斜拉橋施工技術(shù)探討

朱國(guó)慶

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司)

斜拉橋施工技術(shù)探討

朱國(guó)慶

(貴州高速公路集團(tuán)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?yàn)樾崩瓨蚓哂锌缭侥芰?qiáng)，力學(xué)性能優(yōu)越，外形優(yōu)美等一系列的優(yōu)點(diǎn)。雖然斜拉橋已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的運(yùn)用，但由于設(shè)計(jì)不合理或者現(xiàn)場(chǎng)施工不注重細(xì)節(jié)的把握，斜拉橋也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。介紹了斜拉橋的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合具體實(shí)例對(duì)斜拉橋各個(gè)部位的施工要點(diǎn)進(jìn)行了分析探討，對(duì)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(shí)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(dú)塔、雙塔或多塔形式?？刹捎没炷了魉撍魉蜾?混組合索塔。索塔形式有A型、倒Y型、H型、獨(dú)柱、鉆石型等。

2 斜拉橋施工技術(shù)

2.1 斜拉橋工程實(shí)例

某大橋主通航孔橋?yàn)橹骺?20 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(guò)渡墩。索塔墩(D3#、D4#)采用永久性雙壁防撞鋼套箱、承臺(tái)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(guò)渡墩(D1#、D6#)同樣采用承臺(tái)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(dú)立防撞墩。索塔設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度有14 m和12 m兩種。共9種類(lèi)型總計(jì)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(jì):混凝土約14萬(wàn)m3;鋼筋約2.2萬(wàn)t;施工輔助鋼材約 1.5 萬(wàn) t。

3 主橋關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 主橋鉆孔鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)與施工

(1)平臺(tái)設(shè)計(jì)

鉆孔平臺(tái)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(tái)是十分重要的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，按20年一遇的標(biāo)準(zhǔn)確定設(shè)計(jì)潮位、流速、風(fēng)速、波高以及沖刷深度。平臺(tái)兼作施工船舶臨時(shí)?？看a頭。平臺(tái)設(shè)計(jì)按下面三種工況進(jìn)行驗(yàn)算:工況1:插打單根φ1.5 m鋼管樁及單根φ2.9 m樁基鋼護(hù)筒驗(yàn)算單樁穩(wěn)定性。工況2:平臺(tái)搭設(shè)完成后使用期間驗(yàn)算平臺(tái)整體穩(wěn)定性。工況3:平臺(tái)搭設(shè)完成后抗臺(tái)風(fēng)期間驗(yàn)算平臺(tái)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(tái)、D3#和 D4#主墩獨(dú)自形成獨(dú)立平臺(tái)。

(2)平臺(tái)施工

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

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(guò)程中對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。在主塔中下塔柱施工過(guò)程中定期對(duì)變形點(diǎn)的高程進(jìn)行觀測(cè)，最終一次的觀測(cè)值與第一次測(cè)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(bǔ)償處理，以確保上塔柱各錨固點(diǎn)高程按設(shè)計(jì)位置不變。

(2)索塔撓度的變形觀測(cè)

在索塔施工過(guò)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(zhǔn)確掌握塔的擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)規(guī)律，才能有效指導(dǎo)施工和相應(yīng)的施工測(cè)量工作。索塔撓度變形觀測(cè)采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行，在控制點(diǎn)安置好儀器，測(cè)出塔的角點(diǎn)方位角和距離，將每次測(cè)量結(jié)果比較，得出變形的二維偏移量。在索塔施工過(guò)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(dòng)撐的設(shè)置

下塔柱施工時(shí)加設(shè)2道水平拉桿，有效控制了其根部?jī)?nèi)側(cè)所產(chǎn)生的過(guò)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(wèn)題，成功地實(shí)現(xiàn)了線形、內(nèi)力雙控目標(biāo)，并且顯著地加快了施工進(jìn)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(kāi)始按設(shè)計(jì)要求拆除水平橫撐。

(4)勁性骨架的設(shè)計(jì)與安裝

索塔主筋采用預(yù)先安裝勁性骨架的方法進(jìn)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(jìn)了勁性骨架的構(gòu)造設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)首創(chuàng)。單塔鋼錨梁共19節(jié)，首節(jié)最重達(dá)19.2 t，末節(jié)最輕為15.1 t，全橋共19×2=38節(jié)，分4類(lèi)，各錨固2對(duì)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(gè)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(jiǎn)易胎架上組焊成鋼錨梁整體;單個(gè)鋼牛腿分為托架單元、塔壁壁板單元等部件制作，然后在簡(jiǎn)易胎架上組焊成鋼牛腿;最后進(jìn)行試拼裝，安裝臨時(shí)匹配件及臨時(shí)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(jìn)行;重點(diǎn)預(yù)控錨固點(diǎn)的高程、平面位置以及錨梁底板的平整度與四角相對(duì)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(duì)接牛腿相結(jié)合的辦法進(jìn)行;重點(diǎn)預(yù)控連續(xù)階段壁板的高程、平面位置、以及傾斜趨勢(shì)和鋼錨梁底板的平整度與相對(duì)高差。

4 施工注意事項(xiàng)

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(tái)設(shè)計(jì)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(tái)風(fēng)、季風(fēng)、波浪和流速等自然條件的影響較大，現(xiàn)場(chǎng)的施工組織，尤其是施工材料進(jìn)場(chǎng)的組織得當(dāng)也是基礎(chǔ)施工進(jìn)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?，減少了施工難度，縮短了施工工期;且組合鋼錨梁自重較輕，對(duì)起重設(shè)備的起重量要求相對(duì)較低;同時(shí)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(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法是以成橋狀態(tài)下斜拉索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度作為目標(biāo)，根據(jù)斜拉索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度計(jì)算斜拉橋主梁安裝過(guò)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(guò)程中反復(fù)測(cè)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(yǔ)

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(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其對(duì)斜拉橋施工的成敗與效率起著關(guān)鍵性作用。只有對(duì)斜拉橋的設(shè)計(jì)注重理論與具體的斜拉橋?qū)嶋H情況相結(jié)合，重點(diǎn)對(duì)主梁和索塔進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)、社會(huì)效益。

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1008-3383(2014)03-0112-02

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