大跨度斜拉索预应力桥施工工艺

 大跨度斜拉索预应力桥施工工艺

李建文

中铁六局太原铁路建设有限公司 

摘要：随着社会的不断发展，我国对山区高速公路建设的逐步完善，大跨度桥梁的建设也在随地域条件限制和各种功能、美观的前提下也在不断创新，本文以（120+258+120）m大跨度斜拉桥施工为例，结合现场实际不断研究改进施工工艺总结可行的施工理论。

关键词：大跨度  斜拉索   预应力混凝土梁

1、工程概况

主桥为（120+258+120）m双塔四索面预应力混凝土斜拉桥，主梁采用双边肋预应力混凝土梁，桥塔采用三柱式门型塔，基础采用群桩基础。标准段主梁高2.4m,左右侧边肋等高，通过左右侧垫石不等高方式形成2%的横坡。主梁上缘全宽22.9m,下缘全宽23.32m，节段划分为：标准节段长8m，边跨13#、14#构造节段长度为5.0m，端横梁支架现浇段长5.81m。

主塔上塔 (下横梁以上) 部分的边塔、中塔纵桥向尺寸均为7.0m，中塔横桥向尺寸5.2m，边塔横桥向尺寸4.2m，纵桥向壁厚1.5m，横桥向壁厚0.9m。主塔下塔柱 (下横梁以下) 部分的边塔、中塔纵桥向尺寸从7.0变为8.4m，中塔横桥向尺寸6.0m，边塔横桥向尺寸4.2m。

斜拉索采用环氧喷涂钢绞线，斜拉索为空间四索面，扇形布置。斜拉索在塔内张拉，塔内张拉处设置环向预应力。

2、施工工艺

2.1施工方法

本桥采用塔梁同步施工，下横梁施工完成后，梁体0#块与上塔柱施工同步进行，各部位施工方法如下：

（1）主梁0#、1#块采用钢管贝雷支架施工，其中主梁0#块在塔柱6~8#节段高度范围内，可同步进行0#块支架安装。待塔柱8#节段施工完成后进行0#块、1#块施工。塔柱14#节段施工完成安装临时横撑后即可安装1#斜拉索。

（2）2#～15#节段采用牵索挂篮悬臂浇筑施工；

（3）边墩现浇段采用落地式钢管贝雷支架施工，施工安排根据悬浇节段施工进度组织；

（4）合拢段利用边墩现浇段支架采用吊架施工，合拢段内设置劲性骨架，并在合拢口两端设置水箱压重。

2.20#、1#节段施工

主墩0、1#块支架钢管立柱贝雷支架临时墩采用Φ820×10mm钢管，其中靠近塔身的两排立柱直接支撑于承台或塔座上，施工承台时在承台顶部埋设预埋件，安装时将临时墩与预埋件焊接，外侧一排立柱采用打入钢管桩+80cm厚扩大基础，扩大基础尺寸为29.5*16m（单幅，单侧），而后将钢管柱支立在扩大基础上，扩大基础施工时需注意支架钢管柱的预埋钢板的预埋。塔柱旁钢管桩上端与塔柱之间设置附墙，施工塔柱时在相应位置设置预埋件，钢管柱临时墩之间设置φ325×8mm钢管连接系将钢管柱之间连成整体。钢管柱临时墩顶部依次为纵向分配梁和纵向贝雷梁，其中纵向分配梁采用2HM588×300型钢，贝雷梁顶部为工20型钢，腹板位置在工20型钢顶部抄垫方木及竹胶板作为底模；梁体两腹板间空腔内采用Φ48×3.5mm扣件式脚手支架，然后在钢管支架上安装方木及竹胶板作为底模。

2.3边墩现浇段施工

现浇段主梁采用钢管桩型钢支架承重，翼缘板和桥面板下方搭设扣件式钢管支架。支架采用两排φ630×8mm钢管桩临时墩，临时墩基础采用混凝土扩大基础，施工前需测定地基承载力不小于200KPa；临时墩钢管桩之间采用φ426×6mm连接系钢管焊接连成整体，桩顶设置横向和纵向分配梁传递荷载。

