独塔双索面双层斜拉桥施工技术[详细]

1、独塔双索面双层斜拉桥施工技术,天津第六市政公路工程有限公司 薛长迁2014年5月,主要内容,第一部分 斜拉桥简介 一、斜拉桥的结构 二、斜拉桥的发展 第二部分 新世纪大桥施工实例 一、新世纪大桥概述 二、施工顺序 三、施工方法 （一）主桥施工 （二）引桥施工 （三）桥面铺装,第一部分 斜拉桥简介,斜拉桥(Cable-stayed bridge)的上部结构由梁、索、塔三类构件组成 。 它是一种桥面体系以加劲梁受压（密索）或受弯（稀索）为主、支 承体系以斜索受拉及桥塔受压为主的桥梁。,一、斜拉桥结构,二、现代斜拉桥发展,（一）现代斜拉桥发展的原因与条件 1、对300m800m跨度最有竞争力； 与悬

2、索桥相比，斜拉桥有比较好的刚度。 2、景观方面的新颖感； 塔的型式多样性，拉索布置的灵活性，可以构造出许多新型的桥梁形式。 3、新材料开发配合； 高强度钢索材料的发展，防腐技术的提高。,4、设计理论和计算技术的进步； 抗风抗震的计算理论有了长足的进展，电子计算机有限元分析计算软件的应用。 5、施工技术的进步； 自架式平衡施工技术的发展，施工控制技术的进步。 6、整体桥面的开发与配合。 扁平箱形截面的构造技术的发展。,（二）斜拉桥种类的多样化 斜拉桥从早期的钢斜拉桥，发展到预应力混凝土斜拉桥、结合梁（叠合梁） 斜拉桥、混合梁（即边跨混凝土梁与主跨钢梁连结）斜拉桥。,上图为天津保定桥，该桥为钢与混

3、凝土组合结构，主跨采用钢箱梁结构，边跨采 用预应力混凝土箱梁结构。桥梁主塔高50米采用风帆造型。,独塔双跨式斜拉桥常布置成两跨不对称的形式，即分为主跨与边跨；也可以布置成两跨对称的形式。,（三）主塔双跨斜拉桥,陕西咸阳渭河二号大桥是目前西北地区最大的单塔斜拉式大桥，于1995年12月19日建成通车。,概 述,新世纪大桥两侧长堤间距约1200m，主河槽宽度约260m，桥宽约40m，桥梁全长约800m（其中主桥钢箱梁200m，引桥现浇预应力连续箱梁每侧各300m）。,第二部分 新世纪大桥施工实例,一、新世纪大桥概述,桥梁总体设计,新世纪大桥由主桥及两侧引桥两部分组成，主桥桥型为支承体系独塔斜拉桥，

4、跨径布置为100m+100m=200m，塔高80m。全桥跨径布置：引桥（1030m）+主桥（100m+100m）+引桥（1030m）=800m。根据桥梁结构形式的变化，引桥断面采用左、右分幅设置，主桥则为整体单幅设置。 主桥桥型为支承体系独塔斜拉桥，跨径布置为100m+100m=200m，塔高80m。主梁为钢箱梁，梁高2.5m，主塔为钢塔。,主 塔,桥塔外形图,主塔塔高80m，顺桥向塔顶宽4m，经过直线段和曲线段过渡到承台顶，在12.2m塔高位置，主塔分成两个塔柱，单塔柱宽度约4.2m，横桥向塔顶宽度为3.6m，经过曲线过渡到承台顶宽约6.8m。,施工整体部署,二、施工顺序,主塔下部结构、钢箱

5、梁预拼装、拖拉平台搭设-桥塔搭设至1/3高度、第12轴至11轴钢梁拖拉就位-桥塔支撑搭设-桥塔组装到顶、主梁安装焊接完毕-挂索-体系转换-拆除支架-桥面铺装。 引桥结构基本与主桥结构同步施工，仅靠近主桥西侧10轴40m长箱梁在主桥完成后施工。,（一）主桥下部结构与钢桥支撑体系同时施工,（二）主桥1/3高度钢塔与12轴至11轴钢箱梁同时施工,（三）桥塔组装到顶、主梁安装焊接完毕,1、桩基施工,主桥桩基础采用1.8米直径钻孔灌注桩，拟投入2台旋挖钻机，先期利用30工作日内时间内完成主塔区域48根桩的施工，再由中间至两边依次完成主桥边墩基础。,（一）主桥施工,三、施工方法,2、承台施工,主塔承台拟采

