斜拉桥；施工；关键技术；质量控制目 录内容摘要I引 言11 绪论21.1 斜拉桥的发展概述21.2 本文研究的主要内容52 依托工程项目概况62.1 依托工程背景62.2 桥址自然状况62.3 主要技术标准62.4 总体布置72.5 桥梁上部结构72.6 桥梁下部结构83 斜拉桥施工关键技术103.1 索塔施工关键技术103.1.1 索塔构造103.1.2 索塔的施工133.2 加劲梁施工关键技术193.2.1 加劲梁的构造193.2.2 加劲梁的施工方法233.2.3 加劲梁悬臂浇筑法施工243.3 斜拉索施工关键技术273.3.1 斜拉索的概述273.3.2 斜拉索的挂设293.3.3 斜拉索的张拉与调索303.3.4 斜拉索的防护314 斜拉桥的施工控制334.1 线形控制334.1.1 悬臂浇注过程中的结构挠度334.1.2 结构预拱度设置344.2 应力控制344.2.1 截面应力测试354.2.2 应力测试的问题364.2.3 拉索应力控制365 结合工程实例分析385.1 索塔施工385.2 主桥箱梁施工395.3 斜拉索施工405.3.1 斜拉索施工要点405.3.2 斜拉索索力测试425.3.3 索力测试结果分析435.3.4 索力测试信息反馈445.4 主桥施工控制445.4.1 线型控制455.4.2 主梁施工测量475.5 依托项目施工总结486 结论50参考文献51III引 言近几十年来，随着我国斜拉桥建设技术的逐渐成熟，施工经验日趋丰富，斜拉桥得到迅速的发展，主要原因是由于斜拉桥优点较突出，材料可以得到充分利用，性能可以得到充分发挥，不但在大桥中采用，在中、小桥梁中也可以采用。桥梁工程技术人员在取得巨大成绩的同时，也面临着一系列施工关键技术难点、问题。本文主要对斜拉桥的施工方法和控制的关键技术进行系统的研究、总结，希望能给广大桥梁技术人员提供帮助。本文共六章，分别介绍了斜拉桥的发展、斜拉桥上部结构的施工关键技术及斜拉桥的施工控制，并结合依托项目对斜拉桥上部结构施工方法与控制进行了总结。1 绪论1.1 斜拉桥的发展概述20世纪50年代中期，瑞典建成了第一座现代斜拉桥斯特罗姆桑特桥(Stromsund Bridge)，主跨183m，为世界现代斜拉桥的发展创造了良好的开端。1958年，德国建造了主跨260m的杜赛尔多夫北桥（TheodorHus Bridge）以及1959年建造了主跨302m的塞维林(Severin Bridge)桥，巩固了现代斜拉桥的地位。同时，60年代法国的东兹尔(Donzere Bridge)斜拉桥，前苏联基辅的第聂伯尔(Dnjper Bridge)斜拉桥，以及意大利罗马的马格里那(M=suaIla)斜拉桥相继建成。到20世纪90年，斜拉桥得到了迅速发展，如挪威的斯卡恩圣特桥(Skamsundet Bridge)（主跨530m）、法国的诺谩底桥（Normandy Bridge）（主跨856m）、日本的多多罗桥（Tatara Bridge）（主跨890m）等，特别是1999年主跨达到890m的日本多多罗桥的建成，标志着斜拉桥在大跨度桥梁中的重要地位。我国的斜拉桥是从70年代后开始修建的，起步比国外晚了20年。1975年，我国建造了第一座斜拉桥四川云阳桥（主跨76 m）；并且在1976年，建造了上海松江的新五桥（主跨54m）。从1977年起，我国进入了改革开放的新时期，交通建设的发展，推动了大跨度斜拉桥的建设。1982年我国建成了第一座主跨超过200m的山东济南黄河桥（主跨220 m），从此我国的斜拉桥得了迅速的发展，全国各地建造了不同类型的斜拉桥，如主跨260 m的天津永和桥和288m的山东东营黄河桥我国第一座钢箱斜拉桥，以及1990年建成的主跨210m湖南长沙湘江北大桥（首创-轻型挂篮悬浇施工和美丽造型），成为了这一时期斜拉桥建设的代表性工程。1991年，我国建成了上海南浦大桥（主跨423m），开创了我国修建400 m以上大跨径斜拉桥先河，我国的斜拉桥建设又出现了一个新的高潮，紧接着1993年，建成了主跨602m的上海杨浦大桥，标志着我国斜拉桥的建设水平已跻身世界前列。几十年来，随着我国斜拉桥建设技术的逐渐成熟，施工经验日趋丰富，斜拉桥的跨径记录不断被刷新，现已经建成的主跨1018m的香港昂船洲桥和主跨1088m的苏通长江大桥，突破了斜拉桥跨径千米的记录，位居世界第一。从20世纪70年代开始到目前，我国已建成斜拉桥300多座，居世界第一位，其中主跨400m以上的有39座之多。目前已建成的世界前十位斜拉桥见表1-1，刷新斜拉桥跨径纪录的桥梁见表1-2。