斜拉橋施工技術(shù)探討

朱國慶

(貴州高速公路集團有限公司)

斜拉橋施工技術(shù)探討

朱國慶

(貴州高速公路集團有限公司)

大跨度的橋梁工程一般都需要選擇斜拉橋施工技術(shù)，這主要是因為斜拉橋具有跨越能力強，力學(xué)性能優(yōu)越，外形優(yōu)美等一系列的優(yōu)點。雖然斜拉橋已經(jīng)在國內(nèi)外得到廣泛的運用，但由于設(shè)計不合理或者現(xiàn)場施工不注重細節(jié)的把握，斜拉橋也經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題。介紹了斜拉橋的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合具體實例對斜拉橋各個部位的施工要點進行了分析探討，對斜拉橋施工的相關(guān)工作人員有所指導(dǎo)和幫助。

斜拉橋;主梁;索塔;大節(jié)段吊裝;矮塔斜拉橋

1 斜拉橋結(jié)構(gòu)形式

1.1 主梁結(jié)構(gòu)形式

主梁可采用鋼梁、混凝土梁、組合梁或混合梁。

(1)混凝土斜拉橋

主梁截面有空心板截面、邊箱梁截面、箱形截面、帶斜撐箱形截面和肋板式截面。

(2)鋼梁斜拉橋

主梁截面有箱形截面、梁板截面、分離式邊箱截面和鋼板梁截面，典型截面形式有。①流線形箱梁截面;②小邊箱板式截面;③分離式邊箱梁截面;④梁板式截面。

(3)組合梁斜拉橋

主梁截面形式宜采用兩工字型主梁其間加小縱梁截面形式，跨徑較大時也可以采用邊箱鋼箱梁截面形式，典型截面形式有:①工字梁主梁截面;②邊鋼箱梁截面。

1.2 索塔結(jié)構(gòu)形式

索塔根據(jù)不同需要，可布置為獨塔、雙塔或多塔形式。可采用混凝土索塔、鋼索塔或鋼-混組合索塔。索塔形式有A型、倒Y型、H型、獨柱、鉆石型等。

2 斜拉橋施工技術(shù)

2.1 斜拉橋工程實例

某大橋主通航孔橋為主跨620 m的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，橋垮布置為77+218+620+218+77=1 210 m，采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系，兩邊跨各設(shè)一輔助墩和過渡墩。索塔墩(D3#、D4#)采用永久性雙壁防撞鋼套箱、承臺和鉆孔樁組成的大型深水復(fù)合基礎(chǔ)。船舶撞擊力由永久鋼吊箱承受，鉆孔樁截面D3#索塔由船舶撞擊力工況控制，D4#墩由地震力控制。輔助墩(D2#、D5#)過渡墩(D1#、D6#)同樣采用承臺和鉆孔樁組成的復(fù)合基礎(chǔ)。每邊輔墩的主撞方向各設(shè)一月牙形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(鋼管樁基礎(chǔ))獨立防撞墩。索塔設(shè)計為鉆石型，采用空心箱形斷面，塔高204 m，上塔柱設(shè)19節(jié)鋼錨梁。上部結(jié)構(gòu)采用正交異性板流線形扁平鋼箱梁，梁高3.0 m，寬30.1 m，標準梁段長度有14 m和12 m兩種。共9種類型總計93節(jié)梁段。梁段最大重量為211.2 t。

2.2 主要工程數(shù)量表

表1 工程數(shù)量表

續(xù)表1

累計:混凝土約14萬m3;鋼筋約2.2萬t;施工輔助鋼材約 1.5 萬 t。

3 主橋關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 主橋鉆孔鋼平臺設(shè)計與施工

(1)平臺設(shè)計

鉆孔平臺為鉆孔樁施工提供作業(yè)區(qū)，配置電力系統(tǒng)和起重設(shè)備，以及施工人員生活、辦公區(qū)。鉆孔平臺是十分重要的臨時結(jié)構(gòu)，按20年一遇的標準確定設(shè)計潮位、流速、風(fēng)速、波高以及沖刷深度。平臺兼作施工船舶臨時停靠碼頭。平臺設(shè)計按下面三種工況進行驗算:工況1:插打單根φ1.5 m鋼管樁及單根φ2.9 m樁基鋼護筒驗算單樁穩(wěn)定性。工況2:平臺搭設(shè)完成后使用期間驗算平臺整體穩(wěn)定性。工況3:平臺搭設(shè)完成后抗臺風(fēng)期間驗算平臺整體穩(wěn)定性。根據(jù)需要，D1#與 D2#、D5#與 D6#分別搭設(shè)整體平臺、D3#和 D4#主墩獨自形成獨立平臺。

(2)平臺施工

利用打樁船完成鉆孔鋼平臺一側(cè)起始平臺;采用大型起重船(200 t全旋轉(zhuǎn))+移動懸挑式導(dǎo)向架(自行研制，帶雙層導(dǎo)向限位)+震動錘(美國ICE公司的V360，激振力360 t)進行鋼護筒區(qū)鋼護筒沉放;完成對應(yīng)另外一側(cè)平臺，并完成生產(chǎn)生活設(shè)施布置;充分利用永久鋼護筒和鋼管樁入土深的特點，將鋼管樁和鋼護筒共同作為鉆孔平臺的受力支撐樁。

3.2 金塘大橋主橋索塔施工線型控制

(1)索塔基礎(chǔ)的沉降觀測

索塔基礎(chǔ)在基礎(chǔ)和塔身結(jié)構(gòu)自重作用下可能產(chǎn)生沉降，所以在施工過程中對其進行觀測。在主塔中下塔柱施工過程中定期對變形點的高程進行觀測，最終一次的觀測值與第一次測量值為主塔的沉降變形量，在上塔柱起始施工節(jié)段予以抵扣補償處理，以確保上塔柱各錨固點高程按設(shè)計位置不變。

