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1、矮塔斜拉橋全橋斜拉索調索施工工法1 前言 “矮塔斜拉橋”也稱“部分斜拉橋”，是介于“斜拉橋”與“體外預應力箱梁橋”之間的一種新型結構體系。矮塔斜拉橋和連續梁相比具有結構新穎跨度能力大、施工簡單、經濟優點；與斜拉橋相比具有施工方便、節省材料、主梁剛度大等優點。使得埃塔斜拉橋具有廣闊的發展空間。佛肇城際鐵路桂丹立交特大橋預應力矮塔斜拉斜跨桂丹路與佛山一環互通立交，主橋位于R=1800m的圓曲線上，孔跨為（75+86+168+86+75）m，采用塔梁固結并簡支于橋墩之上的連續體系。主梁為預應力混凝土結構，采用單箱雙室變高度箱形無翼緣截面，斜拉索錨固于箱體之內。主梁斜拉索采用雙塔雙索面扇形分布，每個橋2、塔8對，共16對，梁頂面塔高為26m，最大斜拉索在橋面以上高度為24.355m，其高跨比為24.355:168=1:6.898，橋面寬14.9m，寬跨比為14.9:168=1:11.28,梁上錨固點間距為14.9，塔上轉向鞍橫橋向間距15.4m。斜拉索采用噴涂鋼絞線（中心絲與邊絲各鋼絲外表均單獨形成環氧樹脂涂膜，涂層厚度應在0.12mm0.2mm之間）單層無粘接筋，單根鋼絞線規格直徑為15.24mm，每根斜拉索有55根鋼絞線組成。為了確保質量和施工進度,科學管理,積極采用新技術,經過歸納總結形成本工法。圖1.1 1/2 全橋立面圖2 工法特點2.1工序簡單，施工進度快。2.2施工條件得到了改善3、，勞動強度低，安全性強。2.3采用單根等值法張拉，可以控制每根斜拉索各股鋼絞線的離散誤差不大于理論值的3%。2.4可以實現一對斜拉索對稱、交叉單根張拉，同步整體張拉，確保兩根斜拉索間的差值不大于理論值的1%。2.5采用JMM-268動測儀進行索力監控，可以確保斜拉索整索索力誤差不大于理論值的2%。2.6斜拉索采用多重防腐處理，錨固端灌注防腐油脂，延長了斜拉索使用壽命。3 適用范圍本工法適用于埃塔斜拉橋斜拉索調索施工。4 施工工藝流程及操作要點在中跨合攏段施工完成后，縱向、豎向、橫向預應力束張拉完成后，進行全橋第一次斜拉索索力復測、橋面線形監控控制點復測，由線形監控單位根據橋面高程目標值進行計算4、（利用MIDAS軟件進行數學建模計算），給出斜拉索調索索力，根據線形監控單位所給索力進行調索，在每對斜拉索調完以后進行索力核控制點高程進行復測，復測結果反給線形監控單位進行計算給出索力，再進行下一對斜拉索施工，重復這個過程直至施工完成。再第二次斜拉索調索完成后，再進行全橋索力及控制點高程復測，再由線形監控根據目標值進行計算，若達不到要求，重新對斜拉索進行微調，達到要求，則進行下道工序施工。5 施工工藝5.1、工藝流程中跨合攏段砼澆筑完成張拉合攏段預應力鋼絞線全橋斜拉索索力測試斜拉索二次調索第一次全橋斜拉索索力復測斜拉索局部微調（此步驟在第一次索力復測結果上交給線形監控單位及設計計算后確定是否進5、行）安裝減震器、索箍、防水罩斜拉索防水防腐二期荷載（軌道板、橋面系）施工第二次全橋斜拉索索力及線形復測斜拉索局部微調（此步驟在第一次索力復測結果上交給線形監控單位及設計計算后確定是否進行）由線形監控單位出具成橋報告5.2 主要施工方法5.2.1全橋斜拉索索力測試在合攏段預應力鋼絞線張拉壓漿完成之后，由線形監控單位利用CDJM-DC2動測儀對全橋所有斜拉索進行索力測試，此次所測索力將作為最終的計算依據。5.3調索工作5.3.1 調索順序根據設計圖紙，中跨合龍后，二期施工前進行調索工作。