单塔斜拉桥施工工法

中铁第十三工程局第一工程处

    一、前言

大连市森林动物园单塔斜拉人行桥位于动物园二期工程步行区内，是一座非对称独塔混凝土斜拉桥，桥梁跨径为76m+22.5m不对称布置，边跨与主塔比为0.3：1，塔全高41.5m，为钻石型混凝土塔，塔跨比0.55：1，塔梁分离。

拉索主跨为双索面,间距7 m,锚固跨为单塔面,间距为0.9 m,拉索A类18根,B类9根,由于本桥施工难度大,工期紧,工艺新,技术复杂,且施工场地狭小.为了确保质量和施工进度,科学管理,积极采用新技术,成功地完成了该桥的施工任务,经过归纳总结形成本工法.

二、工法特点：

1．拉索布置采用扇型使桥梁具有较美观的外形，并便于索塔上设置和安装锚具。为了提高设计应力，减小垂度影响以提高体系的竖向刚度，采用了高强平行钢丝组成的钢索。

2．主梁为满堂红支架一次浇注。主梁为实心，高0.5m，约为主跨的1/152，断面尺寸基本上按照极限状态设计，运营阶段不产生裂缝。考虑了索管尺寸和索力的误差影响以及安装阶段主梁轴力的偏差，并为此在梁内靠0#台处增加了预应力钢束。主梁结构尺寸见图A—1。

3．索塔高出桥面32.5m。塔柱为钻石型，断面尺寸由塔底1.8×2.2m渐变至横梁处1.2×2.2m，以获得稳固的外形并便于描固拉索。塔的上半部内侧采用型钢加以支撑以防合扰前承受弯矩断裂。为方便施工时索管安装，塔柱中预埋了劲性角钢骨架。塔的立面图见图A—2。

4．拉索是斜拉桥的主要承力构件，它的强弱对上部结构承受荷载的能力以及桥梁的刚度起着决定性的作用，本桥采用扇型布置，双索面体系，全桥拉索27根，拉索长度23m到77m。以塔为基准，从内向外编号为A1-A9，B1-B9。

拉索在受外力扰动后，会产生振动。拉索在塔梁入口处被固定，那里振动必须是两个波节点，具有最大的相对转动变形，产生没符号的应力，与拉索中原来的应力相叠加，而使拉索应力在一定范围内发生周期性波动，导致拉索在该点首先发生弯折疲劳，因此必须采取措施，防止拉索早期疲劳破坏，其主要设想就是将点的相对转动扩展到一段距离上，使各点间相对转动变形显著减少，从而振动产生的应力相对减少，而不发生疲劳。采取的措施是在塔梁端拉索位置预埋索管，长度及孔径应根据索的外径而变化，以形成拉索孔道，中间填塞橡胶阻尼，以使钢索在塔和梁内的固定由绝对刚度过渡到有限的刚度，将一点的转动展开到一段钢索管上，即可降低拉索应力变动幅度，起到保护作用。

三、适用范围

本工法适用于高塔及各种斜拉索施工。

四、工艺原理

单塔斜拉桥是以一个由索、塔、梁三种基本物件组成的组合结构。梁和塔为主要承重构件，借斜缆索组合成整体结构，根据梁的支承方式，其中包括梁与塔的联结方式，组成不同形式的母结构，都借斜拉索将梁以弹性支承的形式吊挂在塔上，斜拉索加强了梁的刚度，形成多点弹性支承的变载面单悬臂梁。

五、工艺流程及操作要点

（一）工艺流程

1．索塔施工

索塔为钻石型双柱式变截面钢筋混凝土塔高41.5m。

主塔采用整体塔搭架、分节立模浇筑方法施工。搭设脚手架时，注意避开拉索位置，提供进行拦索张拉的场地。脚手架和操作平台应有足够的强度和刚度，并设安全护栏，为了提高支架抗风稳定性，每隔5m高度同索塔连接，并在支架顶端设防雷击装置。

