1、文稿自锚式悬索桥1目 录自锚式悬索桥施工 .1一、前言 .11.概况： .12.自锚式悬索桥结构受力及施工特点概述 .13.发展历程： .3二、施工工艺方法及其重点 .61.主塔施工： .62.鞍部施工： .63.加劲梁施工： .74.锚跨/锚块施工 .105.主缆施工： .106.主缆吊杆施工 .11三、监理质量控制重点及措施 .131.悬索桥锚跨/锚碇施工 .142.悬索桥塔柱施工监理要点 .153.悬索桥钢箱梁的制作 .174.悬索桥钢箱梁的安装 .215.悬索桥主缆系统制作安装 .266.大跨度自锚式悬索桥施工监测监控和吊杆的加载控制 .337. 自锚式悬索桥施工质量标准 .36文稿自
2、锚式悬索桥1自锚式悬索桥施工一、前言悬索桥的桥面支承在悬吊的主缆上，而主缆则一般锚固于巨大的地下锚碇。相对地锚式悬索桥而言，如果将主缆直接锚固在加劲梁端部，从而取消了庞大的锚碇，就成为自锚式悬索桥。对于地基基础很差的地区可采用自锚式体系代替地锚式体系建造悬索桥。1.概况：自锚式悬索桥的加劲梁大多采用钢结构，如 1990 年通车的日本此花大桥，韩国永宗悬索桥、美国旧金山奥克兰海湾新桥、爱沙尼亚穆胡岛桥等。我国近十年发展很快，2000 年来我国已相继建成二十余座风格各异的自锚式悬索桥，加劲梁分别采用钢桁梁、钢箱梁和混凝土梁。例如广东佛山平胜大桥，2006 年 10 月建成，独塔单跨四索面自锚式悬索
3、桥，主跨 350 米跨径为同类型桥梁世界第一，钢箱加劲梁采用顶推施工；河南桃花峪黄河大桥主跨达 406m，2010 年 3 月开工，预计 2013年 6 月建成，钢箱加劲梁、边锚固跨采用混凝土，后改为钢锚梁；在建的哈尔滨松花江大桥和即将开工的武汉市江汉六桥则为钢-混凝土组合梁。中国大连金石滩金湾桥是世界上第一座钢筋混凝土加劲梁的自锚式悬索桥，于2002 年 7 月建成，此后吉林、辽宁、浙江又有多座钢筋混凝土自锚式悬索桥相继设计和建造。2.自锚式悬索桥结构受力及施工特点概述自锚式悬索桥结构是主缆通过自身结构体系的锚梁和加劲梁锚固并承受和分布主缆反力的悬索桥结构。由于主缆锚固于加劲梁端的锚梁而无需
4、建造强大的、占地面积很大的重力式锚碇，故适于城市较狭窄地面，跨越不大于 500m 的的河流与道路。并且易于做得造型优美，成为城市的标志景点。自锚式悬索桥加劲梁须承受主缆水平反力，由于锚梁承受或分布主缆纵向力和竖向力，加劲梁及锚梁截面须设计的相对强大，锚梁构造复杂并同时具有主缆锚固区段的前、后锚面的构造和功能。自锚式悬索桥形成恒载状态的施工过程，必须在锚梁及加劲梁施工完成并实现锚梁与加劲梁锚固连接施工之后。加劲梁须采用支架上安装施工或采用设置临时墩文稿自锚式悬索桥2顶推就位；在锚梁及加劲梁施工之后，再进行鞍座安装、主缆安装及调股、张拉及索夹安装、吊索系统安装及张拉等；通过分批、分级张拉吊索、加劲
5、梁脱架、精确调整加劲梁线形及吊索力，实现自锚式悬索桥恒载状态。自锚式悬索桥吊索的安装和张拉是主缆与加劲梁从单独受力转成共同受力的体系转换过程，是自锚式悬索桥区别于一般悬索桥的主要特点之一，也是自锚式悬索桥的控制重点。1）优点：不需要修建大体积的锚碇，所以特别适用于地质条件很差的地区。因受地形限制小，可结合地形灵活布置，既可做成双塔三跨的悬索桥，也可做成单塔双跨的悬索桥；保留了传统悬索桥的外形，在中小跨径桥梁中是很有竞争力的方案。加劲梁的刚度大。采用钢筋混凝土加劲梁，承受主缆传递的压力，刚度会提高，大大节省预应力构造体系，同时也避免了钢加劲梁在较大轴向力下容易压屈的缺点。采用混凝土材料可克服以往