調索整體思路：先調整一個索塔的兩個斜拉索，然后對稱調整另一索塔四根斜拉索；斜拉索上下游左右側對稱張拉，每個調索階6、段張拉2根斜拉索。調索過程中，需要4臺千斤頂。具體的調索順序為：51#墩-C8C851#墩-C7C752#墩-C8C852#墩-C7C752#墩-C6C652#墩-C5C551#墩-C6C651#墩-C5C551#墩-C4C451#墩C3C352#墩-C4C452#墩-C3C352#墩-C2C252#墩-C1C151#墩-C2C251#墩-C1C1。注：x-CyCy表示，x索塔，y號斜拉索，斜拉索編號見圖1.1。調索過程中，監控單位將對關鍵部位應力進行實時監測，確保主梁和橋塔受力安全；同時監測所調斜拉索前后各二個主梁截面的標高變化，確保成橋狀態主梁線形符合設計要求。注：（具體監測做法見“5.37、.6線形監測”）調索完成后，監控單位對全橋索力和主梁標高進行通測，對索力誤差超標的斜拉索進行局部調整，對其進行評價，確保符合設計要求。5.3.2 模型簡介本模型為理論計算模型，合龍后全橋索力為理論計算索力，整橋剛度為理論剛度。實際調索索力由線形監控單位監控組根據合龍后索力通測結果進行調整。5.3.3 調索索力計算及對比采用MIDAS計算擬定調索順序下各索張拉力，以使索力調整后達到設計要求。表5.3.3.1-1 斜拉索調索索力張拉值序號斜拉索編號張拉力（kN）11-C842541-C8423221-C742331-C7416831-C641781-C6415541-C541361-C5410458、1-C440691-C4406061-C340191-C3400171-C239091-C2387981-C137611-C1379592-C841422-C84099102-C740972-C74030112-C640212-C63989122-C539602-C53926132-C438752-C43873142-C338092-C33809152-C236862-C23687162-C135272-C13607采用MIDAS按照擬定的調索順序進行調索，調索完成后理論索力與設計目標值見最大誤差為1.4%。表5.3.3.1-2 MIDAS理論計算索力與設計目標索力對比斜拉索編號MIDAS理論9、索力.設計目標（kN）誤差C1352835060.6%C2361835671.4%C3366936281.1%C4366836410.7%C5369236580.9%C6370036770.6%C7373437000.9%C8375237290.6%C8369536710.6%C7365636540.0%C6366736470.5%C5366636490.5%C4368336560.7%C3369036720.5%C236333643-0.3%C136073621-0.4%二期荷載施工完成后，理論索力與設計目標值見最大誤差為1.4%。表5.3.3.1-3 二期荷載完成后計算索力與設計目標索力對10、比斜拉索編號MIDAS理論索力.設計目標（kN）誤差C1352835060.6%C2361835671.4%C3366936281.1%C4366836410.7%C5369236580.9%C6370036770.6%C7373437000.9%C8375237290.6%C8369536710.6%C7365636540.0%C6366736470.5%C5366636490.5%C4368336560.7%C3369036720.5%C236333643-0.3%C136073621-0.4%5.3.4 調索操作工藝1 單根鋼絞線張拉每根索的鋼絞線均用YDCS160-150千斤頂進行張拉11、。