2.4合拢段施工

合拢段采用吊架施工，两端锚固与已浇筑梁段锁定，利用挂篮吊杆孔安装吊杆及分配梁体系形成合拢段施工底平台，然后在底平台上安装扣件式钢管支架进行合拢段施工

2.5支架预压

支架预压根据支架结构特点、功能和施工安排进行。0#、1#节段承台范围支架为刚性支架，可不进行预压，仅对钢管桩基础进行预压，以消除支架的非弹性变形，采用水箱进行荷载预压，测定弹性变形，提供模板预拱度依据，预压荷载为对应梁段荷载的1.1倍。

2.5.1施工准备

根据设计要求，计算得出单根钢管桩承载力，采用水箱加载进行预压。实施前编制详尽的预压方案和支架变形观测方案。

2.5.2支架预压与观测

a、测量准备

加载前，在支架上设置观测点，进行压载前观测，得出加载前的数据H1。

b、堆载

Ⅰ、加载过程测量

加载以总荷载的60%、100%、120%四个分级进行加载预压，预压过程中，对观测点连续观测，同时注意支架、节点焊缝等变化，防止意外发生。

Ⅱ、压载持续时间

载荷过程中，每隔6小时观测一次，连续预压24小时的沉降小于3mm时为基本稳定期，测得的模板标高H2为加载后的标高。

Ⅲ、卸载

测完标高H2后即可卸载，卸完载后测得观测点的标高为H3。

2.6牵索挂篮悬浇施工

2.6.1挂篮加工

挂篮采用牵索挂篮由专业厂家制作，完成后进行验收，主要检查项目如下：

⑴与设计图纸对照检查构件尺寸是否准确；

⑵检查厂内材质检测报告，抽查材质是否一致；

⑶采用游标卡尺检查板厚及连接螺栓孔径偏差是否合理；

⑷检查厂内焊缝探伤报告，现场逐条检查焊缝质量并对焊缝进行随机抽查探伤；

⑸检查杆件接头摩擦面制作质量，并检测摩擦面抗滑移系数。

⑹对锚杆加工质量、尺寸、螺纹等进行检查，并于使用前进行预拉试验。

2.6.2挂篮拼装

牵索挂篮拼装共分为8个步骤，具体如下：

步骤一：

（1）现浇支架施工0#段和1#段，同时在0#和1#段预留中外吊挂、中内吊挂、后吊挂及挂篮整体提升预留孔、止推键槽及滑道的预埋螺栓，张拉1#斜拉索,然后拆除0#、1#现浇支架。