序号桥名国家主跨（m)主梁塔型/塔高建成年份1苏通长江大桥中国1088钢箱梁A形塔/300.420082香港昂船洲大桥中国1018钢箱梁圆锥形塔/29020083多多罗大桥日本890钢箱梁倒Y形塔/22019994诺谩底桥法国856钢箱梁倒Y形塔/202.719955南京长江三桥中国648钢箱梁人字形塔/21520056南京长江二桥中国628钢箱梁倒Y形塔/195.420017武汉白沙洲桥中国618钢箱梁A形塔/17520008福建闽江大桥中国605结合梁A形塔/17520019上海杨浦大桥中国602结合梁钻石形塔/200199310上海徐浦大桥中国590结合梁A形塔/2101996表1-1 世界前十位斜拉桥表1-2 斜拉桥跨径世界记录序号桥名国家主跨（m)主梁建成年份1斯特罗姆桑特桥(Stromsund Bridge)瑞典182.6钢箱梁19552杜赛尔多夫北桥（TheodorHeuss Bridge）德国260钢箱梁19583塞维林桥(Severin Bridge)德国302钢箱梁19594杜赛尔多夫Knie桥(Knie Bridge)德国320钢箱梁19695新坎普桥（Neuenkamp Bridge）德国350钢箱梁19716圣纳泽尔桥（St Nazaire Bridge）法国404钢箱梁19757Barriors de Luna Bridge西班牙440混凝土梁19838Annacis Bridge加拿大465结合梁19859Skarnsundet Bridge挪威530混凝土梁199110上海杨浦大桥中国602结合梁199311诺谩底桥（Normandy Bridge）法国856钢箱梁199512多多罗大桥（Tatara Bridge）日本890钢箱梁199913香港昂船洲大桥中国1018钢箱梁200814苏通长江大桥中国1088钢箱梁2008斜拉桥得到迅速的发展主要是由于斜拉桥优点较突出，材料可以得到充分利用，性能可以得到充分发挥，不但在大桥中采用，在中、小桥梁中也可以采用。斜拉桥是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系，其以斜拉索作为主梁的弹性中间支撑，降低了梁的截面弯矩，因而相对来说斜拉桥比梁式桥具有更大的跨越能力。由于拉索独有的自锚特性使得斜拉桥不需要像悬索桥那样设置巨大的锚旋，加之其良好的力学性能和经济指标，使得斜拉桥成为大跨度桥梁中最主要的桥型，在跨径200米到800米的范围内占据着优势，在800米到1000米特大跨径桥梁中同样扮演着重要角色。斜拉桥目前最常见的立面布置形式为：双塔三跨式和独塔两跨式；塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等；主梁形式有混凝土梁、钢箱梁、结合梁和混合梁；拉索布置有单索面、平行双索面和斜索面，斜拉桥形式见图1-2。从目前的资料统计来看，国内双塔三跨式斜拉桥主要以对称式最为普遍。斜拉桥最主要的优点是有较好的刚度，多样性的塔型，灵着性的拉索布置，能够构造出许多新型的桥梁形式。图1-1 拉索布置形式作为大跨径桥梁最流行的桥型之一，可以预见，随着斜拉桥设计、施工技术的日趋成熟，以及新材料、新技术、新工艺的不断应用，大跨径、特大跨径斜拉桥将越来越多地耸立在神州大地的江河湖海上。斜拉桥发展趋势主要体现在以下几个方面：1）桥面的轻型化。随着高科学高技术的运用桥面系重量减少，结构趋于向轻巧和柔性的方向发展。在特大跨度斜拉桥中更多地采用叠合梁，从而有效地减轻了桥面系重量，提高了跨越能力。2）塔结构的多样化。早期斜拉桥桥塔多采用钢结构，近年来越来越多地采用混凝土塔结构。倒“Y”形或钻石形塔可使梁体获得较高扭转自振频率以提高其临界颤振风速，大跨径斜拉桥多采用这两种类型索塔。3）多跨（多塔）斜拉桥。多塔斜拉桥以其新颖、 美观的结构形式， 近年来被越来越多地采用， 如早期的委内瑞拉马 拉开波桥为6 塔斜拉桥， 近年我国修建的香港汀九大桥和岳阳洞庭湖大桥均为3 塔斜拉桥。 4）拉索新型化。随着桥梁跨径增大，拉索垂度也增大，而刚度随之降低，因此需考虑设置辅助索。拉索防护材料现多采用PE材料外包有色PU材料防护，同时抑制风雨振的高阻尼材料和阻尼器也广泛地应用于斜拉桥上。1.2 本文研究的主要内容随着桥梁设计和施工技术的不断发展，斜拉桥作为一种优秀的桥型得到了广泛应用，但是斜拉桥结构和其它桥梁结构体系相比，结构要复杂的多，对施工的技术水平要求比较高。斜拉桥是高次超静定结构，成桥后的主梁线形和结构恒载内力与所采用的施工方法和安装程序有着密切联系。随着施工阶段的推进，斜拉桥的结构体系、荷载状态、结构内力及变形都在不断变化。索的内力调整会引起主梁内力、主梁挠度及索塔弯矩的改变，如改变一根索的拉力，附近其它索的拉力及主梁标高也会改变。另外，斜拉桥非线性特性表现显著。