6、用单层钢板桩围堰、架设承台支撑模板结构体系。 承台采用分层连续浇筑，施工过程中采用劲性骨架做好塔脚预埋，确保其定位准确。,主塔承台高4.5米，顺桥向长22.5米，横桥向长55.5米，浇筑方量达4700多立方。,承台施工顺序： 1、设钢板桩围护，实施开挖； 2、浇筑10cm素混凝土垫层； 3、在垫层上施工钢塔柱脚40cm厚混凝土承力板； （1）施工前精确放样钢塔柱脚的平面位置 （2）紧贴柱脚外轮廓预埋6块1.2x1.2m厚1cm钢板，2块0.5x0.5m厚1cm钢板。 4、安装钢塔柱脚，并固定； 5、支设承台模板、进行钢筋绑扎； 6、安装冷却管； 7、混凝土浇筑。,承台大体积混凝土防裂措施:,3

7、、在混凝土中预埋直径为40mm冷却水管降温 。水平间1000mm，上下间1000mm。布置3层。 4、对承台进行分层测温，测温孔均匀分布于基础平面，并同时测定环境温度，直至温度稳定为止。根据温度变化采取相应措施。,1、采用水化热比较低的水泥，通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。 2、采选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土。,承台内冷却管布置图,3、主塔塔脚,塔脚施工分两步进行，第一步施工至承台顶部1米，第二步施工至塔座上2米，做好塔脚精确定位后进行外包混凝土施工。 施工控制重点： 保证承台内塔柱安装精度,柱脚内塔柱安装立面图,柱脚内塔柱安装平面图,4、钢构件加工

8、运输,本工程钢构件均在指定钢结构工厂内生产半成品，运输至现场预拼装后实施安装焊接。,根据全桥具体的结构形式，将节段划分成若干单元，并根据单元的类型设置不同的组装与焊接胎架进行单元制造。在面板单元中，为减少单元件焊接变形，在焊接胎架制造时根据焊接变形的方向预设了反变形数值。在焊接工艺上大量采用了药芯焊丝CO2气体保护自动焊。板单元按不同的编号进行分类存放。,钢构件加工,a、板加工,钢箱梁立体单元制造主要完成腹板与面（底）板组合焊缝以及内部横向加劲肋连接焊缝的焊接、箱梁立体单元端口修整、临时连接件的安装工作。,总装胎架,安放底板,组焊腹板单元,组装立板单元,组焊面板单元,钢构件加工,b、钢箱梁立体

9、焊接,经检验合格并做好标记后钢板即可以用抛丸机进行表面抛丸处理，处理等级必须达到标准规定中的Sa2.5级，并进行检验。 本工程需在现场硬化一块场地，以便在现场设置整板抛丸设备和数控切割设备。,钢板表面处理后在8小时内即涂装底漆，涂饰底漆之前必须将抛丸处理后的钢板表面吹扫干净。每道漆膜厚度须达到2025um。,钢构件加工,c、钢板的预处理,d、涂装底漆,（1）板面平整度的控制。在焊接前，将切割下料的板件校平，使板料的不平度控制在1.5mm/m以下。 （2）焊缝坡口型式及尺寸 。在保证焊缝熔透，焊缝与母材等强度的原则下，采用“X”形坡口，焊缝坡口角度选为40度。 （3）预热。为了减少焊接应力，加速

10、氢的扩散，避免产生淬硬组织，防止焊接冷裂纹，焊前进行预热处理。预热方法采用平板式低电压高温电加热器。,e、厚板焊接质量保证措施,钢构件加工,（4）层间温度控制。焊缝层间隔温度应控制在110120 之间，当层间温度大于200 时，待温度降低后，再继续施焊。,（5）焊后处理 。焊后立即用石棉布盖住焊缝,采取保温措施，使其冷却速度均匀。特殊情况时，将焊件（局部）加热到250 并保温一段时间，促使氢的逸出，降低氢致裂纹的敏感性。,（6）多层焊施焊过程中每焊完一道，必须将熔渣清除干净，并将焊缝及附近母材清扫干净，再焊下一道。已完工焊缝亦应按上述要求清理。,钢构件加工,针对低合金结构钢厚板焊接，采用焊前预