(2)索塔撓度的變形觀測

在索塔施工過程中，由于索塔受風(fēng)力、日照等外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生撓度變形。隨著塔高的增加，變形幅度也急劇增大。只有準確掌握塔的擺動和扭轉(zhuǎn)規(guī)律，才能有效指導(dǎo)施工和相應(yīng)的施工測量工作。索塔撓度變形觀測采用全站儀極坐標法進行，在控制點安置好儀器，測出塔的角點方位角和距離，將每次測量結(jié)果比較，得出變形的二維偏移量。在索塔施工過程中設(shè)置預(yù)偏量，以保證索塔成品位置正確。

(3)拉桿與主動撐的設(shè)置

下塔柱施工時加設(shè)2道水平拉桿，有效控制了其根部內(nèi)側(cè)所產(chǎn)生的過大應(yīng)力;中塔柱設(shè)置了5道水平橫撐，解決了大高區(qū)、大斜率柱身澆筑線形與應(yīng)力控制難以解決的問題，成功地實現(xiàn)了線形、內(nèi)力雙控目標，并且顯著地加快了施工進度。下橫梁施工完畢后拆除下塔柱水平拉桿，中塔柱合龍后開始按設(shè)計要求拆除水平橫撐。

(4)勁性骨架的設(shè)計與安裝

索塔主筋采用預(yù)先安裝勁性骨架的方法進行定位。為增加勁性骨架的剛度，使之充分起到了高空傾斜狀況下的可依靠作用，中上塔柱施工階段，改進了勁性骨架的構(gòu)造設(shè)計和安裝方式，增加了骨架桁架的數(shù)量，并采用大塊整體吊裝，提高了施工工效，減少了高空作業(yè)工作量，確保了索塔施工線型。

3.3 索塔組合式鋼錨梁安裝施工技術(shù)

主橋索塔上塔柱錨固區(qū)鋼錨梁由受拉錨梁和錨固構(gòu)造組成，即“鋼錨梁+鋼牛腿”的全鋼結(jié)構(gòu)組合，為國內(nèi)首創(chuàng)。單塔鋼錨梁共19節(jié)，首節(jié)最重達19.2 t，末節(jié)最輕為15.1 t，全橋共19×2=38節(jié)，分4類，各錨固2對斜拉索。

(1)鋼錨梁制作

鋼錨梁和鋼牛腿制造采用“零件→合件→整體→試裝”的程序生產(chǎn);單個鋼錨梁分為底板單元、腹板單元、頂板單元、錨箱單元等部件制作，然后在簡易胎架上組焊成鋼錨梁整體;單個鋼牛腿分為托架單元、塔壁壁板單元等部件制作，然后在簡易胎架上組焊成鋼牛腿;最后進行試拼裝，安裝臨時匹配件及臨時安裝。

(2)鋼錨梁安裝

首節(jié)鋼錨梁安裝:鋼支架+平面位置限位導(dǎo)向+高程調(diào)節(jié)螺栓相結(jié)合的辦法進行;重點預(yù)控錨固點的高程、平面位置以及錨梁底板的平整度與四角相對高差。

鋼錨梁接高安裝:壁板平面位置限位導(dǎo)向+壁板設(shè)支撐對接牛腿相結(jié)合的辦法進行;重點預(yù)控連續(xù)階段壁板的高程、平面位置、以及傾斜趨勢和鋼錨梁底板的平整度與相對高差。

4 施工注意事項

4.1 基礎(chǔ)施工

外海特大型橋梁群樁基礎(chǔ)施工的高樁平臺設(shè)計和施工階段的起重設(shè)備配置的優(yōu)劣是基礎(chǔ)施工工效和施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素所在。由于外海受臺風(fēng)、季風(fēng)、波浪和流速等自然條件的影響較大，現(xiàn)場的施工組織，尤其是施工材料進場的組織得當(dāng)也是基礎(chǔ)施工進度的重要保證。

4.2 索塔施工

主塔斜拉索錨固區(qū)采用組合鋼錨梁結(jié)構(gòu)，將斜拉索索導(dǎo)管定位由空間變?yōu)槠矫妫瑴p少了施工難度，縮短了施工工期;且組合鋼錨梁自重較輕，對起重設(shè)備的起重量要求相對較低;同時鋼混結(jié)構(gòu)同步施工，避免索塔鋼混結(jié)合面出現(xiàn)裂縫的可能。

4 .3 上部結(jié)構(gòu)施工

無應(yīng)力狀態(tài)控制法是以成橋狀態(tài)下斜拉索的無應(yīng)力長度作為目標，根據(jù)斜拉索的無應(yīng)力長度計算斜拉橋主梁安裝過程中的初張拉索力及后續(xù)的索力調(diào)整值。索力控制概念明確，避免了在施工過程中反復(fù)測試調(diào)整索力和橋梁線型和高程的諸多麻煩，確保了主橋在合同約定工期內(nèi)順利合龍。

5 結(jié)束語

斜拉橋是公路、鐵路及城市道路交通特大跨徑橋梁常用橋型之一。施工方法和施工控制是斜拉橋施工過程中的一項關(guān)鍵技術(shù)，其對斜拉橋施工的成敗與效率起著關(guān)鍵性作用。只有對斜拉橋的設(shè)計注重理論與具體的斜拉橋?qū)嶋H情況相結(jié)合，重點對主梁和索塔進行設(shè)計分析和施工研究，才能夠真正確保斜拉橋的施工質(zhì)量，發(fā)揮斜拉橋應(yīng)有的交通功能和經(jīng)濟、社會效益。

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2014-01-11