为了确保斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形始终处于安全范围内，成桥后主梁的线形、塔的偏位及结构的受力均符合预期状态，就需要详细分析计算每个施工阶段的状态，对施工程序做出详细的规定和说明，并在施工中进行有效的管理和控制。本文结合依托工程项目提出了斜拉桥施工中常见的技术问题及解决方案，为今后从事斜拉桥施工打下坚实基础，对斜拉桥施工技术的发展提供经验。本文研究内容主要有以下几个方面问题：1）斜拉桥的索塔属于高耸结构，并且索塔内部设置预应力筋和劲性骨架，结构非常复杂，如何选择合适的施工工艺进行施工、以施工中采取何种措施才能更好的保证施工质量，这些成为了研究的重点。文中详细探讨了翻模、爬模两种施工艺的优劣点以及索塔施工的控制措施等。2）斜拉桥对主梁的施工主要采用悬臂法施工，本本文对此进行了详细的研究，总结了施工的关键技术。3）斜拉索是斜拉桥的主要承重结构，在施工过程中，斜拉索的制作、挂设、张拉、调索相当重要，必须认真对待。斜拉索是斜拉桥成桥的关键材料，斜拉索制作质量的好坏，对斜拉桥的安全及线型，桥梁的使用寿命等均带来很大影响。本文重点对斜拉索的施工关键技术进行了总结。2 依托工程项目概况2.1 依托工程背景兰州银滩黄河大桥座落在兰州市区西部兰州经济技术开发区内，是开发区的形象工程，也是兰州市世纪末的标志性建筑。工程起点位于黄河北岸安宁区营门滩，终点位于黄河南岸七里河区马滩。全长1397.41m ，其中桥长963.48m，共30个墩台，主桥为2133m钢筋混凝土独塔双索面斜拉桥，该工程按城市主干路一级设计，设计荷载汽-超20，结构宽度：引桥、引道23m，主桥25.5m，匝道12m。设计地震烈度八度。2.2 桥址自然状况银滩黄河大桥位于兰州七里河断陷盆地北部边缘，桥址处地表面为人工堆填或漫滩表面新近沉积之亚粘土等（厚0.53.6m），其下为厚度达300m以上的卵石土层，卵石土基本承载为700800Kpa。桥位于黄河流域上游，已形成梯级调蓄。黄河汛期一般为69月，9月水量最丰，日平均流量1753m3/s；枯水期为2月，日平均流量506m3/s。桥址处地下水主要为黄河及阶地侧沟和大气降水，地下水埋深在两岸级阶地为1820m，河漫滩为025m。地下水及黄河水对混凝土无侵蚀性。桥址处地震基本裂度八度。除地表0.53.0m为半干硬的亚粘土、砂土处，地面以下20m范围内未发现可液化土层。2.3 主要技术标准（1）道路等级：城市主干路级。（2）计算行车速度：60kmh。（3）最大纵坡：桥梁及引道2.5。（4）设计荷载：汽-超20设计；挂-120验算；人群5kNm2。（5）结构宽度：引桥23m，主桥25.5m，引道23m，匝道12m。（6）桥面横坡：行车道2人字坡，人行道1单面坡。（7）通航等级：级。通航净宽46m，通航净高7m。（8）洪水频率：设计1/100；基础检算1/300。（9）设计地震烈度：八度。（10）坐标及高程系统：坐标采用兰州市城建坐标系统；高程采用旧大沽高程系统。2.4 总体布置主桥采用2133m钢筋混凝土独塔双索面斜拉桥，塔墩固结，主梁飘浮体系。两侧引桥采用40m及20m简支梁，具体孔跨布置为：10孔20m预应力混凝土空心板梁5孔40m部分预应力混凝土组合箱梁(133133)m斜拉桥2孔40m部分预应力混凝土组合箱梁10孔20m预应力混凝土空心板梁。桥全长963.48m。两侧桥台均置于大堤以外。主线引道路基宽度23m，北岸引道长321.89m，南岸引道长112.04m。两侧地面道路（匝道）路基宽12m，北岸长2475.13m，南岸2280m，通过环道与南北滨河路及规划市政道路相连。纵断面设计在综合考虑行洪、通航、南北滨河路立交的基础上进行设计。全段最大纵坡为2.47，最小竖曲线半径5000m；两侧地面道路（匝道）最大纵坡为2.455%，最小竖曲线半径1500m。主桥桥面高程1534.84m。桥面高程由最高通航水位控制设计。2.5 桥梁上部结构主桥纵向布置及主梁断面图2-1。图2-1 主桥纵向布置及主梁断面图（cm）（1）主梁：采用单箱双室开口箱形截面。箱梁侧高2m，顶宽25.5m，底宽17m，顶板设2人字坡，中心线处梁高2.25m。箱梁沿纵向每隔4m设置一道横隔梁，横隔梁均设有8080cm过人洞，并在底板及纵隔墙设有通气孔和泄水孔。箱梁按部分预应力混凝土A类构件进行设计，混凝土标号为C50。除配有一定数量的普通钢筋外还配有三向预应力钢筋和钢绞线。纵向预应力根据施工和运营需要配有32精轧螺纹粗钢筋和钢绞线，在斜腹板和直腹板中配有精轧螺纹粗钢筋，在横隔梁中配有7和9钢绞线。除斜腹板及直腹板预应力粗钢筋采用缓粘结工艺外，其余均采用波纹管或铁皮套管成孔。