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自锚式混凝土悬索桥施工工法

中铁十三局集团公司第一工程公司
撰写人: 李文良
二OO二年十一月十五日

自锚式混凝土悬索桥施工工法
1．前言
1.1自锚式悬索桥作为悬索桥的一种新型结构, 以其施工简便、 经济美观的特点逐渐被市政工程采用。大连市滨海路桥就是由大连理工大学设计的中国首例自锚式混凝土悬索桥( 见图1) 。中铁十三局集团公司一公司于 2月至 10月采用”分段施工索塔, 整体现浇 ”π”型梁, 吊机提升挂索, 新材料进行缆索防腐”等施工方法成功地完成自锚式悬索桥的施工任务, 现将其总结整理形成本工法。
图1 大连滨海路桥结构示意图
2．工法特点
2.1根据现场施工条件, 采用梁体现浇的施工方法, 节省占地。
2.2主缆在工厂加工成型, 运至现场后在现浇梁和施工便桥上用吊机吊装就位, 施工简便。
2.2挂索施工工艺易于掌握, 施工速度快, 提高工效。
2.3缆索防护工艺先进, 质量易于保证。
3．适用范围
3.1适用于城区附近有景观要求、 且施工场地狭窄受限的中、 小跨度自锚式混凝土悬索桥施工。
4．工艺原理
4.1分段施工索塔, 整体现浇 ”π”型梁, 吊机提升挂索, 使主揽锚固于主梁的端横梁上, 由主梁和边墩下拉杆共同为悬索主缆提供锚固力, 实现自锚体系, 最后用新型材料进行缆索的防腐处理。
5．施工工艺流程与操作要点
5.1施工工艺流程
见图2。

施工准备

测量放线

基础施工

支架施工
墩柱、 塔柱施工

索鞍施工
梁体施工

索部施工
防腐处理

附属工程

图2 施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1基础施工
5.2.1.1本桥设计为钻孔桩基础, 冲击钻成孔。钢筋笼在加工场地加工制作完成, 平板车运至工地, 汽车吊吊装入孔, 导管法浇注水下混凝土。
5.2.2墩身施工
5.2.2.1钢筋施工: 在陆地上进行钢筋笼的绑扎, 然后用吊车吊起与桩基预留接茬焊接。主筋联接采用单面焊。螺旋筋采取绑扎反搭接, 钢筋的搭接绑扎必须符合相应规范要求。
5.2.2.2模板施工: 模板采用自制大块组合钢模板, 由厚4mm的钢板卷制而成, 模板纵横肋采用Ｌ7５×7５×５ｍｍ角钢, 模板加工要求表面平整, 刚度、 强度和稳定性经检算符合规定要求。
5.2.2.3混凝土浇注 : 采用泵送混凝土一次浇注成型, 机械捣固密实。在浇注时控制好混凝土自由下落高度不超过2.0m, 每层浇注厚度不超过50cm。
5.2.3索塔施工
5.2.3.1模板加工: 在钢构件加工厂预先自制两套塔身模板。出厂前, 先在地面进行试拼装, 检查各部尺寸、 接缝及平整度等, 达到规范要求后, 用汽车运抵现场。吊车在现场分段组拼模板就位。
5.2.3.2前期测量工作: 放出塔柱纵、 横方向护桩, 为以后柱身施工校模使用。
5.2.3.3索塔分段浇注: 第一段浇注至下横梁顶部, 第二段浇注至索鞍底部, 施工方法同以上墩柱施工。
5.2.3.4上、 下横梁施工: 采用组合钢模板与木模板组拼、 混凝土泵送入模。
5.2.3.5混凝土施工: 调整塔身施工进度, 避免在晚间或气温过低时进行混凝土施工; 索塔顶部施工时, 用轮扣式脚手架搭设施工作业平台, 按设计要求将鞍部预埋件准确埋设就位, 水平仪控制顶面标高, 误差3mm以内; 随时观测混凝土质量, 及时对混凝土配比进行调整; 严格控制混凝土浇注速度, 随时进行塔身模板的测量监控; 索塔混凝土每次浇注完成后的次日早晨8: 00——9: 00温度相对稳定时, 利用全站仪对塔身垂直度进行复测。
5.2.4鞍部施工
5.2.4.1检查预埋钢板顶面标高, 符合设计要求后清理表面和四周的销孔, 吊装索鞍底座就位, 对齐销孔使底座与钢板销接。在底座表面进行涂油处理后, 安装索鞍主体。
5.2.4.2索鞍由索座、 底板、 索盖等部分组成, 由于质量较大, 索鞍整体就位困难, 因此用吊车或卷扬机设备分块吊运组装。吊装操作时, 要稳 慢、 轻, 不得与其它物件碰撞。吊装入座后, 穿入销钉定位, 要求鞍体底面与底座密贴, 四周缝隙用黄油填实。鞍体吊装过程中, 防止鞍体扭转、 摆动及撞击等。
5.2.4.2索鞍安装误差控制在横向轴线误差最大值3mm、 标高误差最大值3mm。
5.2.4.3顶推索鞍, 用60t千斤顶配合自制的钢架作用于索塔上, 施工平台利用索塔顶部施工时架搭的轮扣式脚手架。顶推前应确认滑动面的摩阻系数, 严格掌握顶推量。
5.2.5主梁浇筑
5.2.5.1操作要点
a.水中梁体模板支架采用钢管支柱, ”六四”军用梁满铺膺架。插打大直径钢管桩架设军用梁时, 精确计算支架的沉降变形, 并经过预压实验消除部分塑性变形。
b.调整支架顶面标高, 支立梁体底、 侧模。梁底模板使用组合钢模板; 侧模使用木模板, 上铺渡锌铁皮。加固侧模支撑, 保证模板光滑、 平整和稳定, 然后直接在底模上绑扎钢筋,
c.采用混凝土一次浇注成型, 使用插入式振捣棒捣固; 及时对混凝土洒水养护, 防止砼表面出现裂纹。
d.施工时用水准仪定期观测支架沉降值, 并详细记录。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, 分析整理数据, 调整下一步施工。
5.2.5.2注意事项
a.梁体模板支架标高的控制必须准确。
b.梁体预埋件的预埋精度要求较高, 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。
c.主梁浇注顺序应从两端对称向中间施工, 防止偏载产生的支架偏移,
5.2.6主缆架设
5.2.6.1主揽加工: 采用在工厂预先定做完成, 整卷运至工地。架设前在施工便桥或已浇筑完成的桥面外侧将主缆直接展开; 完成二端锚具安装, 用卷扬机配合长臂汽车吊从主梁的侧面起吊安装就位。
5.2.6.2支承系统
a.展索盘: 成圈包装的索在展开时必须避免销的形成。因此在放索前应将成圈索放在能够旋转的支架上( 见附图三) 。