張拉前需對照千斤頂標定報告仔細核對千斤頂與油壓表。然后將作業千斤頂通過油管同ZB22-500型電動油泵相連，并空運轉三次，排出油管內空氣，確認同步。安裝張拉設備順序為：安裝OVM250AT-55張拉撐腳安裝OVM250AT-55單根張拉撐腳反力板千斤頂單孔錨（工具錨）工具夾片千斤頂通過高壓油管與高壓油泵相連主表與泵油端連接、輔表與出油端連接檢查合格便可開始張拉OVM250AT-55張拉撐腳及OVM250AT-55單根張拉撐腳反力板的安裝：在工作錨板的外側布設有三個螺栓孔，OVM250AT-55張拉撐腳倆端均有與其相配套的螺紋，將撐腳擰入螺栓孔，其次是OVM250AT-55單根張拉撐腳反力板的12、安裝，反力板。上布設有與工作錨板位置相同的3個預留孔，將反力板按對應孔位扣于撐腳上，安裝配套螺栓，使張拉撐腳與張拉撐腳反力板連接牢固。工作錨及工作夾片安裝：錨墊板上毛刺與混凝土渣需在安裝前清除，工作錨應緊貼錨墊板。錨固體系中，工作夾片為2片式，在安裝時須與工具夾片區分開，所以工作夾片應利用直徑2cm鋼管敲緊，并使其外露量一致，端面處于同一平面。在安裝完畢后，需量測工作夾片端面至鋼絞線末端長度，以之作為測定實際伸長量的最終依據。限位板及千斤頂安裝：限位板安裝時須確保限位槽內清潔，保證限位深度，以確保工作夾片能隨鋼絞線拖出，避免損壞鋼絞線或造成不必要的預應力損失。限位板的兩面不可裝反，孔位須與工作13、錨一致，與千斤頂之間不得有間隙。單孔錨（工具錨）及工具夾片安裝：工具錨安裝在千斤頂后方，將工具錨穿過鋼絞線，同時打入工具夾片，打入工具夾片時要注意檢查夾片是否平整，工具夾片為3片式，外表面需打蠟以方便退出，內絲須保持清潔，如有磨損應立即更換，以免出現滑絲。在進行張拉時，采用索力與線形監控（混凝土應力、梁體標高）雙控。其中，以索力作為主控指標，混凝土應力、梁體標高作為校核指標。單根張拉時，要對各張拉要素進行記錄，諸如：張拉油壓、張拉力、傳感器讀數、初值油壓、測量初值、測量終值等。由于兩端對稱同時張拉時兩邊分級升油壓，控制在5MPa的同步范圍。2 張拉力的控制方法梁體標高、索力在掛索過程中是一個漸14、變過程，因此單根掛索時每根索力也是一變化過程，單根鋼絞線索力均勻性控制是平行鋼絞線掛索安裝的關鍵，本工程采用等張法控制，操作如下：1）將壓力傳感器安裝在張拉端上排第2根或第3根鋼絞線上，減少PE管對控制索力的影響，控制索力為P傳單。 2）后續每根鋼絞線的張拉力按壓力傳感器變化進行控制，索力計算如下：P傳單=P控制+P1+P2+P3+P4(公式5.3.3.1)P傳單：實際單根控制初張力P控制：監控指令單根控制初張索力P1：夾片回縮影響索力（考慮3-5mm）P2：橋面位移影響索力，位移量由監控提供P3：索塔位移影響索力，位移量由監控提供。P4：錨具、混凝土壓縮影響索力3、單根張拉注意事項1）兩端取15、得聯系確認可以張拉后才能進行張拉；2）兩束索的總索力差不大于20t；3）張拉時操作人員在張拉時要隨時敲緊夾片；4）當張拉到該根鋼絞線計算控制應力的100%時，開始手工安裝工作夾片，并采用專用工具適當打緊，保證均勻和跟進同步，同時記錄此時傳感器的顯示值以指導下一根鋼絞線的張拉；5）安裝夾片時必須保證一致的外露量、平整而且縫隙均勻，高度必須保證達到相應控制量；6）張拉時油壓控制要均衡，在油壓達到控制油壓時要緩慢進油達到控制油壓后保壓1分鐘，保證油壓數值準確。