11、热，层间温度控制，焊后热处理等工艺措施，达到控制焊接撕裂缺陷的目的。预热的方法采用电热板和火焰加热。,焊接过程中，严格按照焊接工艺控制每一道焊缝的电流、电压及焊接速度。按照工艺评定中试板制作参数控制焊接过程中每一道焊缝的温度。对于厚板特殊接头形式在焊接过程中进行焊接处理。焊后马上进行后热保温处理，以防止裂缝及延迟裂纹的产生。,g、钢结构焊接应力消除,钢构件加工,（1）主梁分段,主桥顺桥向共总体划分27个结构段， 40m宽钢桥横桥向在桥中间避开第三道纵肋进行拆分，每段长7m，单元半成品尺寸为7x18m、7x22m 每段钢箱梁在在预拼装平台上焊接。钢箱梁总重4200t。,5、钢箱梁安装,（2）钢箱

12、梁施工总体方案 本工程钢箱梁采用拖拉法施工。在西侧引桥10轴位置设钢箱梁预拼装及焊接平台，实施拖拉施工之前保证三个施工段预拼焊接完成。对每一施工段左右两幅箱梁进行拼装焊接，并根据事先固定的定位埋件精确调整箱梁初始位置，在支架顶面设置五组滑道。滑道与桥面系之间放置10组滑靴，通过两台JM10慢速电动卷扬机作为牵引设备，沿桥轴纵向分段拖拉至相应的设计位置，各段组装成形最后拆除附属设备，落梁就位，进而成桥。 单元钢梁进入现场后采用QUY150A型150吨履带将单元箱梁吊至预拼装平台上。吊车吊装参数为36m主臂，回转半径18m，最大吊重120吨。,（3） 拖拉平台搭设,（3）拖拉平台搭设,钢箱梁安装支

13、架采用600*10mm钢管布置，钢管不插入地面，每四根为一组，钢管横向净间距为1m，纵向净间距为3.4m，组间距7.4m。支撑在施工完成的条形基础上，经地基承载力计算，基础截面尺寸为7000 x3000 x1000mm，基础顶面与埋于河床顶面下1m。上部受力平台由双拼36#工字钢承重横梁、纵向采用双拼64式军便梁作为承载纵梁，承载纵梁上设置间距为1m的单拼32#工字钢作为分配横梁，分配横梁上为纵向轨道，组成上部受力平台。工字钢与军便梁之间通过框式门形卡固定，同时相邻军便梁之间用剪刀撑进行加强。,（4）拖拉场地布置图,钢箱梁安装施工与主塔施工同步进行，根据施工总体安排在主塔施工阶段需设置顺桥向和

14、横桥向的钢支架（详见主塔施工方案），提出两种施工顺序： 1、由10轴向12轴依次安装钢箱梁 根据总体施工进度安排在2014年5月底即可完成100m箱梁施工，主塔于2014年6月施工至1/3处即需要搭设钢支架，影响后续11轴12轴钢箱梁拖拉施工，需重新调整钢箱梁拼装焊接作业区，不满足精细化施工要求。 2、由12轴向10段依次安装钢箱梁 根据上述计划安排，在施工完成12轴11轴钢箱梁后主塔仍处于下部结构施工阶段，暂不存在搭设钢支架的情况，同样不存在作业区二次倒运的问题，故通过经济效果比较选择该方案。,（5） 钢箱梁安装顺序确定,拖拉顺序示意图,（6）现场钢箱梁预拼装 A、前期完成的工作 在钢构件加

15、工厂内制作完成后已实现了预拼接安装精度。 在加工厂内沿钢箱梁纵向（施工段长度）梁顶板底板均已划定四道定位线，定位线等间距布置。 现场150t履带吊就位。 在预拼装平台上已划定钢箱梁入位控制线，并安装定位钢板。,钢箱梁预拼装入位示意图,（7）拖拉安装,在主桥12轴外侧设两台卷扬机实施拖拉施工，依次由12轴向10轴施工。,（8） 拖拉施工导向装置设置 拖拉过程中导向装置分为楔形导向滑板和导向纠偏器。 楔形导向滑板装置的制作采用钢板作成反力架，每隔6m成对地安装与钢梁两侧的32a工字钢分配梁上，并与之焊接牢固，反力架内用方木块垫实，靠主梁边留出约10cm间隙，当需要调整主梁轴线时，在一边的反力架与主

