斜拉桥索塔工法

斜拉桥索塔施工工法斜拉桥索塔施工工法 中交一公局第三工程有限公司 1 斜拉桥索塔施工工法斜拉桥索塔施工工法 一 前言一 前言 随着高速公路的迅猛发展 公路等级不断提高 斜拉桥 悬索桥等具有高墩 大跨径 特点的桥梁被广泛应用到工程实际 同时也发挥了越来越重要的作用 索塔作为斜拉桥 悬索桥一个十分重要的组成部分 造价高昂 施工周期长 如何科学组织施工 优质高效 地完成施工任务 具有十分重要的意义 本工法依托江苏省连盐高速公路灌河特大桥索塔 施工工程实例 全面系统地阐述了索塔施工技术和工艺特点 已建成的索塔成品倾斜度 空间尺寸以及外观质量均满足规范要求 处于良好的受控状态 施工进度科学合理 该工 法被证明是一项行之有效的施工工法 代表了目前索塔施工的先进水平 二 工法特点二 工法特点 1 本工法工艺简练 操作性强 施工易于实现 在合理设计模板 支架和爬架系统的 基础上 可以实现高度较大的索塔施工 2 本工法施工结构设计合理 力学模型明确 设计计算量不大 易于被工程技术人员 掌握 3 质量易于控制 通过采用相对基准极坐标法进行测量控制 以及模板支撑体系的优 化 结构物实体质量和外观质量优良 4 本工法投入的大型机械设备相对较少 施工成本较低 循环施工周期较短 具备较 高的投入产出比 三 适用范围三 适用范围 本工法具有施工快捷 结构合理 经济实惠等特点 可以被广泛应用到斜拉桥 悬索 桥的索塔施工中 尤其适合于索塔截面比较规则 塔柱高为 100 200m 的中小型钢筋砼索 塔 通过对模板系统以及爬架提升装置的改进和优化 也可以应用到变截面及高度较大的 索塔施工中 四 工法原理四 工法原理 本工法是索塔施工的一种非常有效的工艺方法 工法原理 在塔柱内预先安装劲性骨 架作为钢筋模板安装定位的依托 纵向主钢筋采用机械连接 下塔柱采用钢管支架模板体 系 中上塔柱采用内翻外爬附爬架的分节段爬模施工模式 砼采用拖泵泵管输送 在中塔 柱上设置横向临时撑架 防止塔柱根部产生拉应力 斜拉索与索塔的锚固形式采用钢锚梁 锚固体系 直接传递给索塔 横梁采用钢管落地支架支撑体系 通过合理布设塔吊 电梯 泵管 水电等设施以及进行预埋件的埋设 并运用塔吊以及吊车进行施工材料的垂直运输 的一种高效的索塔施工工艺 根据索塔形式 高度以及所采用的施工工艺 方法 设备性能和具备的施工能力 索 塔分节长度不尽相同 一般分节长度为 4 0 5 0m 五 施工工艺流程及操作特点五 施工工艺流程及操作特点 一 索塔施工工艺流程 2 施工准备 下塔柱翻模 分段施工 下塔柱钢管 脚手架搭设 中塔柱起步段 翻模施工 下横梁与塔柱 同步施工 安装塔吊 安装避雷及其它 附属设施 塔冠施工 中塔柱爬架翻模 分段施工 上塔柱爬架翻模 分段施工 上横梁与塔柱 同步施工 上塔柱起步段施工 安装电梯 下横梁支架安装 上横梁支架及 水平支撑安装 安装钢锚梁 拆除上横梁支架 1 塔柱施工工艺流程图 5 1 图 5 1 塔柱施工工艺流程图 3 2 塔柱节段循环施工工艺流程图 5 2 图 5 2 塔柱节段循环施工工艺流程图 循 环 施 工 节 段 准备工作 接高劲性骨架劲性骨架加工制作 绑扎钢筋 安装模板 中间验收 钢筋制作 模板加工或整修 浇筑砼 砼养护 安装爬架 接高劲性骨架 绑扎钢筋 安装模板 中间验收 浇筑砼 砼养护 爬架加工制作 4 3 横梁施工工艺流程图 5 3 图 5 3 横梁施工工艺流程图 