7）要確認工作夾片安裝好后才能卸壓。卸壓也要均衡進行。卸壓完后要檢查夾片的錨固質量。5.3.5 結構安全性驗算1 索塔安全性驗算各張拉工況下，16、索塔底部應力見表4.3.5.1-1和表4.3.6.1-2，由表可得：調索過程中，索塔全截面受壓，最大壓應力為-3.72MPa，在規范允許范圍內，索塔受力安全。表5.3.5.1-1 各張拉工況下1#索塔底部應力（單位：MPa）張拉索號主跨側邊跨側1-C8C8-1.79-2.551-C7C7-2.08-2.901-C6C6-2.37-3.161-C5C5-2.63-3.371-C4C4-2.90-3.541-C3C3-3.16-3.711-C2C2-3.37-3.881-C1C1-3.58-4.052-C8C8-3.58-4.032-C7C7-3.58-4.012-C6C6-3.58-3.992-17、C5C5-3.59-3.962-C4C4-3.59-3.912-C3C3-3.61-3.862-C2C2-3.62-3.802-C1C1-3.65-3.72表5.3.5.1-2 各張拉工況下2#索塔底部應力（單位：MPa）張拉索號主跨側邊跨側1-C8C8-2.16-1.441-C7C7-2.14-1.441-C6C6-2.11-1.441-C5C5-2.08-1.451-C4C4-2.04-1.461-C3C3-1.99-1.471-C2C2-1.92-1.491-C1C1-1.85-1.512-C8C8-2.23-1.862-C7C7-2.58-2.152-C6C6-2.84-2.442-C18、5C5-3.06-2.712-C4C4-3.22-2.992-C3C3-3.39-3.252-C2C2-3.57-3.472-C1C1-3.72-3.692 主梁安全性驗算各張拉工況下，主梁梁頂最大拉應力為2.70MPa，出現在主跨跨中張拉2-C1C1索后，考慮到理論的最大拉應力偏大，接近最大容許抗拉強度的0.85倍（2.75 MPa，參見鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范TB10002.3-2005），在調索時在嚴格按照線形監控方案對各個關鍵部分監測混凝土的同時，在調至后期幾對斜拉索期間，在跨中部位增設100t左右配重，配重布置參照二期荷載的布置形式，將主梁梁頂最大拉應力控制在2.19、0 MPa以下；主梁梁頂最大壓應力為-14.45MPa；主梁梁底最小壓應力為-0.87MPa，出現在邊跨1#塊根部截面張拉2-C1C1索后；主梁梁底最大壓應力為-16.75MPa。調索過程中，主梁應力均在規范允許范圍內，主梁受力安全。二期恒載施工完畢后，主跨跨中主梁應力得到很大改善。圖4.3.5.1-1 張拉2-C1C1索后（調索完成后），主梁梁頂應力（單位：MPa）圖4.3.5.1-2 張拉2-C1C1索后（調索完成后），主梁梁底應力（單位：MPa）3 結論通過理論計算，按照擬定的順序和張拉力進行調索，調索完成后索力符合設計要求，調索過程中索塔及主梁受力安全，所以，本調索順序及張拉力是可行的20、。5.3.6 線形監測調索過程中，嚴格按規范要求對關鍵部位（監控部位：主梁邊跨跨中、次邊跨跨中附近及次邊跨根部、主跨四分點附近及主梁根部分別布置了應力測點，測點布置見圖4.3.6.1-1；橋塔標準段底部布置應力測點，測點布置見圖4.3.6.1-2）應力進行實時監測，當發現混凝土應力超過設計容許應力時，及時通知斜拉索調索單位停止調索，分析原因后再調整索力，確保主梁和橋塔受力安全；同時監測所調斜拉索前后各二個主梁截面（每個截面兩個點，共計20個）的標高變化，確保成橋狀態主梁線形符合設計要求。