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公路工程施工技术:斜拉桥施工方法详解

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:图7.38斜拉桥组成示意图斜拉桥上部结构的施工主要包括3部分,即索塔施工、主梁施工及拉索施工。此种方法是斜拉桥索塔最常用用的施工方法。我国大部分混凝土斜拉桥主梁都采用悬臂浇筑法施工。图7.39斜拉索的截面形式拉索制作为保证拉索质量,斜拉索制作一般不宜在施工现场制作,最好进行工厂化生产,并对拉索进行跟踪检验。

公路工程施工技术:斜拉桥施工方法详解

斜拉桥也称斜张桥、斜缆桥或牵索桥等,它是一个由基础、索、塔、梁4部分构件组成的超静定组合体系结构(图7.38),由高强钢材制成的斜拉索从塔上斜向将主梁多点吊起,并将主梁的恒载和车辆荷载传至墩柱,再通过塔柱基础传至地基。主梁因斜拉索的作用而成为具有若干弹性支承点的连续梁,使其结构尺寸大大减小,自重显著减轻,既节省了材料,又大幅度地增大了桥梁的跨越能力。

图7.38 斜拉桥组成示意图

斜拉桥上部结构的施工主要包括3部分,即索塔施工、主梁施工及拉索施工。

1)索塔施工

斜拉桥索塔一般由基础、承台塔座、下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱(拉索锚固区)、塔顶建筑8大部分或其中几部分组成。索塔通常是钢筋混凝土索塔和钢索塔。

(1)钢筋混凝土索塔施工

钢筋混凝土索塔施工可以采用支架、滑模及翻模及预制吊装等多种方法,其横梁可采用满堂支架或托架现浇施工。

①支架现浇。这种方法工艺成熟,无需专用的施工设备,能适应较复杂的断面形式,锚固区的预留孔道和预埋件的处理也较方便,但其缺点是施工周期较长。跨度200 m左右的斜拉桥,一般塔高在40 m上下,支架现浇比较合适。

②滑模和翻模施工。此种方法是斜拉桥索塔最常用用的施工方法。这种方法的最大优点施工速度快,适用于竖直或倾斜的高塔施工;缺点是对斜拉索锚固区预留孔道和预埋处理困难。

③预制吊装。这种方法要求有较强起重能力的吊装设备,当桥塔不是太高时,可以加速施工进度,减轻高空作业的难度和劳动强度。混凝土结构一般采用卧式预制,由绞车滑轮配合锚在对岸山壁上的钢丝绳和滑轮进行吊装。

(2)钢索塔施工

钢索塔通常采用预制拼装,主要包括工厂分段加工和现场吊装两个阶段。

①工厂分段加工。钢索塔构件在工厂按照设计图纸和技术规范进行加工,加工完毕后的构件经过立体试拼装合格后方可出厂。

②现场吊装。钢索塔在现场吊装时常采用现场焊接接头、高强度螺栓连接、焊接和螺栓混合连接等形式进行装配,其操作应遵循一般钢结构的拼装要求,特别应注意尺寸的准确性,并使结构单元简化,减少拼装时的吊装次数。

2)主梁施工

斜拉桥主梁施工方法与梁式桥基本相同,大体上可以分顶推法、平转法、支架法及悬臂法4种。

(1)顶推法

顶推法的特点是施工时需在跨间设置若干临时支墩,顶推过程中主梁反复承受正、负弯矩。该法较适用于桥下浄空较低、修建临时支墩造价不大、支墩不影响桥下交通、抗压和抗拉能力相同,能承受反复弯矩的钢斜拉桥主梁的施工。对混凝土斜拉桥主梁而言,由于拉索水平分力能对主梁提供免费应力。例如,在拉索张拉前顶推主梁,临时支墩间距又超过主梁负担自重弯矩能力时,为满足施工需要,需设置临时预应力束,在经济上不合算。

(2)平转法

平转法是将上部构造分别在两岸或一岸顺河流方向的支架上现浇,并在岸上完成所有的落架、张拉、调索等所有安装工作,然后以墩、塔为圆心,整体旋转到桥位合龙。平转法适用于桥址地形平坦、墩身矮和结构系适合整体转动的中小跨径斜拉桥。我国四川马尔康地区金川桥(跨径为68 m+37 m),采用塔、梁、墩固体体系的钢筋混凝土独塔斜拉桥,塔高25 m,中跨为空心箱梁,边跨为实心箱梁,就是采用平转法施工的。

(3)支架法

当所跨越的河流通航要求不高或岸跨无通航要求,且允许设置临时支墩时,可以直接在脚手架上拼装或浇筑主梁,也可以在临时支墩上设置便梁,在便梁上拼装或浇筑主梁。这种方法的优点是施工简单方便,且能确保主梁结构满足设计线形的要求。