二 钢筋工程 为加快进度 降低高空作业风险 塔柱内竖向主筋宜采用镦粗直螺纹套筒或挤压套筒 砼试件检测 施工准备 设置安装支撑系统 测量定位 安装底模板 设置模板卸落装置及纵 横向分配型钢 预埋件设置 张拉预应力束 浇筑第二级砼 绑扎钢筋 安装预应力管道 绑扎顶部钢筋 中间验收 浇筑第一级砼 模板加工制作 预应力钢束端头封锚 预应力管道压浆 养护 养护等待强度 支立第二级砼内模 中间验收 拆除模板 安装侧模和内模模板加工制作 水泥浆试件检测 5 等机械连接 其余钢筋采用焊接或绑扎连接 半成品的钢筋按型号 规格 用途等进行编号挂牌 分别堆放 由运输车运至施工现 场 主筋连接后 箍筋由下而上焊接或绑扎 绑扎高度以每次砼浇筑高度为准 三 劲性骨架 为了便于钢筋空间定位并固定模板 索塔塔壁内部一般设置劲性骨架 劲性骨架应单 独进行结构设计 一般采用 100 100 及 80 80 角钢焊接拼装成桁架 在地面上单片制 作 塔上整体拼装焊接定位而成 劲性骨架制作安装的总体布局是 在条件允许情况下 尽量在地面将工作做好 减少塔上工作量 单块骨架的高度同混凝土分节高度 框架形式 按结构设计要求确定 四 砼工程 索塔高度一般较大 砼标号较高 砼宜采用泵送方式输送 通过采用多台输送泵接力 的方式 可以把砼输送到理想的高度 每个索塔下方设置一台固定拖泵 通过泵管将砼直 接泵送至作业面 砼应具有良好的工作性和可泵性 混凝土浇筑从低处开始逐层扩展升高 并保持水平 分层 振捣时使用插入式振动器 其分层厚度约为 30cm 振捣密实标准 砼停止下沉 无 显著气泡上升 表面平坦 呈现薄层水泥浆时为止 下塔柱塔基部分设计一般为实心段 应按大体积砼施工考虑 内部设置降温水管 砼 浇筑后 通水冷却 降低内部温度 同时对模板外部进行保温 防止砼产生温度应力裂缝 五 模板支撑体系 为确保索塔外观质量 外模一般采用大面积定型钢模板 内模采用组合钢模板或木模 板 1 模板的基本结构 塔柱模板由外模板和内模板组成 外模板均为大面积钢模板 内模板以大模板为主 部分采用组合钢模和木模 外模 内模 角模或平模板 其结构形式基本相同 主要由横 肋 竖肋 劲板和面板组成 2 下塔柱模板体系 下塔柱一般设计成变截面形式 并有一定的斜率 为加快工期 充分利用底部承台工 作面 下塔柱模板一般采用翻转式 根据下塔柱的高度 每个塔柱应加工 2 3 节定型钢模 板 高度为 3 4m 施工中根据实际进行循环利用 并进行适当的改装 模板外侧搭设钢管 脚手架 作为操作平台及模板临时支承点 并设置对拉螺杆 3 中 上塔柱模板系统 中 上塔柱采用内滑外翻的模板体系 每肢塔柱加工 3 节模板 高度为 2 2 5m 为保 证混凝土分段部位接缝严密 应保留一节基准模板不拆 施工时始终固定顶部一节作为上 一节段施工的模具和支撑平台 而将下部两节拆除后上翻 提升模板设备采用倒链和塔吊 六 爬升系统 爬升系统主要包括塔身预埋件 爬架 附墙架 工作平台以及塔吊和倒链提升设备等 功能集爬架爬升 模板支立 钢筋绑扎 混凝土浇筑 预应力张拉 孔道压浆以及施工平 台于一体 工作平台整体随塔柱施工逐步上升 为施工人员提供一个封闭的操作空间 安 全 施工便捷 如图 5 4 图 5 5 6 模板拆除 塔吊提升模板 模板安装 塔吊提升爬架并安装 混凝土浇筑 钢筋 预埋件安装 图 5 4 爬模系统示意图 单位 cm 爬模循环施工操作流程图 5 5 