巫峡长江大桥施工技术

巫峡长江大桥施工技术四川路桥建设股份有限公司重庆巫峡长江大桥工程项目分为主桥和引道工程两部分，桥址位于长江巫峡入口处，设计为中承式钢管砼双肋拱桥，主跨净跨为460m，位居同类型桥梁世界第一，全桥跨径组合为6×12m（引桥）+492m（主跨）+3×12m（引桥）。引桥为预应力砼连续梁（南岸异形梁为钢筋砼简支梁）；桥面为预应力砼π形连续梁；全桥吊杆和立柱间距为12.0m，桥面与拱肋交汇处横梁为组合截面梁。桥长612.2m，桥宽19m。设计总体布置如下：巫峡长江公路大桥立面及平面布置图1巫峡长江大桥施工方案的确定1.1引桥施工两岸引桥及桥台基础均位于岸坡上，采用明挖施工基础，台身、墩身及盖梁采用现浇，上部构造采用预制或现浇。1.2主桥施工1.2.1主拱座施工两岸主拱座均处于裸露的灰岩上，并位于卸载带上，采用按地质构造的卸荷线开挖拱座以上土石方卸载，然后按图纸要求人工开挖基坑再施工拱座。1.2.2主拱肋施工（1）钢管拱肋的加工及安装钢管拱肋节段及横联在工厂加工运达现场后采用无支架缆索系统进行吊装就位，钢铰线扣索进行斜拉扣定。（2）拱肋弦管内砼的压注采用自两端拱脚向拱顶连续压注。1.2.3上部构造施工（1）拱上立柱施工拱上立柱采用工厂加工运达现场后吊装就位焊接再压注管内砼，盖梁采用预制安装。（2）吊杆、横梁、车道板及桥面施工吊杆、横梁、车道板采用预制安装，桥面采用现浇。2巫峡长江大桥主要施工难点2.1钢管拱肋节段采用无支架缆索吊装系统吊装成拱，包括难点：（1）缆索吊装系统的索跨大：为576m；（2）吊重大：节段重128t，设计吊重170t；（3）索塔高度大：达150.22m；（4）构件起吊高度大：有260m；（5）不能断航：黄金水道不能长时断航。2.2各根钢管拱肋弦管内砼的连续压注。3巫峡长江大桥主要施工技术3.1缆索吊装系统布设技术缆索吊装系统包括吊塔（置于扣塔上）、锚碇、承重缆索、压塔索、起吊滑车组、分配梁、卷扬机、承索器等。（1）用辅助支架安装扣塔扣塔为管结构，由厂家对其分节、分片加工后，船运至桥孔下的水域，起吊高度达180m-290m后才能到安装的位置，扣塔构件安装后，在焊接工作完成前，扣塔上不能承受外力作用，因此，扣塔的安装不能由塔吊来辅助。经过分析比较后，我们选用万能杆件拼成的支架来辅助安装扣塔，由系于其上的通长缆风索来确保稳定。见右图所示。（2）缆索索塔直接铰支于扣塔顶面上缆索系统如另设独立的吊装用索塔（吊塔）需用万能杆件约2100t，而将吊塔直接铰支于扣塔顶面以上，仅需杆件320t。扣塔为钢管支架格构柱，竖向Φ610×10的钢管内灌筑C60砼。经复核计算，扣塔能承受支于其上的750t的吊塔压力。因此，将吊塔置于其上（塔顶设避雷针），见下图。（3）索塔顶仅设纵向压塔索索塔为双柱门式索塔，中心距20m。索塔高南岸为150.22m，北岸为125.72m。因地形限制，无法在塔顶上设置沿桥长及横桥向的“八字”抗风索。经受力分析后，确定仅加设四根Φ47.5的纵向压塔索，张紧力为320KN，在塔顶处塔、索固定，而横桥向不设。但在建始岸，因索塔高度大，加设了横向抗风索，初张力100KN。对塔顶作上述约束后，在缆索布置完成后进行试吊时，索塔编位纵向最大值为24cm，试吊后进行了调整，正式吊装时，索塔最大纵向偏位20cm，横桥向最大偏位4cm，均在允许的范围内。(4)塔顶结构索鞍横梁下设置弹性支座主吊索鞍处承受集中力＞1600KN，作用于横梁中心，如横梁下与塔顶杆件的支承靴间用刚性支撑，将使中间一排柱承受绝大部份的压力，很不合理。为此，我们在中间一个支承靴上加设厚度为20mm的橡胶（弹性）支座，使受力传开，其值在500KN-1000KN之间。（5）吊锚锚碇用桩锚并加设岩锚本桥吊锚受力18000KN，上、下游锚碇受力各为9000KN。锚碇处地面倾角＞450，岩石破碎，设重力式锚碇土抗力不足。