塔柱断面狭小，上部22.8m处开始每1.7-1.9m高的柱身内设有交叉拉索管道的索管、钢筋及大角钢，安装精度要求高，费时较长。为压缩工期，锯齿板段塔柱施工采用木模提前制做，分段浇注方法。按规范要求塔柱垂直度允差不大于1/2000的结构高度，即21.5mm，而本桥塔柱最大施工误差仅为13mm。

脚手架接高

劲性骨架及钢筋的安装

校正及接头焊接

索管的安装

索管的校正及焊接

模板的安装、校正、固定

浇筑混凝土

养护拆模

塔柱浇注工艺流程图

2、主梁施工

（1）主梁部分采用门式支架满堂支撑。地基土质比较松软，所以采用对基础强夯，再做适当的荷载试验。为加大支架底部的受力面积，在强夯基础上纵向浇注条形混凝土。

（2）底模板采用大块组合钢模板组拼，以保证梁底光洁度，同时底模按设计要求预留预拱度；底模预设预拱度=设计预留拱度+沉降落量+门型支架变形量。

（3）锯齿板及索管位置要严禁格按三维空间位置控制，并复核其换算出的里程及横向中心线距离。

（4）梁体钢筋在加工现场按跨径加工成形，50%接头错开，焊接满足规范要求，加工要对钢筋进行编号，按号堆放，运至现场绑扎成型。

（5）混凝土灌注前要对梁底进行清渣，采用压风机吹集，及人工清除的方法。混凝土采用商品混凝土泵送入模，灌注时采用逆坡对称灌注，由梁体中间部位向两侧灌注，插入式振动棒振捣。采用塑料薄膜覆盖洒水养护。

（6）主梁0#台端23m范围内纵向设5束预应力钢束，采用Ф15.24（7Ф5）钢绞线，标准强度1670Mpa。张拉采用单端张拉，张拉端用VLM15-7型锚具，固定端用扎花锚。

工序流程为：

孔道埋设     钢绞线下料      机具选择       张 拉        压 浆       封 端 

   张拉顺序为：0      初应力（10%δk）    超张拉（105%δk）     持荷5min(δk)

顶鞘     大小油缸油压回0。

预应力结构布置图如A—3

3．拉索施工：

（1）拉索的选用

拉索在江阴发而胜缆索有限公司制作，拉索为冷铸描拉索，规格为SNS/S-7×37-SNS/S-7×139四种。

（2）拉索穿束：

a、放索

b、拉索运至主梁上

c、利用50t吊车起吊，先把拉索的一端送进主梁索管内，露出锚杯，描圈拧紧，做固定端。如图：A—4

1—主梁

2—索管

3—拉索

4—锚杯

                        5—锚圈

d、拉索的另一端仍利用吊车起吊至索塔的各相对应的索管附近，由孔道上口放下引绳，其下端的拉塞拧进描杯内，孔道上口利用YCD1500型千斤顶，使拉索逐步拉到孔道内，至描杯露出孔道外，拧紧描圈，卸下拉塞。如图：A—5

1—主塔        6—锚圈

2—索管        7—拉塞

3—引线        8—拉索

4—传力座      9—锚杯

5—千斤顶

e、在拉索牵引至索管下口时，为了防止拉索在索管口受损，在索管口处利用一根Ф20圆钢套钢管焊到索管口处，使其索滑动进入索管。

（3）拉索张拉

a、拉索的张拉过程中，为了消除孔道和锚圈口的摩阻，超张拉至锚固张拉力的1.15倍。

设计的锚固张拉力未计锚圈的压密损失。每个1锚圈的压密变形均按0.1cm计算。总的压密变形按下式换算出压密损失力。

                         △L·A

T = ———————— E

                             L

        式中：△L—总的压密变形值

                L—缆索长度

                A—缆索截面积

                E—缆索弹模

因每根缆索的截面积不同，在主梁及索塔位置不同，故索力张拉也不同，故采用三台千斤顶YCD1500型两台，YCD3000型一台，按顺序进行张拉。张拉达到索力后，拧紧锚圈即成。

