桥塔上横梁桁架法施工工艺及关键技术研究.doc

1、桥塔上横梁桁架法施工工艺及关键技术研究摘要：随着现代桥梁跨度越来越大，斜拉桥和悬索桥的桥塔高度和尺寸都超越以往。桥塔上横梁尺寸和高度也越来越大，桥塔上横梁施工面临较大挑战。如何使桥塔上横梁施工工序简洁，投入小，安全性高，采用何种新技术对施工支架及预压，提高工作效率，降低施工成本，这些问题均摆在了工程技术人员的面前。 关键词： 桥塔上横梁 施工工艺 技术研究 中图分类号：U215.14 文献标识码：A 文章编号： 引言 近 10 年来，我国大跨径桥梁建设取得了举世瞩目的成就。至 2006年底，我国已建、在建跨径在 400m 以上的斜拉桥有 21 座，主跨 628m 的南京长江二桥在斜拉桥跨度方面

2、居世界第三。1992 年 12 月，汕头海湾悬索桥开工。不到 9 年，全国就拥有多座大跨度悬索桥，其中两座主跨超过 1000m。其中，润扬长江大桥主跨 1490m，在跨度方面位居世界第三。1999 年跨度 1385m（在跨度方面位居世界第四）的江阴桥的建成通车，标志着我国在悬索桥的设计、施工方面已进入世界领先水平。 1、桥梁上横梁施工方法主要分为桁架法和支撑法： 1.1 桁架法 桁架法又分为劲性骨架法和体外桁架法两种。 目前，在国内的索塔施工中，上横梁一般都采用搭设支撑的支架法施工工艺，当横梁体量较小时，横梁自重及施工荷载通过梁底桁架传递给预埋于已浇混凝土塔柱中的牛腿。 当横梁体量较大时，若仅

3、由附塔牛腿承重，则模底桁架变形很大，且牛腿附近塔柱混凝土应力过大，对塔柱变形影响也较大。此时须在中部竖向加设支撑柱，使桁架成为连续梁，加大刚度，减小变形，增加稳定性，满足施工要求。 国外一般采用劲性骨架或桁架作为浇筑横梁混凝土的支撑，如图1.1.2a 为某斜拉桥索塔上横梁的施工图，图 1.1.2b 为丹麦大海带桥索塔施工图。 a.国外某斜拉桥索塔施工 b.丹麦大海带桥 1.2 支架法 支架法根据支撑的形式不同，可分为以下几种： 1.2.1 万能杆件组装桁架支撑 此支撑形式曾在虎门大桥(见图 1.1.3)、宜昌长江大桥(见图 1.1.4)等横梁中采用。 图 1 虎门大桥东索塔施工布置 图 2 宜

4、昌长江大桥南岸索塔施工布置 1.2.2 钢管支撑 此法最早在南浦大桥中采用，支撑体系钢管根数较少，受力明确，制作方便，安装简单。在多座大桥中使用，如江阴大桥、鸥江二桥、杨浦大桥、徐浦大桥、杭州湾跨海大桥等。 2、工程特点及施工方法比选 本工程为双层斜拉桥，跨度大，主跨达到 708m。主塔高度为214.5m。桥梁跨度、主塔高度在国内处于前列。本工程主要有以下特点：2.1 上横梁高度大，上、下横梁距离大，施工难度大 上横梁高度为 167m，为国内大跨度斜拉桥中较大的高度。上、下横梁净空达到 115.5m，若采用传统的支撑法施工，支撑太高，本身的稳定存在问题，需要每隔一定高度设置一道横向水平支撑，造

5、成用钢量较大。2.2 上横梁跨度大，达 43m 本工程为双层公路斜拉桥，上层为双向 8 车道高速公路，桥面宽度达 43m。桥塔为 H 型，上横梁跨度也达到了 43m，为国内大型斜拉桥中最大的上横梁桥塔之一。 2.3 工期紧，需桥塔和桥面同时施工 本桥梁工程整体施工工艺特殊，索塔施工与桥梁主梁施工必须穿插进行，采用传统支架法施工工艺，势必造成二者相互影响，导致工期延误。在施工工艺的选择上必须尽量减少相互影响。 2.4 施工方法选择： 由于上述种种因素，本工程采用桁架法进行上横梁施工。桁架法分为劲性桁架法和体外桁架法。考虑到本工程的实际情况： 2.4.1 内部钢筋众多、预应力筋数量众多，桁架尺寸较

