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世界首座超千米斜拉桥-苏通大桥千米级斜拉桥上部结构施工关键技术研究中交第二航务工程局有限公司2008年4月目录u研究背景u主要研究内容u关键施工技术u施工控制技术u创新点及创新成果u社会经济效益u研究背景l工程概况l自然条件l结构特点l主要技术问题苏通大桥是国家沿海高速公路跨越长江的重要通道海口沈阳苏通大桥渤海湾通道杭州湾大桥台湾海峡通道港-珠-澳连接线琼州海峡通道苏通大桥位于长江入海口，连接苏州、南通两市上海市u桥型：七跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥u主跨：1088米、全长2088米u通航：5万吨集装箱货轮，4.8万吨驳船队u设计风速：49.4米/秒（施工期35.4m/s）苏通大桥主桥索塔采用倒Y型，C50号混凝土。塔高300.40m，其中上塔柱高91.4m，中塔柱高155.8m，下塔柱高53.2m。塔底上下游塔柱中心间距62m。索塔锚固区采用钢锚箱结构，锚箱共有30个，单个最重39.5t。箱梁全宽41m，不含风嘴顶板宽35.4m，底板宽为23.0m，中心线处高度4.0m。共17种类型、141个梁段。标准长度16m、尾索区节段标准长度为12m。标准梁最重约450t；大块梁最重约1208t。斜拉索采用工厂生产的多防腐系统的高强度低松弛平行钢丝扭绞型成品拉索，镀锌钢丝强度1770Mpa，直径7mm。全桥斜拉索分八种规格，共272根，梁段标准索距为16m。u研究背景l工程概况l自然条件l结构特点l主要技术问题1、水文条件l江面宽6公里，一日两潮，潮差2～4米，浪高1～3米l桥墩处水深达35m，水流速度常年在2.0米/秒以上,最大流速为4.47米/秒l覆盖层厚，基岩埋藏深达300米l土性软弱，河床易受水流冲刷，一般冲刷深度达25m2、地质条件主墩地质透视图l一年中江面风力达6级以上的有179天，年平均降雨天数超过120天，雾天31天，还面临着台风、季风、龙卷风的威胁，2004年以来，“云娜”、“麦莎”及“桑美”等台风多次影响施工。3、气象条件l桥区通航密度高，平均日通过船只2500多艘，高峰达6000艘l船舶吨位大，万吨级以上有100多艘l航运与施工安全矛盾突出4、通航条件u研究背景l工程概况l自然条件l结构特点l主要技术问题苏通大桥是世界桥梁技术发展的一次挑战多多罗大桥诺曼底大桥杨浦大桥苏通大桥Ø索塔高300.4m，国内首次在锚固区采用钢锚箱结构；Ø主梁悬臂长达541米，且施工时间长，超出7级风速的天气达到全年的35%，受台风影响频繁；Ø最长斜拉索达577米，重达60t，施工牵引力超过400t；Ø结构长柔，非线性效应显著，结构的整体和局部稳定性问题突出；Ø温度、风致振动等对施工期结构的线形、索力、塔偏等多种响应和几何形态测试数据的影响比一般跨度斜拉桥更大；Ø主梁节段数量多，误差容易累积。u研究背景l工程概况l自然条件l结构特点l主要技术问题1、300米高塔l高塔施工形态控制l钢锚箱制造安装精度控制2、上部结构施工l1200t边跨辅助跨大块梁段安装l450t标准梁段安装匹配l1088m中跨合拢l结构减振、抗风安全对策3、长索安装l超长拉索梁端牵引、张拉l专用设备研发4、施工控制l结构仿真分析l准确识别结构参数和环境因素l施工全过程安全l满足结构线形和内力要求l几何与物理监测目录u研究背景u主要研究内容u关键施工技术u施工控制技术u创新点及创新成果u社会经济效益1、主要研究内容Ø关键施工技术l钢锚箱制造与安装技术l大块梁段安装技术l标准梁段安装技术l长索挂设技术l中跨顶推辅助合拢技术l施工期结构抗风Ø施工控制技术l几何控制法思想与控制原则l非线性静力分析l结构稳定性分析l参数敏感性分析l控制精度分析l构件制造几何控制l索塔现场施工控制l上部结构安装几何控制l参数识别与误差处理l动态监测技术目录u研究背景u主要研究内容u关键施工技术u施工控制技术u创新点及创新成果u社会经济效益u关键施工技术l索塔钢锚箱制造及安装技术l大块梁段安装技术l标准梁段安装技术l长索挂设技术l中跨顶推辅助合拢技术l施工期结构抗风技术n钢锚箱制造及预拼装l锚箱为全焊箱型结构，板厚大，焊接变形突出，精度控制难度大；l采用几何控制法，要求准确获取单节段和整体钢锚箱空间位置和斜拉索锚固点位置。