大跨度桥梁的施工工艺

1大跨度桥梁的施工工艺摘要:大跨度桥梁的施工主要包括基础工程、索塔工程和上部结构工程施工三个方面。各个方面有着自己不同的施工特点，针对不同的施工特点和所处的不同环境应该选择合理的施工技术和方法。大跨度桥梁的施工技术是桥梁技术中的重要内容，要建造超大型桥梁，首先必须有较好的施工工艺，大跨度桥梁结构的施工工艺研究是一门迅速发展的学科，它对保证桥梁结构建设的顺利完成具有特别重要的意义。斜拉桥、悬索桥和拱桥等几种结构跨度较大桥梁的主要施工工艺的重点和难点在本文中进行了比较详细的介绍。关键词:大跨度桥梁；施工技术；结构1引言近年来,随着我国经济的发展,在大江大河流域及沿海地区深水、特殊地质条件下不断兴建超大、超长结构的悬索桥、斜拉桥及拱桥,其建设规模国内空前,基础庞大、塔柱高耸、跨度超长。大跨度桥梁施工主要包括基础工程、索塔工程和上部结构工程施工三个方面。其中,基础工程主要有深水高桩承台基础、沉井基础、地下连续墙基础,其主要代表工程有苏通大桥和润扬大桥深水承台基础、江阴长江大桥北锚陆上沉井基础和泰州大桥中塔柱水中沉井基础,润扬大桥北锚矩形地下连续墙基础和武汉阳逻长江公路大桥南锚圆形地下连续墙基础。索塔工程主要有混凝土塔和钢塔结构,其主要代表工程有苏通大桥的高塔施工和南京三桥钢塔安装。上部结构工程主要有大跨径斜拉桥、悬索桥和拱桥施工等,其主要代表工程有苏通大桥的大跨径主梁架设、超长斜拉索张挂,贵州坝陵河大桥桁架梁架设和江苏泰州长江公路大桥主梁安装,重庆朝天门大桥超大跨桁架拱架设等。2基础施工2.1深水高桩承台基础施工深水高桩承台基础施工时有以下特点:(1)处于深厚覆盖层,水深、流急、流态紊乱,钻孔平台及钻孔桩施工难度大。(2)承台结构尺寸较大,无论是采用钢吊箱还是钢套箱结构,其规模尺寸庞大,设计、制作和安装难度均较大。(3)钻孔桩密集、桩间间距小,钻孔垂直度要求高,穿越易坍孔土层以及溶洞等特殊地层,对护壁泥浆要求高,要求成孔速度快。基于上述特点,采取的施工技术为:(1)深水急流中大型钻孔平台设计施工技术。水流复杂时,船定位困难;平台钢管桩刚度小,悬臂较长,水动力作用下产生涡振、易断裂。因此,采用直接利用钢护筒作为平台的支承结构的方案,研制大刚度悬臂式钢护筒导向装置,提高护筒沉放精度和速度。2(2)深厚覆盖层超长大直径钻孔灌注桩施工技术。针对不同地层选用合理钻速;配置优质PHP泥浆护壁,减小泥皮厚度;钢筋笼同槽制作;采用桩底后压浆法减少群桩基础沉降量,提高基桩承载能力和基础整体刚度。(3)超大、超长钢吊箱设计与施工技术。以苏通大桥为例,苏通大桥采用双壁钢吊箱进行承台和系梁施工,成桥后钢吊箱将成为永久结构的一部分。钢吊箱结构长118m、宽52m、高16·5m,钢吊箱总重约6180t,首节钢吊箱高6m。采用大型浮吊整体安装钢吊箱属国内较为成熟的工艺,但对于苏通大桥北索塔基础3200t首节钢吊箱,国内没有相当起重量的浮吊。为此采用了现场组拼,多台连续式千斤顶整体下放首节钢吊箱的方法,应用了一套可靠性设计、液压程控、信息化监控等集成技术,实现巨型异形钢吊箱平稳下放入水、精准定位。2.2沉井基础施工沉井基础施工时有以下特点:(1)沉井基础采用格仓结构,整体尺寸庞大。