(4)悬臂法

可以在支架上修建边跨,然后中跨采用悬臂拼装法和悬臂施工的单悬臂法;也可以是对称平衡方式的双悬臂法。悬臂施工法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法两种。悬臂拼装法一般是先在塔柱区现浇一段放置起吊设备的起始梁段,然后用各种起吊设备从塔柱两侧依次对称安装节段,使悬臂不断伸长直至合龙。悬臂浇筑法是从塔柱两侧用挂篮对称逐段就地浇筑混凝土。我国大部分混凝土斜拉桥主梁都采用悬臂浇筑法施工。

综上所述,支架法和悬臂法施工是目前混凝土斜拉桥主梁施工的主要方法,前者适用于城市立交或净高较低的岸跨主梁施工;后者适用于净高很大的大跨径斜拉桥主梁施工。(www.xing528.com)

3)斜拉索施工

斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分,桥跨结构的重力和桥上活荷载绝大部分或全部通过斜拉索传递到塔柱上。常用的斜拉索截面形式如图7.39所示。斜拉索施工包括拉索的制作、运输以及挂索、拉索张拉与索力测定。

图7.39 斜拉索的截面形式

(1)拉索制作

为保证拉索质量,斜拉索制作一般不宜在施工现场制作,最好进行工厂化生产,并对拉索进行跟踪检验。斜拉索的防护分为永久防护和临时防护。临时防护为从出厂到开始永久防护的一段时间。永久防护为拉索钢材下料到桥梁营运期间,分为内防护和外防护。内防护是直接防止拉索锈蚀,外防护是保护内防护材料不致露出、老化等。

(2)拉索运输

拉索在制索场制成后,暂时堆放在制索场并在安装前运到桥上。对小直径的短索来说,其困难不大,但对直径较大且已制作了钢性索套的长索来说,其运输困难是很大的。这不仅是由于大直径索比较重,更重要的是带有索套的索不允许有过小的弯曲半径,否则很容易导致索套开裂破坏。

在专门制索厂制作的拉索需经长途运输时,斜拉索可以盘绕成盘后用汽车火车运送,盘绕外径不得小于索径的250倍。索表面应用麻条或纤维布两层缠包,以保护锚头不生锈。

(3)挂索

挂索是将斜拉索引架到桥塔锚固点和主梁锚固点之间的位置上,其作业方法一般有3种。

①在工作索道上引架。这种方法是先在斜拉索位置安装一条工作索道,斜拉索沿着工作索道引架就位。国外早期的斜拉桥较多采用这种方法,目前这种方法已很少使用。

②由临时钢索及滑轮吊索引架。这种方法是在待引架的斜拉索上先安装一根临时钢索的导向索。斜拉索挂在沿导向索滑动并与牵引索相连接的滑动吊钩上,用绞车引架就位。

③利用卷扬机起重机直接引架。这种方法最为简捷,也特别适合于密索体系的悬臂施工。浇筑桥塔时,在塔顶预埋扣件,挂上滑轮组,利用桥面上的卷扬机和牵引绳通过转向滑轮和塔顶滑轮将斜拉索起吊,一端塞进箱梁,一端塞进桥塔。这种方法在吊装过程中可能会损伤索外的防护材料,需小心施工。

(4)拉索张拉与索力测定

斜拉索张拉是用千斤顶对拉索的索力进行调整。索力的大小,由设计根据各个不同的工况,经计算后给定。要在施工中准确控制索力,首先掌握测定索力的方法。索力测定方法有压力表测定千斤顶液压、压力传感器直接测定和根据拉索振动频率计算索力。

4)施工控制

斜拉桥是高次超静定结构,为了确保斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形处在设计值的安全范围内,成桥后的主梁线形符合预期的目标,并使结构处于理想的受力状态,故在施工过程中对其进行施工控制有着十分重要的必要性。

斜拉桥上部结构施工时应对其施工过程进行控制,应保证结构在施工过程中始终处在安全范围内,成桥后的线形、内力和索力应符合设计要求。施工控制的方法宜根据结构特点、施工方案和环境条件等因素综合选择确定。

斜拉桥的施工控制宜遵守以下原则:在主梁悬臂施工阶段以高程控制为主;二期恒载施工阶段以索力控制为主。

施工控制应贯穿在斜拉桥施工全过程中,除施工应按规定的程序进行外,对各类施工荷载应加强管理,并应对施工过程中的变形、应力和温度等参数进行监控测试,且采集的数据应准确、可靠。监控测试应符合下列规定:

①宜选择无风或微风的天气进行测试,减小风对测量的不利影响。

②测试时应停止桥上的机械施工作业,消除机械设备的振动及不平衡荷载等对测试产生的不利影响。

③各种测试均应在尽可能短的时间内完成,应避免测试条件产生较大的变化。测量宜在夜间气温相对稳定的时段进行。

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