我们采用桩式锚碇，同时在锚碇后方加设平均长度为20m的9Фj15.24的无粘结预应力束岩锚，作为安全储备。岩锚前端锚固于承台上，选用Rby=1860Mpa的钢绞线，张拉控制应力0.6Rby。吊锚布置示意图326.228侧面I-I317.128主索XKO+779.23519.216预埋钢管锚头81°预埋槽60x100cm桩D200进人孔挡土板II挡土板桩D200钢筋砼岩锚岩锚锚索岩锚锚索（6）启用Ф56（CFRC8×36SW+IWR-56mm）满充式钢丝绳作承重主索其主要特点是单根索破断拉力大（≥2450KN），厂家是应我方需要首次生产（见下图所示）。无使用经验资料可供借鉴，经咨询有关专家和现场的反复试验，我们确定承重主索的受力安全系数≮3，钢绳的连接采用特殊的索夹，间距为40cm。（7）设置主动式承索器其目的是减小起重索或牵引索在其转线点间的距离，从而减小吊点（吊具）的配重。承索器挂于主索上，托起组主索下的2根起重索和2根牵引绳，承索器间相互用Φ19.5钢索相连，进入一台50KN的卷扬机形成循环线，开动卷扬机，主动控制承索器的最佳位置，如下图所示。承索器结构示意图本桥设置主动式承索器后每个吊点配重仅为5t；同样垂度下，如不设承索器，每个吊点配重将达25t，技术先进性显而易见。在使用中，承索器轮将起吊及牵引索梳理得有条不紊，经过多次七级以上大风后，没有出现起重索或牵引索相互打绞的现象。本技术已申报国家专利，申请号：03234487.2。（8）采用特制起吊滑轮组滑轮组采用上5轮下4轮，组成8线起吊滑车组，单轮受力按200KN设计，外直径为480mm，用滚柱轴承。经实施观测和检验，全部滑轮运行可靠，至拱肋吊装完成，快绳端经过的滑轮已运行21万转，没有一个滑轮出现问题；起吊滑车组运行自如，起吊钢绳没有出现一次扭绞现象。（9）选用恒力起吊、牵引卷扬机卷扬机选用摩擦式恒力卷扬机，附带卷绳器。根据巫山桥的特点，定制的起吊用卷绳盘卷绳量为2200m（Ф24mm钢丝绳），牵引用卷绳盘卷绳量为1200m（Ф28钢丝绳），卷绳筒配备40N.m的力矩卷扬机做动力。这种卷扬机与卷绳器的配套搭配使用在本桥是第一次，经使用证明运行可靠，效果好。3.2斜拉扣挂系统布置技术斜拉扣挂系统包括扣塔、索鞍、扣锚、扣索、扣索固定端及扣索张拉系统等；主要采用了：（1）扣塔上采用多个滚轮做成弧形索鞍其目的是增大钢绞线的弯曲半径，使钢绞线受力后不致产生大的弯应力。弧型索鞍轮的半径为2962mm，每束6-10根的钢绞线均通过宽度为54mm的轮槽，经实施观察，效果良好（见下页图）。扣塔上弧形索鞍位置示意图（2）扣锚采用桩锚加岩锚作为安全储备该创新设计方法，解决了桩锚前端土体抗力不足的问题。考虑到桩上的承台的前墙上承受扣索的张力共2×12500KN。前墙既受弯，也有上拨力，因此，前墙设水平预应力束8束，竖向设预应束4束，每一侧布置12束9φj15.24的岩锚，方向与扣索尾索方向平行(见下图)。经观测，在使用过程中发生的位移＜1mm。扣锚布置示意图锚头预留泄水孔286.83岩锚正式扣索预留孔临时扣索预留孔I-I侧面I挡土板岩锚锚杆（12x9φ15.24钢绞线）横隔板45x4581°I桩D250扣索XKO+738.206（3）设置扣塔平衡索为保证扣塔顺桥向位移不超过规定的7.5cm，因此，设置扣塔前、后平衡索。在拱肋节段安装前，设置前平衡索，为4×3Фj15.24，拉力共计1000KN，上端锚于扣塔顶，下端锚固于拱座上；后平衡索仍为4×3Фj15.24，拉力共计800KN，在第四号正式扣段扣索张拉前张拉到位，上端锚于扣塔顶，下端锚于扣锚顶面，实施中达到了预期效果。（4）正式扣索、临式扣索分别设置1、2、4、6、8#节段上的扣索为临时扣索，3、5、7、9、10、11#节段上的扣索为正式扣索。临时扣索采用Ф47.5钢丝绳张拉，系于钢管桁架上，锚固于扣塔下或扣锚处。正式扣索用钢绞线，锚于扣锚上，张拉端用千斤顶进行调节。