（2）安装挂篮提升装置及滑道装置。

（3）安装拼装支架，并在支架上拼装完成主纵梁B及后横梁。

步骤二：

（1）挂篮提升装置四个点同步提升主纵梁B，施工时须严格控制同步进度。

（2）主纵梁B提升就位之后，保持主纵梁B顶面与梁底紧贴，现场利用履带吊安装挂钩装置。

（3）挂钩装置安装完成之后，前后提升装置缓慢下放，待挂钩下降到滑道面之后，平衡千斤顶起顶。

（4）翻转反力轮至走行位置，使之与主梁底面密贴，然后放松平衡千斤顶。

（5）拆除前后提升装置，安装中、后吊挂装置并施加预拉力，使之与主梁梁底紧贴。

步骤三：

现场利用履带吊机依次安装上下游两侧主纵梁A。

步骤四：

（1）主纵梁A安装完成之后，履带吊机依次安装中横梁、前横梁及拱架等。

（2）安装牵索接长装置、三脚架、底模及侧模装置。

 步骤五：

（1）安装内模装置。

（2）按静载试验细则进行挂篮静载试验。

步骤六：

（1）斜拉索第一次张拉。

（2）绑扎钢筋、安装预应力管道、预留孔管道和预埋钢筋等。

（3）浇筑50%混凝土。

步骤七：

（1）斜拉索第二次张拉。

（2）浇筑100%混凝土。

（3）达到设计强度之后，张拉预应力筋。

（4）解除连接，将索力转换至边主梁之上，实现体系转换。

（5）张拉斜拉索至设计索力。

步骤八：

（1）接长走行滑道，在滑道上涂抹黄油，保持滑道清洁，安装反力座、顶推千斤顶及限位块。内外侧模板脱模。

（2）放松中后吊挂，平衡千斤顶起顶挂篮整体缓慢下降并脱模。下降高度约1300mm，待挂钩下降至滑道上之后，将反力轮旋转至走行状态。

（3）保持主塔两侧挂篮同步对称前移至下一节段施工。

2.6.3挂篮预压

拟利用现场支架，对挂篮进行荷载试验。

预压荷载计算：模拟最大节段梁重施工工况(自重478.2t)，按1.05倍恒载即502.1t对挂篮进行预压。

挂篮预压加载过程模拟节段混凝土梁施工过程按照0%→50%→75%→100% →105%分级加载，每一次加载完成后需静置2小时后测量观测点的变化值，在105％压重状态下静载12h后，观测一次。卸载同样按105%→100％→75％→50→ 0%逐级进行并逐级进行变形观测。

2.6.4挂篮下放

启用反滚轮处后支点千斤顶和中锚杆二、三将挂篮下放130cm，通过两侧滑道与滑靴之间的距离及后支点千斤顶行程进行高度控制，按5cm一个行程，同步下放，下放到位后，将反滚轮旋转就位，后支点千斤顶回油，完成挂篮下放工作。

2.6.5挂篮提升及锚固

卸下走行千斤顶，启动反滚轮处后支点千斤顶，顶紧梁底，将反滚轮下放；利用反滚轮处后支点千斤顶和中锚杆配合，将挂篮提升至距梁底5cm，调整挂篮轴线，在止推键处左右限位；测量并调整中锚杆处梁底板标高，对中横梁进行抄垫调整，确保中锚杆受力时，挂篮水平。利用中锚杆提升将中横梁与梁底密贴,后支点千斤顶暂时不动；利用后支点千斤顶调整挂篮前端标高至监控指令位置，然后对后锚杆处、其它锚杆点及止推键0#块侧全面抄实，张拉各锚杆至设计预紧力（中锚杆700KN,后锚500KN)，挂腿处千斤顶按设计要求进行预顶并锁定，完成挂篮提升及锚固。

2.6.6斜拉索安装及张拉

挂篮锚固到位后，及时进行索道管定位，按照测量放样位置，做好索道管底口限位工作，再对索道管上口进行临时固定，同时，在挂篮弧形首处进行张拉分配梁位置放样和定位，安装张拉杆，并固定牢靠。然后根据工序在挂篮走行到位后进行斜拉索第1次张拉，在砼浇注完成50%后，进行斜拉索第二次张拉；当该段梁体完成纵向及横向预应力束张拉后，再将挂篮上张拉力转至梁体上，完成体系转换，并组织斜拉索第三次张拉施工。每次张拉力及挂篮控制标高由监控单位提供，张拉前后对挂篮标高进行观测，校核预抬值。

2.7斜拉索施工

本斜拉桥斜拉索为空间四索面，扇形布置，斜拉索施工主要包括安装前准备工作、HDPE管吊装、斜钢绞线安装张拉、张拉调整标高、浇筑主梁混凝土、索力转换及张拉、安装内置减振器和索夹、环氧砂浆压浆和锚头防腐处理等工序。

2.7.1 外套管焊接长

根据设计长度，外管采用热熔焊接，各根外套管按给定长度焊接好后，需在其一端焊接与防水罩相连接的外套管法兰，法兰的焊接方法与外套管管的焊接方法相同。

2.7.2安装前准备工作

（1）工作锚具安装

由于本工程采用前支点挂篮悬浇的施工工法，在挂索前，挂篮已经就位，主梁预埋件定位安装完毕。锚具安装时，对塔柱和桥面锚具进行编号，保证孔位保持一致，以确保日后的钢绞线平行性，并固定锚具。

塔内锚具：利用塔吊将组装好的锚具提升至索塔张拉槽口处。利用手拉葫芦等工具将锚具整体沿预埋管下方直至支撑筒上的螺母紧贴锚垫板。在锚垫板及锚具上做十字标识，调整锚具位置使其轴线与预埋管轴线重合，临时固定锚具。