(2)水中沉井一般采用钢混结合形式,其施工尤其困难,钢沉井浮运定位较为困难。(3)沉井定位精度要求较高,沉井下沉偏位难以控制。(4)沉井下沉时和下沉后会引起河床冲刷,需选择合理着床时机和着床状态。基于上述特点,以泰州大桥为例,采取的施工技术为:(1)下部钢沉井岸边接高。为适应洪水期安全要求,将江心墩位处临时锚固钢沉井接高优化为岸边锚地临时锚固接高,既减小接高期安全风险,又与导向定位系统平行施工,节省工期。(2)钢沉井整体浮运设计优化。根据浮运航线所能提供的最大水深及有效宽度,对钢沉井进行水阻力的研究与计算,确定合适的浮运动力,选择适当的拖轮数量、动力、着力位置与方向等。(3)优化沉井着床高度与时机。根据河工模型试验,选择适当的的水文条件与河床冲刷形态,确定适当的水位与流速、有利的着床时河床冲刷形态及合理的沉井着床高度。(4)沉井调位及着床。沉井分阶段注水与锚墩拉缆同时进行调位,选择适当时机着床(包括潮位、平潮时间、流速等条件的选取)。(5)中塔墩沉井选取不排水取土吸泥工艺,采用冲吸法空气吸泥工艺。3塔索施工33.1混凝土塔索施工混凝土塔索施工时索塔塔身高度较大。索塔预应力锚固多采用钢锚箱或钢锚梁结构,其结构尺寸和重量巨大,安装定位较困难。为此,苏通大桥采用爬模系统进行塔身混凝土施工,保证塔身线形。钢锚箱(钢锚梁)工厂制造,每五个节段进行一次立式匹配。采用工厂制作-现场安装一体化的精度管理技术,进行全过程几何控制。工厂内建立了微型测量控制网,控制钢锚箱(钢锚梁)制作精度和预拼装精度;现场采用高精度三向千斤顶系统,结合了施工控制技术,确保了首节钢锚箱(钢锚梁)的精确定位。3.2钢塔安装施工工艺(1)钢塔节段安装通过满足接口精密对位和金属接触率,再现工厂预拼装线形。(2)通过大吨位塔式起重机,起吊钢塔节段安装。(3)针对曲线形钢塔采用可调节段、在钢塔节段安装过程中设置主动横撑以及钢横梁的自然合龙等技术,并与高精度的施工监测相结合,完成曲线钢塔。3.3超高索塔形态控制技术对于超高索塔,大桥索塔高,线形受温度和风影响大,必须修正。线形与施工过程密切相关,必须进行控制。环境恶劣,对测量仪器和测控技术要求高。工期紧,要求能进行全天候测量定位作业。施工中的施工工艺为:(1)将连续梁施工控制方法引入索塔施工,实现全过程控制。(2)采用“追踪棱镜”技术,实时修正索塔中性位置。利用测量机器人,开发自动化监测软件,实现了对索塔线形的自动测量,克服了测量对时间的限制,实现全天候测量放样作业。(3)钢塔柱加工时,控制焊接变形和机加工精度、工厂的立式匹配、水平预拼装等。(4)钢塔安装过程中线形的控制与节段安装过程中的施工应力有很大关系,通过主动横撑实现。(5)由于不可能在加工厂对其进行全塔立式匹配以及桥位现场复杂的外部荷载等因素,在桥位架设钢塔过程中必须进行精密测量,以获得钢塔的精确三维姿态。4上部结构施工4.1斜拉桥施工技术主梁施工特点:长大斜拉桥跨度大、桥面宽。主梁主要采用钢箱梁结构,其节段重量较大,需要较高起重能力的起吊安装设备。长大斜拉桥主梁安装单双悬索长度较大,其抗风稳定性尤为重要。其中关键的施工工艺为:(1)梁段安装技术。