6、自锚式悬索桥用钢量大、建造和后期维护费用高的缺点，能取得很好的经济效益和社会效益。由于采用钢筋混凝土材料造价较低，结构合理，桥梁外形美观，所以不只局限于在地基很差、锚碇修建困难的地区采用。2）自锚式悬索桥也不可避免地有其自身的缺点：由于主缆直接锚固在加劲梁上，梁承受了很大的轴向力，为此需加大梁的截面，对于钢结构的加劲梁则造价明显增加，对于混凝土材料的加劲梁则增加了主梁自重，从而使主缆钢材用量增加，所以跨径受到限制。自锚式悬索桥的施工顺序和地锚式悬索桥有着很大的区别: 必须在加劲梁、桥塔做好之后才能架设主缆，将主缆锚固于梁端后再安装吊索、张拉吊杆最终形成自锚式悬索桥。施工步骤受限制，需要搭建大量
7、临时支架、设置导梁等以安装加劲梁。所以自锚式悬索桥若跨径增大，其额外的施工费用就会增多。无论采用钢导管散开锚固或是直接锚固、环绕式锚固等，锚固区局部受力复杂，锚跨结构复杂，高空施工（相对于地锚）难度较大。与地锚式悬索桥不同，由于先梁后缆，建造桥面系必须进行体系转换，并通过吊杆张拉对主梁进行强制性线性调整。在此过程中，主缆非线性的影响很大，使文稿自锚式悬索桥3得吊杆张拉时的施工控制比较复杂。3）受力分析自锚式悬索桥的上部结构包括：主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。自锚式悬索桥中的主梁具有一定
8、抗弯刚度、与主缆共同承受活载。主缆拉力的水平分力在桥梁的上部结构中产生压力，其垂直分力将使桥梁的两端产生上拔力。为抵抗这种上拔力，可增加主缆锚固区重量，或在锚块处设置拉压支座，还可在主桥端部设置牛腿，将引桥的重量压在主梁上。当主梁采用混凝土材料时，必须计入混凝土的收缩/徐变等非线性因素的影响，这就使得混凝土自锚式悬索桥的受力较钢桥更为复杂。在钢箱梁采用顶推施工时，钢箱梁截面会受到较大的反复附加应力，其中一部分附加应力并可能残留到运营阶段。3.发展历程：19 世纪后半叶，自锚式悬索桥最早构思于奥地利和美国（1867） 、出现于波兰（1870 约瑟夫.朗金） ；到 20 世纪，自锚式悬索桥已经在德
9、国兴起，1915 年起建成了主跨 185m 科隆莱茵河桥，美国宾夕尼亚州的匹兹堡跨越阿勒格尼河的 3 座桥和日本东京清洲桥，在 20 世纪 30 年代，美国德国修建了许多座自锚式悬索桥，其中1929 年建成主跨 315m 科隆-米尔海姆桥。20 世纪 90 年代起，又掀起修建自锚式悬索桥的热潮。 1）国外现代自锚式悬索桥有：日本此花大桥： 1990 年通车，跨径布置为（120+300+120）m ，是现有最大跨径的自锚式悬索桥。该桥采用单主缆，用 PWS 法施工，吊索做成倾斜形，构成三角形吊杆，体现了英国式悬索桥的特点。人字形上塔柱要在加劲梁节段架设后才能安装。韩国永宗大悬索桥：位于高速公路上