图 5 5 爬模循环施工操作流程图 七 横向临时撑架系统 根据索塔形式的不同 为防止索塔根部产生拉应力 一般设计要求采用水平临时撑架 以抵抗塔柱向内倾所产生的水平力 水平撑架设置 在规定高度 于塔柱内侧埋设预埋件并焊接牛腿 用钢管作支撑 采 用油压千斤顶施加对撑力 八 索塔施工测量 索塔施工测量的重点是确保结构的位置正确 塔柱各部分满足倾斜度 垂直度 几何 尺寸和空间位置的要求 斜拉索锚管上 下口位置及其空间倾角准确 由于精度要求高 测量作业场地狭小 平面位置可采用相对基准极坐标法定位或相对 7 时间法原理定位 尽量消除索塔因日照 温度变化的影响 高程采用差分三角高程法定位 以确保定位精度 九 拉索导管定位 拉索导管定位是上塔柱施工的关键 安装精度的高低直接影响到斜拉索的安装及使用 寿命 1 拉索导管定位精度要求 锚固点空间位置三维允许偏差 10mm 导管轴线与斜拉索轴线的相对允许偏差 5mm 2 拉索导管空间定位示意图 5 6 图 5 6 拉索导管空间定位示意图 十 钢锚梁安装 1 搭设平台 平台上铺设钢板或组合钢模 由于安装空间狭小 塔壁内模一般采用钢 管临时支撑 2 平台搭设完毕 焊接钢锚梁水平方向的限位钢板 埋设锚固螺栓 浇筑小石子混 凝土垫层 再安装支承钢板 3 起吊钢锚梁 使钢锚梁尽量水平 将钢锚梁临时放置在平台上 下垫枕板 安装另 一块钢锚梁 精确调整钢锚梁位置 用高强螺栓将钢锚梁连接 连接后对钢锚梁的位置进 行复测 十一 横梁施工 横梁与相应的塔柱节段同步施工 采用落地钢管支架施工的方法 根据结构设计计算 确定支撑及模板系统 一般由钢管 贝雷桁片和型钢等组成 具体视现场材料情况而定 横梁钢筋 砼施工与塔柱基本相同 下面重点介绍预应力体系部分 1 预应力筋张拉规定 张拉机具采用满足最大张拉吨位的千斤顶 张拉前 对高压油泵 液压千斤顶和压力 表进行配套标定校验 确定千斤顶与油泵压力表的回归曲线 砼强度达到设计要求时 进行预应力筋的张拉 先对称张拉腹板束 再张拉顶 底板 束 预应力钢束均为两端同时张拉 张拉以拉力与引伸量进行双控 钢束的伸长值误差控 制在 6 以内 张拉程序为 0 初应力 分级张拉至 con 持荷 2min 锚固 2 压浆及封锚 张拉后 采用砂轮切割机切割多余钢绞线 压浆采用活塞式真空压浆泵 压力控制在 0 5 0 7MPa 压浆后 立模浇筑封锚砼 十二 防雷装置及其它附属设施安装 索塔上的附属设施主要包括塔顶防雷装置 航空障碍灯 塔内爬梯 横梁上的栏杆 照明设施等 塔内爬梯在索塔封顶之前安装 防雷装置和航空障碍灯在塔冠施工完成后安 8 装 横梁上的栏杆要在 0 号梁段支架拆除后方可进行 照明设施在全桥主体工程基本结束 后安装 十三 塔吊 电梯 泵管 水电等临时设施的布设以及预埋件埋设 索塔施工主要临时设施把包括塔吊 施工电梯 拖泵及泵管 供电及供水五个部分 1 塔吊 根据施工现场范围以及施工材料的重量 合理选用塔吊型号 一般选用 80t m 型号以 上 布置在承台两边塔柱旁靠河侧 使得整个索塔均处于吊装范围内 两台塔吊安装高度 应错开布置 为确保安全稳固 沿塔柱高度方向每 20m 设置附臂 2 施工电梯 为了保证工期 便于搭载人员上下通行 一般每个塔肢均应设置一台载货载人施工电 梯 安装位置为承台两边塔柱外靠岸侧 3 混凝土垂直输送 塔柱混凝土的垂直输送 宜选用 80C 型以上的拖泵 一次泵送至塔柱模板内 泵管采 