(2)中跨合龙关键技术。苏通大桥主跨1088m,悬臂拼装标准梁段长16m,重450t,吊高近80m,梁段宽41m。采用双桥面吊机系统,分散支点反力,减小梁段间变形,提高匹配质量。研发高速起吊系统,提高梁段提升速度,减少航4道占用时间。苏通大桥采取顶推辅助合龙工艺。将塔梁临时固接体系与顶推装置一体化设计,满足了施工期结构稳定和顶推调整需要。采用顶推辅助合龙,不改变构件几何尺寸,成桥结构受力和线形与理论计算保持了一致性。超长斜拉索施工的特点为:长索牵引力大,常规的塔端牵引和张拉工艺安装困难,采用梁端牵引和张拉工艺。由于采用了双桥面吊机系统进行梁段起吊,梁端空间狭小,张拉设备和张拉人员操作困难。长索张拉力大,钢丝扭角造成张拉过程易发旋转,影响索长和索力。以苏通大桥为例,采用的施工技术为:长索采用梁端卷扬机、钢绞线和硬张拉杆软硬组合三级牵引、张拉工艺。长索梁端牵引导向装置与桥面吊机一体化设计,减轻了悬臂前端荷载,实现设备多功能化。4.2大跨度悬索桥施工主缆施工时:(1)采用水下、水面(浮吊)和空中过渡法(直升飞机、气艇、火箭等)架设先导索,安装锚道。(2)采用门架单线或双线往复式牵引系统架设PPWS法主缆索股,主缆架设效率较高。(3)通过精确调整基准索线形及锚跨张力,保证主缆索股安装质量和索股均匀受力。对于钢桁加劲梁施工,以贵州坝陵河大桥为例,施工特点为:(1)钢桁加劲梁主要应用于双层桥面或公铁两用以及山区峡谷间的悬索桥。(2)长大跨度桁架梁节间主要采用高强螺栓连接,其梁段架设多采用塔端向跨中悬臂拼装方法。施工时:钢桁加劲梁采用桥面吊机吊装,并采用平面结构悬拼法由两侧索塔向跨中推进。钢桁架的架设采用有铰的逐次刚接法,在主桁架多个节间的上弦杆设置临时铰。并在设铰节间的主横桁架上(下)横梁之间设置抗风拉索。5结束语大跨度桥梁施工技术是桥梁技术中重要的一部分内容，很多桥梁特别是大跨度桥梁，往往就是施工过程控制了整个桥梁的设计。要建造超大型桥梁，首先必须研制一些巨型设计设备;其次必须创造新工艺，如制造自动化程度较高、较精确的桥梁构件，发展新的快速架桥技术;还必须有一套完善的超长大跨度桥梁施工计算机控制系统，在施工过程中对索力、梁和塔的位移、应力等，由计算机跟踪控制，确保施工安全和质量。大跨度桥梁结构的施工工艺研究是一门迅速发展的学科，它对保证桥梁结构建设的顺利完成具有特别重要的意义。6参考文献5[1]刘来君大跨径桥梁施工控制温度荷载长安大学学报2003[2]陈红大跨度预应力混凝土斜拉桥的一种施工控制方法重庆交通学院学报2003[3]徐君兰大跨度桥梁施工控制北京:人民交通出版社2000[4]王武勤大跨度桥梁施工技术北京:人民交通出版社2007[5]向木生，张世舰，张开银大跨度预应力混凝土桥梁施工控制技术中国公路学报2002[6]周昌栋,谭永高,宋官保悬索桥上部施工北京人民交通出版社2004[7]强士中，周璞桥梁工程成都:西南交通大学出版社2000[8]周孟波斜拉桥手册北京:人民交通出版社2004[9]李国豪桥梁结构与震动北京:中国铁道出版社1996[10]林元培斜拉桥北京:人民交通出版社2004[11]向中富桥梁施工控制技术北京人民交通出版社2001