10、，是世界上第一座双层行车的公铁两用自锚式县索桥。跨径布置为 125+300+125m，1999 年建成。加劲梁三跨连续，其腹板及行驶铁路部分的下层为桁架。梁 8 个节段用浮吊架设，全部放在临时排架或塔上，然后安设吊索。美国旧金山奥克兰海湾新桥：原计划 20 世纪 30 年代中期修建，主航道文稿自锚式悬索桥4桥为自锚式悬索桥，跨径为 385+180m， 。其它自锚式悬索桥：Sorok 岛桥是韩国与 Geogcum 岛连接本土的桥梁，主跨 250m、边跨 2*110 m，钢箱加劲梁，H 形桥塔。1996 年 J.F.Klcin 介绍一种自锚式悬索桥方案，跨径布置为 303m+950m+303m，采
11、用单主缆，主跨跨中约 200m 长的主缆与梁固结，主缆截面沿桥梁可变、大大节省主缆造价。2）国内自锚式悬索桥发展落后于国外，近十年发展很快，2001 年来我国已相继建成二十余座风格各异的自锚式悬索桥。跨度不断刷新，结构形式更加多样化。大连金石滩金湾悬索桥：2002 年 7 月在大连建成，主桥为自锚式混凝土悬索桥，主缆直接锚固于加劲梁的两端，加劲梁采用钢筋混凝土边主梁形式，施工主要工序为：钻孔桩基础；浇筑桥墩桥塔；搭设临时支架，支架上浇筑加劲梁；加劲梁达到强度后挂主缆，上索夹，张拉吊杆。 浙江省平湖市海盐塘桥：主跨跨径组合为（30+70+30）m ，主缆锚于梁端，不需锚碇；主梁采用钢筋混凝土箱梁
12、，利用主缆的水平分力，为主梁施加免费预应力，主梁内不再配置预应力钢束；塔顶不设置鞍座，主缆直接锚固在塔顶上。这种桥型结构新颖，造型美观，结构轻巧，构件受力合理，用材经济，造价比同等跨径的预应力混凝土连续梁桥、部分斜拉桥都要低，桥型在中小跨径内非常具有竞争力。佛山平胜大桥， 2006 年 10 月 28 日建成，独塔单跨四索面自锚式悬索桥，主跨 350 米跨径为同类型桥梁世界第一，钢箱加劲梁采用顶推施工。常州龙城大桥全长 665.06m，主桥采用拱门独塔三跨 72+114+30m 自锚式悬索斜拉协作体系，空间悬索斜拉协作体系为国内首创，2008 年 1 月建成。杭州钱塘九桥（江东大桥）由两座跨径
13、 83+260+83m 自锚式空间缆系悬索桥组成，2005 年 12 月 28 日开工，2008 年 12 月 26 日建成通车。其空间缆自锚式悬索桥结构、树脂沥青组合体系钢桥面铺装、五段连续曲线顶推安装钢箱梁、五轴联动数控等多项大桥设计、施工技术均实现了国内首创。南昌洪都大桥通航孔桥为 85+195+85m 独柱双塔、三跨单索面、钢加劲梁自锚式悬索桥，钢主梁采用顶推法施工，主缆锚固区钢箱内填充混凝土，国内首次采用。文稿自锚式悬索桥52006 年 10 月开工，2009 年 2 月竣工。钢主梁采用搭建临时支架顶推安装，顶推过程中梁体截面要承受正负交替出现的弯矩，施工工艺复杂，要充分计算并控制钢
14、箱梁的安全性、局部稳定性和抗倾覆性。其他自锚式悬索桥：近几年相继建成的有序号 桥 名建 成年 份 跨 径 （ m）主 桥 加 劲 梁类 型 备 注绍 兴 滨 海 大 桥 77.8+188+77.8 钢 箱 梁绍 兴 市 解 放 路 3 号 桥 2006 78+180+78 混 凝 土天 津 富 民 海 河 大 桥 2007 86.4+157.08 钢 箱 双 主 梁长 沙 三 叉 矶 湘 江 大 桥 2007 70+132+328+132+70 三 室 钢 箱 梁安 庆 庆 丰 大 桥 2008 110+280+110 四 室 钢 箱 梁辽 宁 朝 阳 黄 河 路 大 桥 2008 73+18