Ø主要技术问题Ø技术措施-焊接变形控制l优化焊接坡口：优化腹板与端承压板坡口形式；优化前优化后l优化焊接程序：划分为侧拉板、端承压板、锚头、隔板、套筒单元5部分组装焊接，分别控制；Ø技术措施-焊接变形控制l优化组装程序：采取2次装配，减少累积焊接变形。1.首次装配侧拉板、锚头及横隔板单元；2.第二次装配端承压板及其他单元。Ø技术措施-焊接变形修整措施l采取3次修整措施1.锚头单元修整：2.一次组装修整：3.总装修整：锚头单元修整一次组装修整总装修整Ø技术措施-钢锚箱几何形态测量l全站仪自由设站：不需设置控制网，克服工厂长期振动不利影响，测量灵活，精度高；l球形棱镜定位：定位精度高，减少对中误差；全站仪自由设站球形棱镜定位Ø技术措施-钢锚箱几何形态测量l整体预拼装辅助控制点：测量辅助控制点，通过数据转换得到其他控制点和锚点坐标。钢锚箱预拼装辅助控制点钢锚箱控制点冲压标记T1'冲压标记T1辅助控制点n首节钢锚箱安装l首节锚箱安装位置超过200m，受环境温度和风等因素影响，索塔平面和高程实时变化，安装基准难以确定；l首节锚箱安装精度要求高，调位难度大；l首节锚箱与底座砼后注浆，面积大，空间小，保证密实难度大。Ø主要技术问题Ø技术措施-首节锚箱基准确定l修正锚箱底座安装标高：进行以下修正-中下塔柱成桥时产生的压缩量-钢锚箱到成桥时的超长值-预测桩基沉降量-施工阶段的预期钢锚箱压缩量l连续监测确定索塔中性位置：平面采用全站仪连续观测，高程采用竖直传高多次观测；然后根据索塔温度场修正索塔平面和高程位置。Ø技术措施-首节锚箱三向精确调位l三向千斤顶调位：在首节锚箱腹板上设置挑梁，布置三向千斤顶精确调整首节锚箱平面和高程位置。l高精度测量设备：采用精密电子水准仪，配铟瓦钢尺，精确读取锚箱四角高程，控制调位。Ø技术措施-首节锚箱底部无压力注浆l高流动度浆液无压力灌浆：通过模拟试验保证灌浆密实。检测浆液流动性无压力灌浆模型尺寸1.2×1.2×0.05m浆液自流平效果n钢锚箱安装线形控制l准确获取钢锚箱安装偏差；l钢锚箱安装线形纠偏。Ø主要技术问题Ø技术措施-转点棱镜和自由设站技术l转点棱镜技术：在钢锚箱壁体一侧安装一个转点棱镜，于辅助墩承台上的控制点采用一台全站仪精确测量转点棱镜坐标。l全站仪自由设站技术：将转点棱镜置换为另一台全站仪，利用全站仪自由设站功能，测量钢锚箱顶面4个控制点坐标。l温度和风修正：采集线形测量同一时段索塔温度场和风速、风向，进行温度和风参数修正，获得精确的钢锚箱安装线形偏差。u关键施工技术l索塔钢锚箱制造及安装技术l大块梁段安装技术l标准梁段安装技术l长索挂设技术l中跨顶推辅助合拢技术l施工期结构抗风技术n大块梁段吊索具系统l国内现有浮吊能力有限，采用常规吊具，浮吊吊高和吊重难以满足要求；l梁段规格多，单个吊具难以满足所有梁段吊装需要；l大块梁段超大、超重，吊装安全控制难度大。Ø主要技术问题Ø技术措施-组合式压杆结构吊具l压杆吊具：将主吊索和次吊索设计在同一断面上，吊具上吊杆与下吊杆铰接，上吊杆随主吊索转动，吊具内不产生弯矩，吊杆只承受轴压力。大大减小吊具高度和重量，提高浮吊吊高和吊重富裕。l压杆组合：吊具上吊杆中间部分可以拆装不同长度，满足不同规格梁段吊装需要。8点压杆吊具组合杆件Ø技术措施-组合式压杆结构吊具吊具应力实时监测：在吊具关键杆件上布置应力传感器，实时监测吊装过程中应力变化，从而实时调整吊钩高度，保证各吊点受力均衡一致。－在吊离运梁船前，通过浮吊吊钩调整吊索受力，监测结果显示测点应力均衡时方允许起吊。－关键应力测点超过120MPa应力警戒线时，指挥浮吊调整吊钩高度，当测点应力恢复正常后继续起吊。