正式扣索每肋每一扣点处设4束，每束有6、8、9、10根四种，预先编束制作。巫山长江大桥钢管拱肋节段无支架缆索吊装--扣索斜拉扣定系统布置示意图（5）正式扣索锚固端采用P型锚与专门锚具共同锚固锚固端位于拱肋钢管桁架上，在其锚点处设置扣点及转点，在扣点下设有4个孔穿过的反力梁，孔径分别为120mm（1#、2#、3#扣索处）和140mm（4#-6#扣索处），反力梁孔的外端面与扣索受力方向正交。扣索专用锚具由锚头和锚环组成。锚头上根据设计钻有能穿过扣索钢绞线的孔，过孔的所有钢绞线由P型锚锁住端头，扣索固定端安装时，将锚头穿过反力梁的相应孔道后，将锚环（内丝口）旋入锚头（外丝口）并使锚头外露三丝即可。（6）张拉端锚固体系非常规设置钢绞线扣索受力在0.08Rby-0.42Rby之间，属于典型的低应力状态，张拉端可靠锚固是一大难题。我们为此开发出了低应力夹片锚固体系。其创新点在于用特制压板由外力压住夹片，然后拧紧压紧螺栓，使钢绞线处于低应力时，达到防止夹片松出的目的，同时放、张方便。本体系已申报国家专利，申请号：03234873.8。扣索张拉端布置示意图（7）用一对扣索的千斤顶控制调索本桥拱肋安装用的正式扣索共6对，每岸（侧）的一个扣索索号在上、下游肋上各有4根索，如每根扣索上全部设千斤顶，则需千斤顶和配套油泵96台（套），是不经济的。经过我们提出，监控单位同意，实施中只设了一对索的千斤顶，即实用千斤顶共16台。其使用方法是，首先安置千斤顶在待安拱肋节段的拉索张拉位置，在该段（含上、下游节段及横联）安装完毕后，在安装另岸的节段的期间，调整已安装的其他索号的索力。如此控制及布置后，没有因为调索力而耽误一天的工期，顺利实现了本桥拱肋高精度（相对误差均≤10mm）合龙，控制结果满足了设计、规范及监控要求。合龙后的拱肋图3.3钢管桁架节段吊运技术（1）拱肋节段起吊前快速定位钢管节段从工厂由船运至桥下水域定位。桥位处于长江黄金水道，根据港航要求，每天只能在10：00-13：00之间断航。实施中，在拱肋上、下游的两岸设地锚，用钢绳与定位船连接，完成定位，然后开动运输船连接定位船进行准确就位，此后即可进行节段吊运。节段起吊前，运输船定位约用1h，节段捆绑约用0.5h，起吊至安全高度约0.5h，因此，一般在12：00之前便开放了水域，减少了占用黄金水道的时间，确保了每天安装一个吊装单元（节段）的要求。（2）采用2组4Ф56承重主索同时吊重本桥的钢管拱肋节段吊装重量为128t，如用一组主索吊重，会使索鞍处产生很大的压力P（P3000KN），此力作用于塔顶很不合理。因此，采用间距为6m的2组4Ф56主索同时抬吊一个拱肋钢管节段的吊重方式，全桥横向2条拱肋布置2×2组4Ф56主索，中距19.7m。在主索纵向设置成双吊点跑车，间距为18m。采用两组主索同时吊重，设置横向受力均匀分配体系，确保每端梁吊点处的力均匀分布在2组主索上且随时可以自动调整，如下图所示。施工中上游的两组主索和下游的两组主索不同时吊重。（3）吊点受力平衡系统因每节段分为两组主索的4个吊点抬吊，保证吊点受力均匀是关键。上、下游的前或后吊点相互连在一起，应均匀受力，而在前或后两个吊点的受力应尽可能均匀。经过节段重心计算，和各节段逐一分析计算，仅第四段捆绑点位置受力最大，为64.6t，其他的均小于此值。因此，捆绑点位置确定为上弦靠低端节点及下弦靠高端节点处（见图片所示），能满足吊点受力均小于64.6t，在此情况下，起吊钢绳及吊点滑车组受力在设计要求范围内。（4）拱肋节段间接头采用高强螺栓临时连接钢管桁架节段端头内设法兰盘，就位安装时，用8颗M48的高强螺栓连接(见下页图)，紧固后将节段受力交给扣索，同时松去起吊吊点的受力。拱脚设柱形铰轴，便于调整拱轴线，此铰在第9段安装完调好拱轴线型后固结。接头构造图（5）标高及轴线快速测量轴线采用在轴线上置仪及设后视点直接观测法（钢管桁架节段上预先设置轴线及高程观测点）