15、0+73 混 凝 土北 京 昌 平 南 环 大 桥 2008 70+175+70 钢 梁杭 州 江 东 大 桥 2009 两 座 83+260+83 分 离 双 钢 箱 梁 钱 塘 江 九 桥广 州 猎 德 大 桥 2010 47+167+219+47 钢 箱 梁青 岛 海 湾 大 桥 大 沽 河 航 道 桥 2011 80+260+190+80 分 离 双 钢 箱 梁恩施红旗桥 2011 总长 340.6 米，主跨 152 米 预应力混凝土 凯旋门式索塔正在施工的有：福州市螺洲大桥北汊主桥，采用三塔自锚式钢箱梁悬索桥，桥跨布置为80+2168+80m；福州市鼓山大桥，主桥为 50+150+2
16、35+35m 的自锚式钢箱梁悬索桥；哈尔滨三环路跨松花江大桥跨度组成为 46m+108m+248m+108m+46m，是国内跨度最大的自锚式钢-混凝土组合梁悬索桥，主跨及边跨主梁为钢-混凝土组合梁。组合梁由 2 根钢主系梁、横梁和小纵梁组成的钢桥面系与混凝土桥面板形成整体组合截面。河南桃花峪黄河大桥，跨度组成为 20+160+406+160+20m 的自锚式悬索桥，为我国目前超长跨度的自锚式悬索桥，按监理招标文件，主跨及边跨主梁为钢-混凝土混合梁，主跨为钢箱梁、两端为双悬臂混凝土梁。强大的主缆两端锚固于主梁两端的混凝土锚跨上，锚跨两侧锚固纵梁及散索鞍座、主缆锚固区的结构构造是本桥设计的重大创新
17、之处，也是施工主要难点。封闭箱型钢加劲梁全长 766m，顶推施工。武汉市江汉六桥，跨度组成为（50+55+110+252+110+55+50）m 的自锚式悬索桥，文稿自锚式悬索桥6吊索采用钢绞线形式，加劲梁在主缆锚固部分采用混凝土梁，其余部分均采用钢-砼结合梁。二、施工工艺方法及其重点自锚式悬索桥的主缆是直接锚固在加劲梁端部的锚锭上，这使得自锚式悬索桥的施工顺序是主塔施工后先组装加劲梁，等到加劲梁组装完成后再挂设主缆，最后才能张拉吊杆。以河南桃花峪黄河大桥主桥为例，其主要施工流程为：施工准备栈桥施工基础施工桥塔施工搭建顶推平台和临时墩钢箱梁顶推（同时架设两侧钢锚梁）钢箱梁合龙主缆施工桥面系施工
18、（安装索夹、吊索，张拉吊索、完成体系转换）大型临时设施拆除。1.主塔施工：与一般悬索桥基本相同。1）悬索桥一般主塔较高，塔身大多采用翻模法分段浇筑，在主塔横桥向连结板的部位要注意预留钢筋及模板支撑预埋件。对于索鞍孔道顶部的混凝土要在主缆架设完成后浇筑，以方便索鞍及缆索的施工。2）主塔的施工控制主要是垂直度监控，每段混凝土施工完毕后，在第二天早晨8：00 至 9：00 间温度相对稳定时，利用全站仪对塔身垂直度进行监控，以便调整塔身混凝土施工，应避免在温度变化剧烈时段进行测试。3）随时观测混凝土质量，及时对混凝土配比进行调整。4）主塔施工应根据计算设置一定预抛高。一般在塔顶节段设置。5）主塔应力测