b、索力调整

施工阶段由于斜拉桥的索力和塔、梁的内力及变位随着施工荷载作频繁的变化，为使施工阶段及运营时期工程结构的实际状态与理论状态尽可能接近，本桥利用穿心式压力传感器，YJ-5静态电阻应变仪测出各位拉索的索力与理论值相比，索力误差﹤5%的无需调整，﹥5%的需进行调整。

c、缆索的防护

本桥成品索采用双护层彩色热挤PE护套。

（二）操作要点

根据设计施工程序和各施工阶段的计算索力，主梁各控制点高程，塔的位移、温度变化影响等控制数据，在施工中全面进行实地量测并对照。

（1）斜拉索的应力控制

本桥主梁为满堂支撑，在索力张拉过程中，呈非线性索力分析，单根索力张拉，主梁局部提起，而其余部位仍被支撑。因此索力控制非常困难，采用了三种方法：一是用张拉千斤顶的油压表控制张拉力；二是用在张拉台上对斜拉索预拉测得的应力应变关系，以拉索的弹性伸长量来控制；三是用经过长、中、短三种拉索进行现场标定的拉索应力测定仪来测定索力。

（2）几何中形状的控制

主梁自重的控制：自重的变化对高程、索力、内力的影响很大，除应严格控制模板尺寸尽量减少自重的变化外，还应测得主梁每段实际自重，以便调整斜拉索初始张拉力，保证主梁高程和内力在允许范围。

纵向线性的控制：本桥在控制纵向线性时采取如下措施。

a、严格控制立模高程。根据实测弹性变形预留拱度2-3cm，在施工中用千斤顶调整；根据实测温度和对照结构高程的影响来修正立模高程。

b、斜拉索长度的计算、制造和安装保证高程控制。

c、根据自重变化及时改变斜拉索初始张拉力来调整高程。

（3）混凝土质量控制

混凝土水灰比为0.35，掺M、F减水剂，混凝土标号为C40，采用了一系列措施来减少混凝土收缩徐变。

六、主要材料

主 要 材 料 一 缆 表

主 要 劳 动 表

①主塔翻模施工接头错台为≯5mm。

②主塔垂直度允差不大于1/2000的结构高度。

③索力张拉过程中，为消除孔道和锚圈口的摩阻，支撑张拉至锚固张拉力的1.15倍。

④索力调试控制在标准值的5%以内。

十、安全措施

1、所有施工人员都应认真遵守各种机具设备的操作规程，操作不熟练者不得上岗作业。

2、设专职安全员，跟班作业，加强教育，提高全员安全生产意识，互相监督、消除隐患。

3、施工人员配备齐全合格的保护用品。

4、电源开关，电缆线及电焊机等的放置，应遵守有关规定，缆索不得随意碰撞和挤压，上述物品及设备，防止触电。

5、吊装设备经常检修，确保完好状态，正常作业。

十一、效益分析

斜拉桥的主梁为满堂支撑，似乎简化了斜拉桥的概念，主梁由线性变化转变为非线性变化，增加了索力张拉及调整的难度。只要调整控制好斜拉索的初始张拉力，斜拉桥的几何线性和内力是可以控制的。本桥的施工取得了良好的效果，为以后斜拉桥施工提供了新方法、新技术、新经验。

①具有类似同等条件下广泛的推广和应用价值。

②简化了工序，加快了施工进度，有效的处理了施工中的问题，并使之成为共同作用的力学统一体。

③改善了施工条件，减轻了劳动强度，安全性强。

④斜拉索的穿束，张拉、调试减少劳动力40%，张拉速度提高2倍。调试仅为2次，就达到标准，其经济效益和社会效益是十分明显的。

十二、工程实例

大连市森林动物园单塔斜拉桥采用本工法施工并获得成功，效果很好，仅用了90天时间就顺利建成，施工期间监理及设计对该桥进行多方面检测，都满足设计和规范要求，进度快、质量好，得到大连市领导、建设单位及有关桥梁专家的好评，并当年被评为大连市优质工程。

执笔人：秦成玉   周长斌   吴彪