b.支承托辊: 为避免主缆在桥面展开时损坏, 在桥面每4-5米设置索托辊( 或敷设草包等柔性材料) , 以保证索纵向移动时不会与桥面直接摩擦造成索护套损坏。
c.锚端支承小车: 因锚重量较大, 在牵引过程中应采用小车承载索锚端。
5.2.6.3牵引系统: 采用卷扬机牵引, 为避免牵引钢丝绳过长, 索的纵向移动可分段进行, 共用三台卷扬机分设于两个桥塔和索端。
5.2.6.4起吊系统: 根据项目的实际条件, 在塔的两侧设置导向滑车, 卷扬机固定在引桥桥面上主桥索塔附近, 卷扬机配合放索器将索在桥面上展开。在提升过程中主要用吊车起吊, 提升时避免索与桥塔侧面摩擦。当索提升到塔尖时将索吊入索鞍。在主索安装时, 桥侧配置3处起吊设备。
5.2.6.5锚固区提升: 当拉索锚固端牵引到位时, 用吊机安装主索锚具, 并一次锚固到设计位置。吊机起重力在5吨以上。
5.2.6.6主索塔顶就位: 提升高度大于25米时, 在两座索塔的二侧安置起重力大于45吨的汽车吊, 将主索直接吊上塔顶索鞍就位。在吊装过程中为避免索的损伤, 索上吊点采用专用保护索夹( 附图二) 。

5.2.6.7提升倒链: 主索在提升到塔顶时, 由于主跨的索段比较长, 为确保吊机稳定, 用塔上设置的倒链协助吊装。
5.2.7主缆调整
5.2.7.1在主索制作过程中, 在索上进行准确标记。标记点包括锚固点、 索夹、 索鞍及跨中位置等。
5.2.7.2安装前, 首先测定跨长、 索鞍标高、 索鞍预偏量、 主索垂直度标高、 索鞍位移量以及外界温度, 然后计算出各控制点标高。按照设计图要求准确核对各项控制值误差。报经设计代表同意后方可进行主索调整。并按照调整后的控制值进行安装。
5.2.7.3主缆的调整, 一般在夜间气温比较恒定时进行。调整时参照主缆上的标记, 保证索的调整范围。首先调整主跨跨中缆的垂直标高, 完成索鞍处固定。然后在边跨根据设计提供的索力用千斤顶在锚固区将主缆张拉到位。