8点压杆吊具应力监测下游侧11、1221、2232、3142、4151、5261、6272、7182、8116141715262427253634373546444745191829281＃吊点2＃吊点3＃吊点4＃吊点5＃吊点6＃吊点7＃吊点8＃吊点1＃辅断面1＃主断面2＃主断面3＃主断面4＃主断面2＃辅断面-140.0-120.0-100.0-80.0-60.0-40.0-20.00.020.040.060.014:53:3014:58:3015:03:3015:09:0015:14:0015:19:0015:24:0015:29:0015:34:0015:39:0015:44:0015:49:0015:54:0016:02:30观测时间测点应力(MPa)1121314151617181n大块梁段调位技术l梁段尺寸和重量大，施工空间狭小，设备搬运困难，且没有专用设备；l支架高柔，结构受力对支点反力敏感，调位同步性要求高，控制难度大。Ø主要技术问题Ø技术措施-组合式三向调位系统l平面位置调整：在支点处设置滑座和支墩，滑座顶面设不锈钢板，支墩底部设四氟滑板。在滑座内布置水平千斤顶，顶推支墩沿滑座内移动实现平面位置调整。l高程调整：在滑座外对称布置竖向千斤顶，实现梁段高程调整。Ø技术措施-高程调整同步性控制l通过分次抽换支墩底部钢板和钢垫梁，控制千斤顶卸落不同步在20mm以内，从而保证支架结构受力安全。千斤顶顶起梁段分2次抽出钢垫梁分2次置换为钢垫板千斤顶下落支撑于钢垫板降低千斤顶，循环施工n成果l采用组合式压杆吊具，提高了国内现有浮吊吊高、吊重富裕；l对吊具应力进行了吊装全过程实时监测，并指导吊钩动作，实现信息化施工，保证了吊装安全；l采用普通千斤顶组合实现了狭小空间下大型构件三向精确调位，系统轻巧、可自由组合；l采用置换工艺，防止调位过程梁段冲击支架，保证了高柔支架结构安全。u关键施工技术l索塔钢锚箱制造及安装技术l大块梁段安装技术l标准梁段安装技术l长索挂设技术l中跨顶推辅助合拢技术l施工期结构抗风技术n桥面吊机系统l吊机布置影响梁段局部变形，对匹配质量影响大；l长索需采取梁端软硬组合牵引、张拉工艺，牵引过程中需不断调整拉索入锚管角度，施工设备集中在悬臂前端，使得施工空间狭小，长索梁端牵引与桥面吊机相互影响。Ø主要技术问题软硬组合牵引Ø技术措施-双桥面吊机l支点布置：对比4种不同的吊机支点布置对梁端竖向和横向变形。斜拉索斜拉索顺桥向剖面竖向变形-70.0-60.0-50.0-40.0-30.0-20.0-10.00.010.00.016.032.048.0梁段长（m）竖向变形（mm）工况1工况2工况3工况4悬臂最前端横截面竖向变形-70.0-60.0-50.0-40.0-30.0-20.0-10.00.00.05.010.015.020.025.030.035.0梁段宽度方向（m）竖向位移（mm）工况1工况2工况3工况4采用双吊机布置能显著减小梁段局部变形，有利于梁段间匹配。Ø技术措施-长索牵引角度调整与桥面吊机一体化l利用桥面吊机上弦设置挑梁，其下布置滑梁，滑梁上悬挂移动手拉葫芦调整斜拉索梁端牵引入索套管角度，从而保证硬张拉杆不受弯折，实现设备多功能化。50t汽车吊软硬组合牵引桥面吊机角度调整点n梁段匹配工艺l主梁重450t、宽41m，梁段间的局部变形大，匹配时将产生残余变形，对构件无应力线形影响显著；l采用何种措施减小局部变形对无应力线形影响，尽可能实现无应力匹配，保证主梁无应力线形。Ø主要技术问题已装梁段待装梁段斜拉索Ø技术措施-纵隔板对齐匹配l对比纵隔板对齐和腹板对齐2种不同的匹配工艺，分析梁段间相对变形、匹配力和残余变形。腹板对齐纵隔板对齐Ø技术措施-纵隔板对齐匹配相对变形残余变形梁段匹配前沿横桥向竖向位移-24.0-21.0-18.0-15.0-12.0-9.0-6.0-3.00.00.05.010.015.020.025.030.035.040.0梁段宽度方向（m）竖向位移（mm）已安装梁段顶板已安装梁段底板待安装梁段顶板待安装梁段底板梁段匹