在箱梁上预埋有人行道、投光灯、过桥供水管及灯柱等预埋钢筋和钢板。主桥端支点采用盆式橡胶支座及横向阻尼橡胶支座，沿纵向设有橡胶隔震垫，梁端设大位移量伸缩缝，全桥共2道，桥面铺装采用4cm防水混凝土铺装，上设6cm沥青混凝土磨耗层。（2）索塔：采用H型桥塔。塔高79m，桥面以上63m。在桥面以上29m处设有横梁，横梁为空心截面，壁厚60cm。桥面以下4m处设有刚性横梁及纵、横挡块，在挡块与主梁之间安装高阻尼橡胶支座。塔柱在桥面以下区段为实体矩形截面，塔底截面为76m。桥面以上至上横梁区段为空心截面，壁厚60cm。上横梁以上缆索锚固区为工字形实体截面，在塔顶设有避雷针及安全护栏。塔柱除配有普通钢筋外还设有由角钢组成的劲性骨架。下横梁配有钢绞线。索塔混凝土标号为C40。（3）斜拉索及锚具：采用镀锌低松弛高强度平行钢丝束，冷铸墩头锚具。双面扇形布置，索距8m。索长29.5m138.5m，全桥共124根。有121丝、139丝、187丝、211丝规格。钢丝标准强度。张拉端设在索塔上部，锚固端设在主梁斜腹板锚块处。缆索防护采用内层为黑色高密度聚乙稀，外层为白色高密度聚乙稀的双护套结构。（4）引桥：两端引桥40米跨径采用部分预应力混凝土组合箱梁，混凝土标号为C50；20米跨径采用预应力混凝土空心板梁，混凝土标号为C40。预应力线材均采用钢绞线，梁内预埋有栏杆及灯柱等预埋件。桥面采用连续结构，联长80120m。联与联之间设置SSFB80型浅埋式仿毛勒伸缩缝，全桥共有12道。桥梁支座采用板式及四氟板式橡胶支座或弧形板式及四氟板式橡胶支座。桥梁横坡通过盖梁调整，纵坡通过弧形支座调整。桥面铺装采用10cm防水混凝土铺装，上设6cm沥青混凝土磨耗层。（5）全桥预应力纲绞线，配合OVM锚具。精扎螺纹粗钢筋，配合JLM锚具。2.6 桥梁下部结构（1）塔墩采用分离式钢筋混凝土圆端形沉井基础，井高22m，中心距31.5m，平面尺寸178/个。井顶设有承台、系梁，承台高6.5m。主桥边墩采用6根直径1.5m钻孔桩基础，三柱式矩形桥墩，L形盖梁。堤坝以内及河滩两侧桥墩为6根直径为1.2m钻孔桩基础，桥台及其余桥墩均为明挖基础，除塔墩及主桥边墩外，其余桥墩均为三柱式矩形桥墩，倒T型盖梁。（2）桥台采用重力式型桥台，台后设有钢筋混凝土桥头搭板。墩台帽均设置横向抗震挡块，纵向设置抗震销，在桥台前墙及盖梁两侧设置橡胶垫以缓冲地震作用。3 斜拉桥施工关键技术3.1 索塔施工关键技术3.1.1 索塔构造（1）索塔的形式斜拉桥的主塔(又称索塔)，是全桥的主要承重构件，不仅要承受巨大的轴力，还要承受很大的弯矩；并具有造型富于变化、建筑高度高、结构构造复杂等特点；其结构形式、建筑高度、截面尺寸大小和塔底支承形式等是由桥位处的地质条件、环境条件、斜拉桥的跨径、桥面宽度、拉索布置及建筑造型要求等因素决定的。一般斜拉桥的顺桥向布置基本形式有单柱式、倒Y形、A字形等，见图3-1。a)单柱式b)倒Y形c)A字形图 3-1 索塔顺桥向布置形式单柱式索塔构造简单，沿桥纵向的刚度一般比较小，抵抗纵向弯矩的能力比较低；A字形和倒Y形索塔沿桥纵向的刚度较大，有利于承受索塔两侧斜拉索的不平衡拉力。索塔沿横向的布置主要有：柱式、门式、A形、倒Y形、菱形（宝石形）等，见图3-2。a)、b)柱式c)、d)门式e) A字形f) 宝石形g) h) y) 倒Y形图3-2 索塔的横向布置形式柱式塔是最简单的一种形式，其刚度较小，一般适用于单索面的斜拉桥，相应的主梁的刚度就要大些。门式塔横向刚度较大，可以作为桥面宽度不大双索面斜拉桥的索塔。A形塔和倒Y形以及菱形索塔的横向刚度较大，适用于大跨径的斜拉桥。（2）索塔的高度索塔的高度H决定着整个桥梁的刚度和经济性，见图3-3。图3-3 塔高和索长、倾角的相互关系塔的值越大，拉索的倾角越大，拉索的垂直分力也越大，但拉索的长度也越长。若忽略主梁弯曲刚度的影响，则主梁的支撑刚度将来自于索和塔两方面。对于相同的主梁拉索锚固位置，索对梁的支撑刚度主要取决于索力的竖向分力和拉索的线刚度。从图3-3可知，V与成正比。与成正比。对塔来说，H越大，则塔抗水平变位的刚度就越弱。在刚性主梁拉索锚点处荷载P的作用下，主梁下绕量为： (3.1)上式右边第一项为拉索伸长所引起的挠度。从公式可知，当表达式的值为最大时，拉索对主梁的支撑刚度最大，而此时拉索的倾角为55。公式右边第二项为塔位移所引起的挠度，其中为综合考虑背索影响的索塔等截面当量刚度，显然越小，即塔越矮，则塔对梁的支撑刚度就越大。综合索和塔对刚度的共同影响，对于每一座斜拉桥，都存在着一个最佳塔高H，使得索和塔对主梁的支撑刚度达到最大。图3-4是双塔和独塔斜拉桥的常见高跨比范围。