16、梁的空隙中放进一对木楔，其中一块镶嵌聚四氟乙烯板，另一块镶嵌磨光的不锈钢板。由于聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的摩阻力较小，而梁体与木块之间的摩阻力较大，必将带着木楔随梁体向前滑移，迫使梁体按要求横向移动调整梁的轴线。,钢梁单元段拖拉至设计位置后，通过放置在边纵梁两侧的千斤顶精确调节钢梁的横纵水平位置，纠偏千斤顶每6米设置一对。调节后实施焊接作业。 拖拉牵引采用卷扬设备，牵引力根据实验摩阻系数确定，现场拟定2台卷扬机。,（9）合龙段安装： 合龙段设在10号墩最边段。 安装合龙段前，实地监控测量工作的客观条件：温度、湿度。 根据实测距离对合龙段进行端口配切。配切时的温度、湿度应与测量时的一致。 安装

17、合龙段至桥位位置，保证其两侧端口与相邻梁段对应。安装时的温度、湿度应与测量及配切时的一致。,（1）主塔分段,拟采用450T履带吊进行吊装。 并根据吊具的起重性能进行合理的分段，共划分17个结构段。 为保证结构稳定，并方便后续施工段对接，首段划分长度适当调大，划分至塔脚以上2米位置。布索区以拉索位置作为段落划分依据，避开拉锁锚固位置，每一至两道拉索独立成段。,施工段划分长度控制指标以根据吊车相应起重高度的起重性能为依据。吊车提升高度每增加十五米，设定相应阶段的最大控制起重力，共设有6个阶段，从下自上控制最大起重力为110T、100T、80T、60T、50T、40T,6、主塔安装,主塔分段图,施工

18、段1,施工段2,施工段3,施工段7,施工段4,施工段5,施工段6,施工段8,施工段9,施工段10,施工段11,施工段12,施工段13,施工段14,施工段15,施工段16,施工段17,（2） 主塔支架,支架采用600*10钢管构成，横向布置9道，纵向布置4道。支架随塔的安装分阶增高，。,在钢塔安装期间，为确保塔的稳定性设置上中下三道横向连接。材料采用600*10钢管。,在钢塔外侧设置两台25T塔吊满足支架搭设及后续索具安装等其他工作需要。,（3） 主塔定位安装,设置主塔预拼装区，搭设施工平台对主塔预拼装。,（4）塔柱吊装前准备,A、在已安装完成钢塔节段内侧的对边分别安装一个手拉葫芦，已对待安装相

19、邻节段进行粗调。 B、在待安装节段同一边塔柱内侧焊接等标高的挂钩。 C、在每节钢塔节段吊装前焊接定位角钢并安装微调丝杆。 D、在每节钢塔内侧安装照明设备，以满足钢塔内部焊接要求。 E、预拼装完成后已在相邻钢塔四边中心位置划定对位线。,塔柱定位装置立面图,塔柱点位装置平面图,（5）塔柱吊装 A、慢慢吊起塔柱离地1.5m，将端面保护取下，确认端面有没有损伤。 B、在下端的加劲肋上安装牵引装置的带卸夹钢丝绳 。 C、在承台顶紧邻柱脚塔柱位置设固定点，安装辅助索兼导向索，将塔柱吊至安装位置上方。,吊装导向示意图,（6）钢塔下放安装 施工步骤： A、下放塔柱节段至已架设塔柱上方1m处停住，将节段下端的卸