用 型卡固定在专用架上 并间隔用钢丝绳吊挂于塔柱的原模板对拉螺栓上 4 水 一般宜采用两台高压多级水泵 分别布塔柱迎河面左侧 设置水箱用于砼养生及其他 5 供电系统 承台顶面上设置低压配电箱 分别输送给塔吊 施工电梯 高压水泵的电机专用配电 箱 动力电缆随塔柱垂直布置 施工作业面上设置小型配电箱 6 预埋件 索塔上的预埋件种类较多 主要包括为满足设计和施工要求的两部分 对各种预埋件 应统一绘图 并汇总成册 便于指导施工 六 材料设备六 材料设备 本工法仅列出了一个索塔所需要的机械设备和主要材料需求量 实际施工时 可根据 具体情况适当调整 钢筋加工和砼拌合设备可以与其他工程施工交叉使用 机械设备及主 要施工材料详见表 6 1 表 6 1 机械设备及主要施工材料 序号机械名称型号规格 数量 台套 工作内容 1 履带吊 50t 55t2 起重吊装 2 轮胎吊 16t1 起重吊装 3 电焊机 BX3 500 26 焊接 4 钢筋弯曲机 GW40 11 钢筋弯折 5 钢筋切段机 CQ40 22 切割钢筋 6 钢筋镦粗机具 2 镦粗 7 直螺纹加工机具 2 滚司 8 装载机 50 302 上料及工地运输 9 电动磨光机 4 模板打磨等其他 10 混凝土拌合站 50 752 砼拌合 11 混凝土拖泵 60C 80C2 砼输送 12 塔吊 80t m2 垂直起重 13 电梯 CD1001 2 输送人员上下 14 千斤顶450t 以上 4 张拉预应力 15 高压油泵 ZB5004 和千斤顶配套使用 16 压浆机 1 灌注压浆 17 空压机 3 6m3 min2 打压及清理 9 18 高压水泵 IS50 1202 抽水养护 19 发电机 150 200KW1 备用电源 20 竹胶板 244 122cm300m2 横梁外模 21 组合钢模 150 30cm400m2 横梁及塔柱内膜 22 爬模自制或定购2 套施工人员及设备平台 23 型钢和贝雷片 200t 搭设支架及其他 24 钢管支架 400t 搭设支架 由于各索塔之间相距较远 并隔河或跨江 一般每个索塔投入一个队伍 独立组织施 工 实际施工时 可酌情增减 下面以一个索塔为单位配置劳动力如表 7 1 表 7 1 劳动力配置情况 序号工种人数工作内容备注 1 施工负责人 1 负责现场指挥总协调调度 2 质检员 1 负责现场质量检查及报验 3 技术员 2 负责现场技术指导和质量控制 4 起重工 2 负责起重设备信号指挥 5 塔吊司驾人员 4 负责操作塔吊 6 机械工 4 负责随机操作机械 7 安全员 1 负责安全工作实施及检查 8 高强螺栓施拧人员 8 负责高强螺栓施拧塔柱钢锚梁 9 钢筋工 20 负责钢筋加工及安装 10 模板工 16 负责模板安装及支架支设工作 11 砼工 12 负责砼浇筑及振捣等相关工作 12 电焊工 6 负责各种焊接工作 13 张拉工 6 负责预应力体系的张拉及压浆工作横梁 14 电工 2 负责安装及检查电力设施及线路 15 修理工 2 负责修理机械设备 16 普工 10 20 辅助各工种人员做好剩余工作 17 汇总 97 107 完成索塔施工 七 质量控制七 质量控制 索塔的施工难度较大 质量要求高 施工时应严格要求 精细施工 严把质量关 严 格遵循 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 和 公路工程质量检验评定标准 