从表3-1我们可以看出，无论是独塔双跨式或双塔三跨式斜拉桥，单索面的桥塔高跨比均略大于双索面的桥塔高跨比。图3-4 索塔高跨比范围表3-1 国内斜拉桥桥塔高跨比统计资料桥名主跨 (m)高度H（m)附注上海恒丰北路桥7749.971/1.51独塔单索面重庆石门桥2301131/2.04广东西樵大桥12548.21/2.59独塔双面索淮阴运河大桥90461/1.96广东南海九江桥16077.51/2.06长沙湘江桥21053.721/3.91双塔单面索广州海印桥17557.41/3.05天津永和桥260521/5.0双塔双面索济南黄河桥22051.271/4.29东营黄河桥288571/5.05武汉长江二桥400911/4.4上海南浦桥4231051/4.03上海杨浦桥6021441/4.18（3）索塔的支承形式斜拉桥索塔的支承形式有以下三种：1）塔墩固结：塔柱下端固结于墩顶，塔柱中产生的弯矩较大，但这种形式的塔柱应具有相当的柔性，使荷载和温度影响对结构不会产生过大的应力。2）塔梁固结：采用这种形式的主梁大都是箱形截面，此时不仅要在固结点对箱形截面作必要的补强，并且还要在其底提供大型承载支座。3）铰接塔柱：塔柱底部在桥的纵向采取铰接形式，可减少塔柱的弯矩和降低桥跨结构的超静定次数。当地基支承条件较差时，采用此种形式可使基础免受较大的弯矩。3.1.2 索塔的施工索塔是斜拉桥的一个重要组成部分，在施工中有着重要的地位，从造价方面，索塔占总造价的20%左右，从建设方面，索塔施工约占总工期的1/3。索塔一般有塔座、塔柱、横梁、塔冠等几部分组成。按建筑材料的不同，索塔主要有混凝土索塔和钢索塔。由于采用的材料不同，从而在施工方法和工艺要求上也有较大的差异。相比来讲，钢索塔一般造价昂贵、施工精度要求高、维护要求高但抗震性好：混凝土索塔则有价格低廉、整体刚度大、施工简便，成桥后一般无需养护和维修的特点，因而在现代斜拉桥中被广泛采用。不论是钢索塔，还是混凝土索塔，其构造比一般桥梁桥墩要复杂得多，其塔柱可以是垂直的，也可以是倾斜的，塔柱之间常需设置横梁，塔内须设置前后交叉的管道，以备斜拉索穿过锚固，塔顶有塔冠并须设置航空标志灯及避雷设施，沿塔壁内侧须设置检修通道，塔内还有可能设置观光电梯等等。因此索塔的施工必须根据设计、构造要求及环境条件统筹兼顾。（1）混凝土索塔施工方法及技术要点混凝土索塔通常由基础、承台、下塔柱、中塔柱、上横梁、上塔柱拉索锚固区段及塔项建筑等八大部分或其中的几部分组成，见图3-5。图3-5 混凝土索塔示意图1）混凝土索塔的下塔柱、中塔柱和上塔柱施工工艺，一般采用支架法、滑模法、翻转模板法、爬模法分节段施工。因为施工节段大小的划分与塔柱构造、施工方法、施工环境条件、施工机具设备(起重设备能力)等多方面因素有关。大多数索塔都采用爬模法和翻转模板法来施工。目前国内塔柱施工的爬模模板系统是把爬架和模板分开，而没有有机的结合在一起。采用爬模法施工时，爬升系统由爬架自身的提升设备和模板拆翻提升设备两部分组成。爬架采用型钢焊接，不能周转使用，且重量很大。爬架自身的提升设备一般可采用倒链葫芦、电动机或液压千斤顶，模板拆翻提升设备则采用倒链葫芦、电动葫芦或卷扬机。由于索塔的截面尺寸变化较大，混凝土施工缝处理要求高，选择一种能够加快施工进度和保证施工质量，且能够适应各种结工的模板系统，是索塔施工的关键技术之一。国内大部分已建的斜拉桥索塔模板施工工艺与南浦、杨浦斜拉桥施工工艺基本一样。南浦大桥索塔混凝土施工所采用的是多功能空间架体自动转向爬模，俗称“斜爬模”。这种“斜爬模”由架体系统、模板系统和联接导向滑轮系统三个大部分组成；它是将爬升架、操作平台和脚手架有机地结合在一起，形成了多层多功能的架体，以索塔塔身作为整个爬模系统的支撑体；施工过程中分别利用架体与索塔本身互为支撑体，架体与模板交替斜向、直向和转向提升或下降。“斜爬模”的基本构造及施工流程图见图3-6、图3-7。图3-6 “斜爬模”的基本构造 图3-7 “斜爬模”的施工流程另外在南浦大桥的施工中，由于索塔下部向外倾斜，索塔中部塔腿向内倾斜，为保证施工过程的索塔的稳定，控制变形和最大限度消除施工带给结构的附加应力，为此还设置了临时(受压)水平支撑。杨浦大桥的索塔模板系统在南浦大桥的施工经验基础上有所改进。在下塔柱混凝土施工中采用“导轨、滚轮翻模”；中塔柱模板采用“斜导架、模板脚手”；三角区模板采用“搭支架，悬挑脚手架法”；上塔柱采用“导轨、滚轮翻模”，主要由带有导向机构和装有导轮和滚轮的模板组成，其特点主要是在脚手架上安装导轨，使带有导轨和平面滚轮的模板能沿导轮确定的方向在另一块模板上顺利提升。