6、大无法布置其中； 2.4.2 在设计阶段未考虑劲性桁架的作用且桁架无法回收。 图 3：第一次浇筑混凝土与钢桁架总体模型图 4 提升装态示意图 3、研究内容 设计桁架法施工的工艺和施工流程，研制超高空桁架整体提升的设备和装置。同时对桥塔上横梁的裂缝控制技术进行了相关研究，较为成功的解决了桥塔横梁在施工过程中的裂缝问题。对整个上横梁的施工进行了施工过程模拟计算，细致的了解在上横梁施工过程中，桁架的实际受力状况，在第二次混凝土浇筑过程中，桁架和第一次浇筑混凝土的共同作用，在预应力张拉过程中，桁架和混凝土之间受力体系转变的过程。此种新型施工方法不仅可以在混凝土桥塔横梁施工中得到典型应用，而且也可广泛应

7、用于其他门式结构高空横梁的施工中。 横梁结构桁架法施工相关文献较少，没有相关资料可以参考，没有相关案例可以借鉴，需要展开相关系统研究。为此我们在以下几个方面进行深入研究。 3.1 桁架设计与结构形式选择 根据本工程的实际情况，选择了两种大小不同桁架形式，并对此进行了详细的计算分析。桁架和桥塔采用固结连接方式。桁架的变形和应力都在控制范围之内。 3.2 施工流程的设计 对桁架法的整个施工流程进行了设计和细化。并成功用于实际工程中。 3.3 桁架安装方案的选择 针对上横梁桁架法施工工艺中桁架的安装方法进行了探讨，提出了整体提升方案和分段散装方案两种。在实际应用中都是可行的，针对不同的实际情况可以采

8、用不同方案。针对本工程的实际情况采用整体提升方案。 3.4 桁架提升装置的研制 设计了一套整体提升装置。选用合理的提升设备，对提升装置进行详细细致的计算和分析。保证了提升过程中的安全。 4、桁架法施工工艺 针对该上横梁超高空、大体量、大跨度的施工特点和难点，课题组采用在上横梁底部设置钢桁架作为模板体系支撑系统的施工方案，并结合钢桁架设计模板平台，钢桁架在下横梁顶部拼装完成后整体提升至高空安装。上横梁的钢筋、模板、混凝土施工都依托钢桁架上的模板平台进行，缩短了搭设支撑体系和横向桁架的工期，同时为上横梁和桥面施工能够形成立体作业，加快施工进度创造条件。 钢桁架在加工厂散件出厂后，在靠近塔柱区域利用

9、塔柱两侧的外附塔式起重机（FO/23B） ，在地面上设置平拼胎架每榀桁架分 3 段进行钢桁架的平面平装。桁架平拼好后，HJ-1、HJ-2 和 HJ-3 的平面分段单元用150t 履带吊吊起组合成一个立体单元，并用 150t 履带吊把该立体单元吊装到下横梁进行整个支撑桁架的组装。 5、结论 独创性的设计出桥塔上横梁桁架法专项施工技术。此项技术以传统的桁架法施工技术为依托，解决了传统施工方法中无法支撑超高，超长、大体量混凝土梁、牛腿处局部应力过大、施工工序复杂、经济性差等问题，对于桥梁桥塔施工具有很好的指导作用。 此技术在上横梁底部设置钢桁架作为模板体系的支撑系统，并结合钢桁架设计模板平台，钢桁架在下横梁顶部拼装完成后整体提升至高空安装。上横梁的钢筋、模板、混凝土施工都依托钢桁架上模板平台进行，缩短了搭设支撑体系和横向桁架的工期，同时为上横梁和桥面施工能够形成立体作业，加快施工进度创造了条件。