20、扣与葫芦相连，收紧葫芦链。 B、慢慢下放至已架设节段上方50cm处，通过葫芦的拉拽和人力调整塔柱的平面位置，使塔节段之间的对位线基本对齐，塔柱各边基本对正。 C、将塔柱节段对准定位角钢内侧，将安装节段完全插入定位角钢内，下放速度应缓慢直至相邻两节段全接触。 D、检查对位线及节段接触面是否完全重合，通过调节定位角钢上的微调丝杆实现安装精度。 E、塔柱安装对接完毕。,钢塔安装图,（7）主塔焊接,a、由于钢塔高度为80米，安装时焊接为高空焊接，空中风力较大，而且钢塔现场焊接采用的CO2气体保护焊，风是影响焊接质量的最不利因素，为此设计了两套适合钢塔外形的防风棚，这样既保证了焊接质量，又可作为安装焊接

21、的工作平台。,b、环口焊接 挂好吊装钢丝绳和缆绳，起重指挥主吊车起吊，构件起吊20cm后停止动作，检查索具、履带及地面情况，确认无异常现象后继续起高，起重机操作手与起重指挥要密切配合，随时调整速度，避免与臂杆和其它物件相碰。当超过安装高度1m时，吊车旋转到就位位置，看好就位标记后缓慢对口就位，完成吊装。 焊接对口后，要求全部满焊，才可摘钩，避免由于重量力造成塔拱变形。,7、索具安装，体系转换。,待主塔及钢桥面安装焊接完毕，采用现场两台25t塔吊进行挂索施工。先安装并同步分级张拉上下游1号斜拉索。至达到设计要求的分级张拉预应力后安装并同步分级张拉上下游2号斜拉索，依次进行张拉施工。待上下游12号

22、索张拉至设计要求后拆除主梁及主塔支架，实现体系转换。,8、支架拆除 在安装钢梁时预设1cm向下预拱度，通过张拉吊杆将钢桥缓缓上提缓缓脱离支架。达到设计高程后，将最上层的钢轨道，用倒链移至钢梁投影之外。钢轨道倒运走后，依次拆横向工字钢分配梁、军便梁、工字钢横梁。 支架拆除应均衡对称进行，确保逐渐均匀的释放。拆除顺序从中间向两边对称拆除。在拆除前测量各梁段高程，在拆除过程中，仔细测量各梁段高程变化，如有异常情况，立即停止作业，查出原因，采取有利措施，以确保施工安全。,引桥施工,（二）引桥施工,1、基础及下部结构施工,引桥桩基也采用1.2m直径灌注桩，施工方法同主桥，待主桥桩基施工结束后，由桥中向两

23、侧同时施工。 引桥承台采用放坡开挖。基坑开挖边坡顶设置挡水圈，坡面视土质情况按1：11.15放坡，确保边坡稳定。 引桥桥墩为“Y”型，采用定型钢模板分两次浇筑。 三工序成流水作业。,2、 现浇混凝土预应力箱梁施工工艺,（1）现浇混凝土预应力箱梁概况 引桥上部结构为现浇预应力连续梁结构，单跨为30m，共20跨。梁高1.75m，箱梁标准段腹板厚度40cm，顶底板厚度20cm，全桥共8联。引桥全长600m，现浇箱梁采用C50混凝土，全部引桥共计14384m。,（2）施工工艺流程,b、支撑架的选用与布置形式 本项工程箱梁施工采用满堂红支撑体系，箱梁支架要求具有足够的刚度、强度和稳定性。支架搭设采用碗扣

24、式多功能脚手架(48mm3.5mm)，总体布置原则为纵桥向间距为1.2米；横桥向为0.9米，腹板位置局部加密。,（3）现浇箱梁支架施工 a、地基处理 本工程引桥现浇混凝土连续箱梁结构施工的支撑架基础大部分位于河漫滩公园处，土壤承载力不足，施工现场支撑体系基础必须经过特殊处理：施工前清除表面杂填土及绿化草皮，采用10t压路机分层压实，并做地面硬化。,顺桥向支架搭设示意图,3、模板工程 （1）为保证箱梁混凝土外观质量，本次箱梁工程底模采用竹胶板，侧模用定型钢模板，每块2.44米长，采用6mm厚钢板为面板。 （2）梁底竹胶板之间水平对接，要求拼缝紧密，不允许有错台。竹胶板下为两层方木：从上往下，第一层方木为横桥方向，方木尺寸为1010cm，间距30cm；第二层方木顺桥向排列，方木尺寸为1015cm，其间距与碗式扣件的顺桥方向排列一致,且与碗式扣件的顶托紧密相接。 （3）钢木结合处要拼接