“斜导架、模板脚手架”主要由斜导架和模板脚手架等部分组成，与南浦大桥主塔施工时所采用的“斜爬模”的主要区别在于“斜导架、模板脚手架”的操作架是固定在模板上方，给操作脚手架设置固定的斜导架，斜向提升；而斜导架又靠它固定模板脚手，斜向滑行；两者相互交替爬升。斜导架主要有三个部分组成：附墙架体、标准架体和维修架体。附墙架体主要由附墙框和加强架体构成；标准架体由4根10受力槽钢和L50X5角钢构成空间构件。悬锚脚手、套模模板系统采用“一大二小”三块模板，即一块标准大模板和两块增加的小套模。施工时，将最上面的一块小的套模板保留在前一段施工好的混凝土上；待钢筋施工完成后，将下面的一大一悬锚脚手、套模模板系统采“一大二小”三块模板，即一块标准大模板和两块增加的小套模。施工时，将最上面的一块小的套模板保留在前一段施工好的混凝土上；待钢筋施工完成后，将下面的一大一根据上塔柱结构的特点，工艺流程为：搭设超排脚手，将超排脚手与劲性骨架临时拉结；安装劲性骨架，将劲性骨架与外脚手临时拉结，绑扎钢筋，安装索管；拆除模板与外脚手临时拉结，拆除下面“一大一小”两块模板，在拆除模板的塔柱上安装悬挑脚手，使外脚手与塔柱连接：提升“一大一小,”两块模板，并“坐”脚手在另一块未拆模的小模板上，将模板与脚手临时拉结。主要工艺流程见图3-8，套模施工见图3-9。 图3-8 工艺流程图 图3-9 套模施工法 下横梁、上横梁的施工在高空中进行大跨度、大断面现浇高强度预应力混凝土横梁，其难度很大。施工时要考虑到横隔板支撑系统和防止支撑系统的链接间隙变形、弹性变形、支承不均匀沉降变形，混凝土梁、柱与钢支承不同的线膨胀系数的影响，日照温差对混凝土钢的不同时间差效应等产生的不均匀变形的影响，以及相应的变形调节措施。每次浇筑过程中由于支架的变形影响而造成混凝土开裂。 主塔混凝土施工主塔混凝土的施工工艺采取现场搅制、吊斗提送的混凝土施工工艺是一种常用的方法。当主塔高度较高时，往往用吊斗提送的混凝土，其供应速度难以满足设计及施工的要求，此时有条件的，应采用泵送混凝土施工工艺的大流动混凝土。为了改善混凝土可泵性能并达到较高的弹性模量和较小的混凝土收缩、徐变性能，应采用高集料、低水灰比、低水泥用量、适量参加粉煤灰和泵外加剂，以便满足缓凝、早强、高强的混凝土泵送要求。 泵送混凝土施工特点及要求在满足设计提出的混凝土基本性能要求的前提下，泵送混凝土工艺应根据主塔施工的不同季节、不同的缓凝时间、不同的高泵送混凝土的要求确定。一般应考虑混凝土泵设施的布置，即根据不同的部位、泵送高度、没浇筑时间、没浇筑混凝土工程量，考虑混凝土泵送设施来综合布置。混凝土索塔施工工艺流程见图3-10。图3-10 混凝土主塔施工工艺流程图（2）钢索塔的施工方法及技术要点钢索塔一般采用预制拼装的办法施工，但钢索塔价格昂贵，成桥后维护保养要求高，施工过程中起重设备能力及施工精度要求高。钢索塔施工一般包括工厂分段预制加工和现场吊拼安装两个大的施工阶段。在自然环境条件下，钢材容易锈蚀，一般采用耐腐蚀钢材、喷锌或喷铝层、油漆涂装等多种方法来防锈蚀。钢索塔的阶段连接一般采用高强度螺栓连接、焊接、栓接和焊接混合连接等方式。钢索塔的连接方式主要有浮吊法、爬升式起重机法、塔吊法等。1）浮吊法浮吊法是将桥塔整体一次或多次安装的方法，日本目前最大的浮吊可起重3500t，起吊高度为90m,一般用于塔高80m以下，跨度为500m左右的悬索桥塔施工。具体的吊装节段由浮式起重机的吨位和高度确定。希腊rion桥桥塔的上部钢锚部分和南京三桥钢索塔的下部就是采用此方法安装的见图3-11、图3-12。图3-11 希腊rion桥桥塔吊装图 图3-12 南京三桥钢索桥下部吊装图2）爬升式起重机法首先在塔柱侧面安装护轨，安装可沿其爬升的起重机逐段起吊安装塔身。这种方法要求严格控制桥塔的铅垂度。3）塔吊法安装和桥塔完全独立的塔吊进行桥塔架设，由于桥塔上不安装施工机械，因而施工方便，精度易得到保证，但费用较高。南京三桥的索塔上部就是采用的这种方法，见图3-13。南京长江三桥主桥为双塔双索钢箱梁斜拉桥，其主塔为国内首次采用的“人”字形钢结构索塔，主跨为648m，塔柱高215m，设4道横梁，其中下塔柱及下横梁为钢筋混凝土结构，下横梁以上部分为钢结构索塔柱。除钢混结合段外，每个钢索塔共分为21个节段，每节段长7.711.42m，节段间连接采用端面金属接触，M24高强螺栓连接。钢索塔总重约12000t，其概貌见图3-14。由于特大桥钢索塔施工在我国尚属首例，且钢索塔的现代施工工艺对测量的精度和施工控制提出了相当高的要求。南京长江三桥钢索塔施工的关键技术主要有以下几个方面。图3-13 南京三桥钢索塔上部吊装 图3-14 南京长江三桥钢索塔概貌索塔施工应注意以下几点： 斜拉桥属于高次超静定结构体系这种体系对于结构每个节点的定位要求都非常严格，节点坐标的变化将影响结构内力的分配和成桥线形因此钢索塔每节段测控定位的精密与否将直接影响着桥梁结构的安全性和外观线形。 