19、点埋设应在薄弱截面的抗弯惯性矩远端埋设，由于测点损坏后无法补设，应尽量多埋设几个作为预留，施工中各测点极易损坏。2.鞍部施工：1）塔顶鞍座应根据确定的张拉工艺设置一定预偏量。自锚式悬索桥的塔顶鞍座预偏量较大，预偏量的设置和调整问题也更加重要。2）检查钢板顶面标高，符合设计要求后清理表面和四周的销孔，吊装就位，对齐销孔使底座与钢板销接。在底座表面进行涂油处理，安装索鞍主体。3）索鞍由索座、底板、索盖部分组成，索鞍整体吊装和就位困难；可用吊车或卷扬设备分块吊运组装。索鞍安装误差控制在横向轴线误差最大值 3mm 标高误差最文稿自锚式悬索桥7大值 3mm.吊装入座后，穿入销钉定位，要求鞍体底面与底座密
20、贴，四周缝隙用黄油填实。3.加劲梁施工：3.1 钢箱加劲主梁一般采用预制节段大型浮吊安装和支架上分段拼装顶推施工两种方法；现以桃花峪黄河大桥主梁顶推施工为例：钢主梁采用支架上分段拼装顶推施工方法，需搭建临时支架，顶推过程中梁体截面要承受正负交替出现的弯矩，施工工艺复杂，要充分计算并控制钢梁的安全性、局部稳定性和抗倾覆性。1）顶推过程中主要关注主梁线形和应力；对于钢梁，一般均要考虑预设拱度以及加设顶推加劲板和底面垫板，主要满足空间线形要求，以及钢梁的应力和稳定均不出现问题。2）设计和选择顶推方案，进行顶推受力分析验算，采用国内技术比较先进、使用稳妥可靠的成套设备和经验丰富的专业队伍，顶推施工建议
21、专业分包、确保顶推施工的安全和顺利。（1）保证临时墩的强度、刚度和稳定性，包括：检算和校核竖向承载力和顺桥向水平变位以及横桥向稳定性，尤其是对实际顶推水平力可能分布不均的情况应有足够的储备。（2）检算钢梁下翼缘和腹板等受压板件的局部稳定性和加劲肋设置、临时连接的设置。（3）本桥的结构特点是两侧双主梁间距较大，主梁先与横梁等散拼形成钢框架再多点顶推，钢框架的平面内横向刚度可能偏低，顶推时容易发生两侧双主梁反力不均和前进方向剪刀差等，因此控制顶推水平千斤顶的同步和及时调整很重要，对于顶推支点反力差可能造成临时墩摇晃、扭转和摆动都要有预防和处置措施。3）顶推施工过程中，主要进行钢主梁轴线的观测并及时
22、纠正偏差，控制各段钢梁中线为设计轴线，确保顶推到位后，钢梁轴线符合规范要求。各临时墩和主墩均应设横向限位装置，便于控制轴线偏位。在最后一次顶推中，必须加强横桥向偏位测量并进行全桥联测。应加强观测，避免墩顶过大纵向位移并及时调整顶推滑块的局部位置和水平度。全过程测量需考虑设计温度与施工温度的偏差修正，并在温度稳定时段进行测量。文稿自锚式悬索桥84）钢梁之间的散拼段应根据计算结果设置一定的预拱度和预变形。散拼段施工由于在现场进行，焊接和高栓施拧条件比工厂制作要差，应注意加强对散拼段标高的控制，钢横梁等空间坐标的定位测量定位尤为重要。5）钢梁吊装、运输、横移、顶推过程中，均应关注钢梁稳定和倾覆，尤其
23、对于单个节段钢梁在运输和横移过程中，宜设置多道防线确保钢梁的稳定和抗倾覆。6）密切关注顶推全过程的人员、设备及桥梁的安全性。顶推过程中，导梁是关键构件，导梁每经历过一次正负弯矩交替作用后，均应逐个检查导梁螺栓，确保不出现松动滑丝。3.2 混凝土主梁一般采用现场浇筑方法，混凝土的浇筑同普通桥一样，首先梁体标高的控制必须准确，要通过精确的计算预留支架的沉降变形；其次，梁体预埋件的预埋要求有较高的精度，特别是拉杆的预留孔道要有准确的位置及良好的垂直度，以保证在正常的张拉过程中拉杆始终位于孔道的正中心。主梁浇筑顺序应从两端对称向中间施工，防止偏载产生的支架偏移，施工时以水准仪观测支架沉降值，并详细记录