5.2.8索夹安装
5.2.8.1为避免索夹的扭转, 索夹在主索安装完成后进行。
5.2.8.2首先复核工厂所标示的索夹安装位置, 确认后将该处的PE护套剥除。索夹安装采用工作篮作为工作平台。将工作篮安装在主缆上( 或同普通悬索桥一样搭设猫道) , 承载安装人员在其上进行操作。索夹起吊采用汽吊。
5.2.8.3索夹安装的关键是螺栓的紧固, 施工时要分二次进行: 索夹安装就位时用扳手预紧, 然后用扭力扳手第一次紧固, 吊杆索力加载完毕后用扭力扳手第二次紧固。
5.2.8.4索夹安装顺序是: 中跨是从跨中向塔顶进行, 边跨从锚固点附近向塔顶进行。
5.2.9吊杆安装及加载
5.2.9.1吊杆安装: 吊杆在索夹安装完成后立即安装。小型吊杆采用人工安装。首先搭一个活动支架, 高度能够根据需要调整。小吊杆用4—6个人抬起后先将下端伸入主梁的预留孔内, 上端穿入连接销便可完成。大型吊杆采用吊车配合安装。
5.2.9.2吊杆的加载: 根据主梁和主缆的刚度、 自重采用计算机模拟的办法, 获得最佳加载程序。并在施工过程中, 经过观测, 对张拉力加以修正。
5.2.10缆索防护
5.2.10.1索夹对接缝及螺栓密封处的防护: 索夹的对接采用单组份聚氨脂密封胶。当索夹最后坚固后首先将索夹对拼缝清理干净。然后将密封胶挤在缝隙内。表面抹平整后与索夹一起用油漆防护。
5.2.10.2鞍的防护: 鞍的防护比较重要, 因为鞍在工程完工后一般来说是不可视的, 因此一般采用双层防护, 首先使用单组份聚氨脂密封胶密封主揽与鞍的接缝, 然后在张拉完成后向鞍所在的主塔洞室中充填聚氨酯发泡材料, 使鞍部整体与空气隔绝。
5.2.10.3锚固点的防护: 锚固点的防护是悬索桥使用防护的关键, 它的防护分两步, 首先用软态不凝密封胶充填桥梁预留孔与拉杆及主揽的间隙并用硬凝密封胶封口; 然后使用黄油涂抹桥下裸露螺帽及垫板并用不锈钢罩封闭。
5.2.11桥面系施工
5.2.11.1栏杆的施工待吊索施工完毕后进行。栏杆在工厂中制作, 然后运至现场与梁体予埋件进行连接安装。
5.2.11.2人行道板采用现场预制, 然后用吊车吊装即可。
5.2.11.3混凝土摊铺前先在桥面上做好混凝土顶面标高控制点, 摊铺时以水准仪跟踪观测。沥青混凝土采用震动摊铺机进行施工。
6．主要材料:
见表1。
主要材料表 表1
序号
名称
规格
数量
备注
1
钢护筒
壁厚10cm
15t
基础
2
钢管桩
406
65t
海上现浇梁支撑
3
军用梁
”六·四”式
140t
现浇梁浇筑
4
连接角钢
L75*75*6
28t
塔主施工
5
槽钢
[16
12t
鞍部施工
6
钢管脚手架
Φ50
8t
主揽架设及调整
7
木方及板材
16*16
200m3
吊杆安装及张拉
7．机具设备
见表2。
主要机具一览表 表2
序号
机具名称
数量
用途 使用部位)
1
重力式冲击钻
4台
基础
2
25t汽车吊
3台
现浇梁、 鞍部施工、 主揽架设、
3
40振动锤
1台
基础和现浇梁支撑
4
卷扬机
3台
主揽架设
5
20t倒链
2台
主缆架设
6
500t千斤顶
1台
主索调整
7
30t千斤顶
8台
吊杆张拉
8
60t千斤顶
2台
索鞍顶推
8．劳动力组织:
见表3。
劳动力组织表 表3
序号
工序名称
技术人员( 人)
现场调度及管理人员( 人)
技术工人( 人)
普工( 人)