为了保证预拼装测量过程中的钢索塔节段各部分温差不超过2，且环境温差在2以内，因此预拼装所有测量工作都成选在凌晨3：005：00进行；同时，钢索塔拼装测量应选在同一时间段。 钢索塔关键部位定位精度要求特高，大桥首级控锚网已不能满足拼装测量的精度要求。在此情况下，根据大桥现场施工条件要求建立相应的钢索塔施工专用控制网，并采取措施提高控制网的精度。 钢索塔拼装施工现场观测条件复杂，单一的观测手段很难满足钢索塔不同节段拼装的需要，因此针对不同节段、不同施工条件，需要采用内控法、外控法及连外控结合的测量方法。3.2 加劲梁施工关键技术3.2.1 加劲梁的构造斜拉桥的主梁按材料不同分为钢梁、混凝土梁及钢梁上加设混凝土桥面板的结合梁和钢筋与混凝土混合使用的混合梁等四类。（1）钢梁钢梁按其结构形式分为实腹梁和钢桁梁。1）钢实腹梁各种钢实腹梁横断面形式见图3-15。a)双工字梁b）多工字梁c)矩形箱梁d)梯形箱梁e)双矩形箱梁f)双梯形箱梁图3-15 钢实腹梁横断面形式从图中可以看出，初期使用的工字梁和多工字梁的缺点是主梁抗扭刚度小。为了增加抗扭刚度，逐渐发展了箱型断面，包括单箱或多箱，其中流线扁平钢箱梁已广为大跨斜拉桥采用，如主跨628m的南京长江二桥，见图3-16。图3-16 南京长江二桥钢箱梁断面图（单位：mm）另外，倒梯形钢箱梁，因悬臂伸到全部路面宽度，并且有很好的空气动力稳定性，抗扭刚度大，尤其适用于单索面体系，见图3-17。当然，此时对单箱梁应设置较强的横向传力构件，为了方便斜拉索的锚固，在桥中线处易设置窄箱梁。图3-17 倒梯形钢箱梁断面图（单位：mm）2)钢桁梁钢桁梁多用于双层桥面或公铁两用桥，结构形式见图3-18。 图3-18 岩黑岛桥钢桁梁断面图（单位：mm）（2）混凝土梁混凝土梁与钢梁相比主要优点是： 造价低，后期养护比钢梁简单便宜。 刚度大挠度好。 抗风性能好混凝土梁的缺点是跨越能力不如钢梁大，施工速度也不如钢梁快。常见的混凝土主梁的横断面形式，见图3-19。图3-19 常用混凝土主梁断面形式(3) 结合梁结合梁是在钢主梁上用预制混凝土桥面板代替常用的正交异性钢桥面板。它除具有与钢主梁相同的优点外，还能节约钢材用量且其刚度及抗风稳定性均优于钢主梁。结合梁一般采用钢双主梁，并且只使用于双索面斜拉桥，其断面形式见图3-20。图3-20 杨浦大桥主梁结合梁断面图（单位：mm）（4）混合梁混合梁是在中孔大跨度全部或者部分采用钢主梁，两侧采用混凝土主梁。这种桥型适用于边跨与主跨比值较小的情况，其截面形式见图3-21，典型实例见图3-22。a)钢梁断面b)混凝土梁断面图3-21 混合梁主梁典型断面形式图3-22 法国诺曼底桥及混合梁主梁（单位：mm）3.2.2 加劲梁的施工方法斜拉桥主梁施工方法与梁式桥基本相同，大体上可以分为顶推法、平转法、支架法和悬臂法等四种形式。支架法和悬臂法是目前斜拉桥主梁施工的主要方法。前者适用于城市立交或净高较低的岸跨主梁施工；后者适用于净高较大或河流上的大跨径斜拉桥主梁的施工。（1）支架法支架法有在支架上现浇、在临时支墩间设托架或劲性骨架现浇、在临时支墩上架设预制梁段等几种施工方法。其优点是施工最简单方便，能确保结构满足设计线型，但仅适用于桥下净空低、搭设支架不影响桥下交通的情况。我国天津永和桥（主跨260m）是在临时支墩上拼装主梁的，见图3-23。图3-23 天津永和桥支架法的施工步骤为： 在永久性桥墩和临时墩上架设主梁； 从已完成主梁的桥面撒谎能够安装塔柱； 安装拉索； 拆除临时墩，使荷载传至缆索体系。（2）悬臂法悬臂法一般是在支架上修建边跨，然后中跨采用悬臂施工的单悬臂法，也可以是对称平衡施工的自由悬臂法。悬臂施工法一般分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法。1）悬臂浇筑法悬臂浇筑法是从塔柱两侧用挂蓝对称逐段就地浇筑混凝土。我国大部分混凝土斜拉桥主梁都是采用悬臂浇筑法施工的。斜拉桥主梁的悬臂施工与连续梁和连续刚构桥类似，不同的是如果能利用斜拉索，可以采用更轻型的挂蓝施工。图3-24为Helgeland Bridge （主跨426.7m）的悬臂浇筑和挂蓝施工照片。图3-24 Helgeland Bridge悬臂浇筑和挂蓝施工2）悬臂拼装法悬臂拼装法一般是先在塔柱区，现浇一段放置起吊设备的起始梁段。然后用起吊设备从塔柱两侧对称安装节段，使悬臂不断伸长直至合拢。主梁在跨中合拢，进行桥面铺装、安装栏杆等附加荷载。（3）顶推法顶推法是指梁体在桥头逐段浇筑或拼装，用千斤顶纵向顶推，使梁体通过各墩顶的临时滑动支座面就位的施工方法。