第一 册土建工程 JTG F80 1 2004 的相关要求 并从模板 砼和施工工艺等方面进行重点控 制 1 塔柱和横梁的外模板采用大面积钢模 除强度应满足浇注砼的各项要求外 为保证 其表面平整度 设计时主要以刚度控制 2 对模板的拼接缝 力求做到设计合理 加工制作精细 减少或避免漏浆现象发生 3 尽量减少对拉螺杆数量 以减少塔身砼上的孔洞 并对塔身施工完成后留下的孔洞 及时封堵修补 采用与塔身相同标号的水泥浆进行 力求做到与塔身砼颜色一致 并安排 专人负责 4 对塔身砼配合比进行优化选择 砼搅拌均匀 保证其工作性能 确保塔身砼整体上 色泽一致 5 对模板的准确安装定位 砼的搅拌 泵送入模 振捣 养护等工艺过程采取有效措 施 加强控制 对现场管理人员和操作工人进行质量意识教育 做好每个关键工序的技术 交底 通过保证各个工艺环节的工作质量来确保工程的质量 10 6 塔身的施工放样测量 除采取正确合理的测量方法外 严格执行两人复测制度 复 核必须采用不同的方法进行 以确保塔身放样准确 防止因测量误差过大而导致塔身砼线 条不平顺 7 索塔塔柱及横梁施工的实测项目见表 8 1 8 2 表 8 1 塔柱实测项目 项次检查项目规定值或允许偏差 1 混凝土强度 MPa 在合格标准内 2 塔柱底偏位 mm 10 3 倾斜度 mm 塔高的 1 3000 且不大于 30 4 断面尺寸 mm 20 5 壁厚 mm 5 6 锚固点高程 mm 10 7 孔道位置 mm 10 且两端同向 8 预埋件位置 mm 不大于 5 表 8 2 横梁实测项目 项次检查项目规定值或允许偏差 1 混凝土强度 MPa 在合格标准内 2 轴线偏位 mm 10 3 外轮廓尺寸 mm 10 4 壁厚 mm 5 5 顶面高程 mm 10 八 安全措施八 安全措施 1 进行安全施工应知应会教育 2 成立以项目经理为首的安全生产领导小组 3 建立健全生产组织机构 设置专职或兼职安全员 4 制定安全管理制度 定期进行安全检查 严格实行安全生产岗位责任制 奖惩分明 5 制定主要分项工程的安全操作规程 作业前认真进行安全技术交底 6 进行常规安全操作教育 7 建立健全安全检查制度 定期召开安全会议 及时采取措施消除事故隐患 九 环保措施九 环保措施 环境保护是我国的一项基本国策 保护施工环境是保证施工人员身体健康和消除外部 干扰保证施工顺利进行的需要 1 成立以项目经理为组长的文明施工领导小组 设置施工环境巡查员 由项目综合办 公室负责 对施工造成的环境影响情况及时掌握 及时处理 2 环境保护领导小组 组 长 项目经理 副组长 现场总负责人 成 员 工区负责人 部门负责人 3 配置足够的资源 使空气质量 水质 噪音 废物处理 化学物品 人文自然 等 在施工中符合相关法规和合同要求 4 按月进行环境检测及审核 并做好记录和备案 5 对施工管理人员和施工人员进行环境管理培训 使其清楚了解当地环境法律和合同 11 条款中规定的相关要求 参加培训人员的记录和培训内容要备案在综合办公室 以便相关 部门检查和审核 十 效益分析十 效益分析 索塔施工时 在施工方法和施工工艺上采取了一些新的措施 项目部充分采用 承台围堰钢管等周转材料用于支撑结构 进行了高标号砼配合比优化设计 掺加了粉煤灰 减少了水泥用量 采用了长距离泵送砼工艺等 四新技术 节省了大量的机械设备 大大 降低了工程成本 累计节约工程成本费用合计 200