总计( 人)
1
桥梁基础
1
1
5
17
24
2
海上现浇梁支撑
1
1
13
15
30
3
现浇梁浇筑
2
1
7
40
50
4
塔柱施工
1
1
8
30
40
5
鞍部施工
1
1
5
5
12
6
主揽架设及调整
2
2
11
20
35
7
吊杆安装及张拉
2
1
17
20
40
8
防护工程
1
1
8
10
20

9．安全措施
9．1对吊装设备及施工拉杆规格的选择应进行计算校验。保证设备有足够的安全度。
9．2临时平台和吊点设计由设计进行复核。以保证不影响结构的安全。
9．3主索展开时设置防护措施, 避免索圈弹出伤人。
9．4卷扬机操作人员精神集中, 听从指挥, 确保安全。
9．5操作人员进入工地佩戴安全帽。高空作业系好安全带。
10．质量控制
10. 1主缆架设质量控制
10. 1.1个别项目不调整主缆, 因此在安装前要认真复核主索及锚固点、 索鞍的位置, 避免主索安装误差过大。
10. 1.2在主缆索牵引过程中要注意索护套的保护。拉索表面的包装材料可在索夹安装时拆除。避免索护套的损坏给主索的使用寿命带来隐患。
10. 1.3在安装前索鞍位置要按照设计要求偏位固定。当主索安装完成后, 拆除固定装置。避免索塔产生过大水平力。
10. 1.4安装完成的主索为自然悬链线状态, 如出现扭转, 应进行调整。
10.2索夹安装质量控制
10. 2.1正确确定索夹位置, 减少吊杆位置与梁上锚固点之间的偏差。
10. 2.2在安装索夹之前清理钢丝表面, 避免污垢导致索夹滑移。
10. 2.3重复用扭力扳手紧固螺栓。防止螺栓之间的轴力偏差。
10.2.2.4按照二个阶段紧固的要求, 确保索夹的夹紧。
10. 3吊杆安装、 索力调整的质量控制
10. 3.1在安装过程中注意索护套的保护, 防止索护套损坏影响吊杆的使用寿命。
10. 3.2吊杆加载程序严格按设计要求进行, 避免加载误差导致成桥标高及索力不能达到设计要求。
10. 3.3张拉过程中遵照对称、 逐渐分段的原则进行。

10.4质量检验记录
10.4.1主缆安装质量检查记录
10.4.1.1主缆各标记点与相对位置的误差。
10.4.1.2主缆安装后的垂度或相对高度误差。
10.4.1.3主缆鞍座、 锚固点在施工各阶段的相对位置变化值。
10.4.1.4主缆的中跨、 边跨在施工各阶段的垂度变化。
10.4.2索夹安装质量记录
10.4.2.1索夹的安装位置。
10.3.2.2索夹各螺栓的拧紧扭力。
10.4.3吊杆安装、 调整质量记录
10.4.3.1安装后吊杆外观检查。
10.4.3.2各吊杆在加载张拉过程中索力和锚固位置的变化值。
11．效益分析
11.1由本公司施工的大连滨海路自锚式混凝土悬索桥与该工程原设计方案相比, 具有明显的造价低、 施工速度快等特点, 经济效益显著;
11.2金石滩滨海路桥施工成本560万元, 与原设计方案( 系拱式钢管桥) 施工概算900万元比较, 节省建设资金340万元;
11.3施工中, 采用”分次施工索塔, 整体现浇 ”π”型梁, 吊机提升挂索, 用新型材料进行缆索的防腐处理”的施工方法使工期比原计划提前了1个月; 节省资金约10万元。
11.4建成后的金石滩滨海路桥已顺利经过车载试验, 并作为金石滩旅游度假区的一道亮丽风景每天迎接国内外大批游客该桥的施工为本企业赢得了良好的社会信誉, 综合效益显著。
12．工程实例
中铁十三局集团公司第一工程公司在 2月开始—— 10月间完成了大连理工设计院设计的大连金石滩滨海路大桥( 已建成通车) 。该桥采用了自锚式悬索桥形式, 主桥全长108米; 主跨60米, 桥宽12.5米, 设计为双向单车道。该桥主缆采用规格为Ф7×313平行钢丝索。吊杆规格Ф5×37, 共66根。采用该工法施工节省资金, 降低造价, 施工速度快, 安全无事故, 质量和环保均满足业主要求, 实现了顾客期望。该成果的应用填补了我集团公司悬索桥施工领域的空白, 为今后同类工程的施工积累了宝贵的经验。
此成果当前正准备在即将施工的吉林市松花江大桥及金华市纵三路跨义乌江大桥施工中推广应用。