顶推施工是在桥台的后方设置施工场地，分节段浇筑梁体，并用纵向预应力筋将浇筑节段与已完成的梁体连成整体，在梁体前安装长度为顶推跨径0.7倍左右的钢导梁，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前方顶推出施工场地。重复这些工序即可完成全部梁体施工。（4）平转法平转法与拱桥中所采用的转体法相似，将上部结构分为两半，分别沿两岸顺河流方向的矮支架上制作，然后以索塔为圆心旋转到桥位合龙。采用此法修建的斜拉桥不多，跨径也不大，如我国四川金川曾达桥（转体前顺河搭低支架现浇，索塔卧地预制，经安装索塔和拉索后，平衡转体施工就位）和法国Meylan桥，均为平转施工。3.2.3 加劲梁悬臂浇筑法施工斜拉桥悬臂浇筑法施工的主要步骤为：0号块施工安装挂蓝各段悬臂灌注各段安装拉索并张拉合拢必要时调索。（1）0号块施工墩顶0号块梁段采用在托架上立模现浇，并在施工过程中设置临时梁墩锚固，使0号块梁段能承受两侧悬臂施工时产生的不平衡力矩。由于考虑到在托架上浇筑梁段0号块混凝土，托架变形对梁体质量影响很大，在作托架设计时，除考虑托架强度要求外，还应考虑托架的刚度和整体性；采用万能杆件、贝雷梁、板梁、型钢等做托架时，可采取预压、抛高或调整等措施，以减少托架变形。（2）安装挂蓝0号段施工完成后，即可在其上安装挂蓝。安装挂蓝一般用吊机进行，水上一般用浮吊进行。几种常用的挂蓝见图3-25。挂篮是悬臂浇筑施工的主要机具。挂篮是一个能沿着轨道行走的活动脚手架，挂篮悬挂在已经张拉锚固的箱梁梁段上，悬臂浇筑时箱梁梁段的模板安装、钢筋绑扎、管道安装、混凝土浇筑、预应力张拉、压浆等工作均在挂篮上进行。当一个梁段的施工程序完成后，挂篮解除后锚，移向下一粱段施工。所以挂篮既是空间的施工设备，又是预应力筋未张拉前梁段的承重结构。见图几种常用的挂蓝示意图。a)平行桁架式挂蓝b)三角组合梁式挂蓝c)菱形挂蓝d)弓弦式挂蓝图3-25 几种常用挂蓝示意图（单位:mm）（3）逐段悬臂浇筑1）挂篮就位后，安装并校正模板吊架，此时应对浇筑预留梁段混凝土进行抛高，以使施工完成的桥梁符合设计标高。抛高值包括施工期结构挠度，因挂篮重力和临时支承释放时支座产生的压缩变形等。2）模板安装应核准中心位置及标高，模板与前一段混凝土面应平整密贴。如上一节段施工后出现中线或高程误差需要调整时，应在模板安装时予以调整。3）根据称重和静载试验测试结果，进行调整挂篮底模标高。再将第一个悬浇块段缆索张拉到牵索索力。然后绑扎钢筋及安装预应力预留管道，预留管道接头严密对准，并用胶布包贴，防止灰浆渗入管道。管道四周应布置足够定位钢筋，确保预留管道位置正确，线形和顺。4）对称灌注第一个悬浇块混凝土，混凝土养护并张拉主梁各向预应力，进行体系转换，将牵索索力由挂篮转至主梁上，挂篮下降后，将第一个悬浇块段缆索索力张拉到设计索力。5）悬臂施工的两组挂篮同步前移一个梁上索距，提升到位，对称施工第二个悬浇块段，同理对称施工后续悬浇块，直至边跨最后一个悬浇块段索力张拉到设计索力。边跨现浇段在边跨最后一个悬浇块段完成前施工完毕。6）进行全桥调索，然后施工斜拉桥主梁边跨合拢段。注意按照设计要求处理好斜拉桥与相邻桥跨之间的关系。边跨合拢段施工时可采用中跨挂篮前移进行平衡压重。7）边跨挂篮拆除，中跨挂篮前移施工中跨单悬臂块段。8）最后悬浇块段施工完成后，进行全桥调索，线形符合要求后，浇注斜拉桥中跨合拢段，全桥合拢后拆除挂篮。采用挂篮悬浇主梁节段主要工序见图3-26。挂篮走行到位测量主梁线型及全部索力挂篮提升到位，微调定位设定挂篮前端底模标高，并将挂篮与梁体锁定，测量主梁高程底模、外模、内模精调挂设节段缆索 底板钢筋、预应力筋安装索道管安装调整就位横梁、肋板钢筋成片安装，穿钢绞线束复查挂篮前后端相对高差，张拉节段牵索到要求索力内模吊装顶板钢筋、预应力筋安装复查挂篮前端标高，测量主梁线型及索力节段混疑土灌注前检查验收调整节段斜拉索索力灌注一定节段混凝土测量主梁线型灌注剩余混疑土混疑土养护测量主梁线型及索力端模，内模拆除主梁横向、纵向、斜向预应力张拉牵索转换为永久索管道压浆，锚槽封端调整斜拉索至设计索力挂篮下降图3-26 主梁悬浇节段循环施工流程图3.3 斜拉索施工关键技术3.3.1 斜拉索的概述斜拉索是斜拉桥成桥的关键材料，斜拉索质量的好坏，对斜拉桥的安全及线型，桥梁的使用寿命等均带来很大影响。斜拉索由两端的锚具、中间的拉索传力件及防护材料三部分组成，称为拉索组装件。拉索的材料有钢丝绳、粗钢筋、高强钢丝、钢绞线等。斜拉索的技术经济指标表现为：强度、刚度、耐疲劳性能、耐锈蚀性能、施工难易和价格。（1）斜拉索的种类对于大跨径桥梁来说，斜拉索主要有：平行钢丝束、钢绞线束