24、。待成型后立即复测梁体线型，将实际线型与设计线型进行比较，及时反馈信息，以调整下一步施工。3.3 主梁钢-砼混合段以江汉六桥为例，主梁混合段长 5m，包括混凝土段和钢梁段各 2.5m。与混凝土梁部分连接的有主箱梁和纵梁。主箱梁通过锚固于厚承压板的 12 束预应力钢束和承压板上和箱梁深入混凝土段中的上下盖板上的剪力钉相连接，纵梁则通过深入混凝土段中翼缘板和腹板上的剪力钉相连接。主梁混合段是钢-砼混合结构传力最关键、受力最复杂、施工相当困难的部位，国内多座桥梁都对钢-砼混合段进行了许多专题研究，主梁钢混结合段施工除保证通常混凝土梁以及钢梁施工的质量措施，结合模板支架及其预拱度、测量予控和混凝土浇筑
25、振捣、养护、预应力张拉等工序，保证主梁混合段所在位置达到桥梁线形、标高、轴线偏移、几何形状等精度要求外，必须严格控制钢束的张拉和锚固的准确和可靠性，剪力钉和加劲构造的焊接质量，和满足混凝土浇筑的强度和密实度，混凝土振捣到位，不能有缺陷和空洞，并使混凝土得到良好的养护。文稿自锚式悬索桥93.4 悬吊跨钢-混叠合加劲梁施工（以江汉六桥为例）1）自锚式悬索桥一期恒载状态形成及桥面板制造与安装；（1）主要程序及要点以江汉六桥为例，悬吊跨采用钢-砼叠合结构，预应力混凝土预制板结合板安装，是施工的重要程序。结合板存放 6 个月再运到现场安装在钢梁顶面，然后浇筑湿接缝，形成一期恒载状态。其施工步骤较多、过程
26、比较复杂，是监理的重点。须仔细制定、优选施工方案和认真执行施工控制措施，并要求在施工监测监控下完成。 步骤 1.钢主梁顶推到位，借助墩顶设备及临时斜拉索索初步调整主梁线形。加载预应力桥面板，连接湿接头钢筋，浇筑湿接头混凝土。步骤 2.完成锚跨梁的混凝土浇筑，并检查轴线、标高等，保证梁体几何精度，采取措施使混凝土质量满足设计要求。步骤 3.随后完成混合段梁体混凝土施工，并检查轴线、标高等梁体几何精度、混凝土质量满足设计要求。步骤 4.简易猫道或支架架设、安装塔顶主鞍座及主缆索股架设、调整、张拉到位、紧缆、缠丝后，形成空缆恒载线形；定位、安装吊索索夹和吊索。此时通过吊索分批、分级张拉，主梁脱架后，
27、在施工控制下精确调整主梁线形和吊索力，形成主梁一期恒载线形。（2）由于脱架前反力不明确，主梁线形及内力精确调整的过程，必须在主梁脱架后，在监控计算和施工控制下完成。整个测量过程，在温度稳定时段进行。（3）若在施加桥面等二期恒载前，进行主缆缠丝，则主缆缠丝拉力须考虑二期恒载影响才能保证后期主缆的紧密度。（4）吊索附近的结合板湿接头处于恒活载的受拉区，为控制运营状态下结合板湿接头混凝土的裂缝宽度尽可能最小，建议采用湿接头混凝土高配筋，并采用顶落支架、分段浇筑等施工措施建立湿接头部位混凝土预压应力。2）桥面板的制造与安装桥面预制板预制施工采用在台座上进行，台座地面应硬化，混凝土面板应在预制厂存放 180 天以上方可安装。悬吊跨的钢-混叠合加劲梁，必须计入混凝土的收缩/徐变等因素的影响，设计要求预应力混凝土预制板制作完成后存放 6 个月，以消除和减少混凝土收缩/徐变等因素的影响。