（2）索力转换装置安装

为确保索力转换装置结构在挂篮内操作的施工稳定性，用支撑架对其进行支撑定位。

上垫板与下垫板用连接杆和连接螺母进行连接。张拉杆通过其上的外螺纹与下垫板连接。张拉杆另一端用锁紧螺母与挂篮前端的弧形板固定。千斤顶撑脚支撑在挂篮前端的分配梁上，千斤顶安装在撑脚上。张拉杆穿过千斤顶撑脚和千斤顶后，将张拉螺母旋在其上并紧贴千斤顶张拉油缸端面。

2.7.3 HDPE管吊装

依次将防水罩、延伸管(含法兰)套在焊接好的HDPE外套管上，安装临时卡箍。传入首根钢绞线到外套管内。吊装到位后使卡箍上的钢丝绳与塔柱预埋管连接，保证斜拉索外套管至预埋管距离，该首根钢绞线在该束索张拉其余钢绞线张拉完毕后，作为该束索的最后一根工作钢绞线，重新张拉，无需拆除

2.7.4 钢绞线安装张拉

用机械方法安装钢绞线，将导向钢丝绳沿HDPE外套管内壁放下，分别固定在塔柱和梁端的预埋管上。通过卷扬机与穿索板连接器连接，把钢绞线牵引置张拉锚位置安装，利用千斤顶进行预紧张拉，张拉后顶压锚固钢绞线。采用单根钢绞线安装、整体张拉和单根调索施工工艺，采用单根张拉千斤顶按等值张拉法进行预紧。每束所有钢绞线挂索张拉完成后，以后对该束钢绞线的张拉均为整束张拉，因此可在此时安装上下索夹。

2.7.5 张拉调整标高、浇筑主梁混凝土

在浇筑混凝土前，需进行第一次整体张拉，调节整束索力达到设计要求；在混凝土浇筑过程时，根据监控要求可以对斜拉索数次张拉。等混凝土达到设计强度后，进行挂篮体系转换，并在塔内使用单根张拉千斤顶调索以达到目标索力。

2.7.6 索力转换及张拉

在索力转换前，斜拉索一端锚固在索塔上，另一端利用索力转换装置锚固在挂篮上。当主梁浇筑养护并完成梁内预应力施工后，需利用索力转换装置使斜拉索下端锚固在主梁上。之后挂篮前移，进行下一梁段的施工。

2.7.7 整体索力调整

全桥所有斜拉索安装完毕后，根据监控的索力和桥梁线形情况，可能需要对索力进行调整，以使结构满足设计要求。

2.7.8 安装内置减振器和索夹

用紧索器将钢绞线束夹紧，使之形成正六边形形状。索夹安装在紧索器旁的索体设计位置处，将带减振橡胶块的外钢套环压入预埋钢管内，调节钢调节块，使索体基本出于预埋管中心位置，将钢调节块与预埋管焊接成一体，完成内置减振器的安装

2.7.9 环氧砂浆压浆和锚头防腐

调索力完毕后根据设计要求更换钢绞线的预留长度切断钢绞线。先将环氧砂浆配比搅拌后，由锚具端压浆孔压浆，至出浆口外溢砂浆结束。在防腐压板和锚板之间灌蜡，然后在外露部分绞线四周涂抹蜡油。

3.结语

与现场实际相结合，确保施工进度合理组织，更能保证施工安全质量，同时利用挂篮和斜拉索技术，保障了大跨度桥梁施工安全和质量，成功解决桥梁整体线形和美观，实现加快施工进度、节约成本、保证安全的目的，取得了较好的社会效益。

参考文献

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[2]常亮；浅谈桓永高速抽水洞2#大桥现浇箱梁满堂支架施工工法  《低碳世界》；2014-04-04

[3]叶生  谈某斜拉桥环氧涂层钢绞线斜拉索施工工艺   《山西建筑》；2008-10-10

[4]喻文浩  浅谈现浇连续箱梁支架体系的设计和施工  《科技创新与应用》；2015-09-20