圖4.3.6.1-1 主梁、邊跨、次邊跨監測斷面應力計布置圖(單位：cm)圖4.3.6.1-2 橋塔底部測點21、布置圖(單位：cm)5.3.7 減震器、索箍、防水罩等安裝1 緊索成型1）在安裝減震器、索箍的位置填充1m長得PE鋼絞線作假索組成設計索形，用膠帶纏繞；2）纏上防護橡膠；3）用緊索器按正將整索緊固成設計截面；2 減震器安裝梁端位置：1）在減震器校正鋼圈上安裝半環擋板；2）將減震塊塞入校正鋼圈內，用螺桿對好半環擋板孔位臨時固定；3）整體推入預埋管內離管口10-15cm；4）擰緊螺桿壓緊減震圈。按內縮外張原理，使內外分別于索體和調整護管壁緊緊想貼；5）用鋼板將減震器校正鋼圈與預埋管焊接固定塔端位置：1)將兩半式減震塊塞入抗滑裝置外口內對好螺栓孔；2)穿入螺栓，用套筒扳手擰緊螺栓壓緊減震塊；3 索箍22、安裝1)在減震器外口纏上防護橡膠；2)根據設計截面裝上索箍，擰緊螺桿；4 防水罩安裝1)防水罩采用不銹鋼12Cr18Ni9材料制成，防銹性能良好；2)將防水罩順索體放下，罩宅預埋管口，通過齒口支承在預埋管上；3)檢查PE管下端端口是否平齊；4)放下PE管，PE管下端支承防水罩的止口上；5 塔端鋼套管連接裝置安裝1)將PE管放下，拉起套管；2)連接管上的法蘭盤與錨固筒進行連接；3)鋼套管與法蘭盤連接；5.3.8斜拉索防水防腐斜拉索是斜拉橋的生命線，索體、錨頭防腐需要高度重視，按國家有關標準和OVM250平行鋼絞線拉索體系技術標準進行，采用密封漿體材料加強索體錨固性，同時將索體與外界進行隔離，防止23、雨水、水汽對索體侵蝕，有效防止索體侵蝕，延長索體使用時間。張拉及調索結束后，在錨頭夾片位置涂滿防腐專用油脂，使夾片后外露鋼絞線全部被油脂所覆蓋。6 材料與設備表6.1 材料與設備序號規格及名稱單位數量備注1YDCS160-150千斤頂臺4張拉使用2ZB4-500B油泵臺5一臺備用3OVM250AT-55張拉撐腳根124OVM250AT-55單根張拉撐腳反力板套45振弧式顯示儀臺4張拉力監測6水準儀臺2高程測量7CDJM-DC2動測儀臺1索力測試7 勞動力組織表7.1 勞動力組織序號工種人數主要工作內容1施工單位現場負責人1負責調索過程中現場的組織與安排2施工單位技術負責人1負責調索過程中技術的24、控制3監控單位技術負責人1負責調索過程中的技術控制與計算4監控單位技術員1負責索力、標高監控及調整5安全員1負責斜拉索調索過程中的安全監控全工作6專業操作工人10負責操作千斤頂8 質量控制8.1技術要求8.1.1在單根張拉過程中，兩側應同時均衡分級進行加載，力求兩端伸長值的不均勻值應控制在設計允許范圍之內。8.1.2夾片平整度控制，同一付夾片兩片之間的高差控制在3mm以內，不同付之間的高差控制在3mm以內。8.1.3張拉操作時，油壓值差值應小于0.5MPa。8.1.4單根索間的索力差小于控制索力的1%。8.1.5不同索間的索力差小于控制索力的2%。8.1.6實測張拉伸長值與理論伸長值的誤差應在25、6%以內。8.2單根張拉過程中的注意事項8.2.1兩端取得聯系確認可以張拉后才能進行張拉。8.2.2張拉時操作人員在張拉時要隨時敲緊夾片。8.2.3當張拉到該根鋼絞線計算控制應力的100%時，開始手工安裝工作夾片，并采用專用工具適當打緊，保證均勻和跟進同步，同時記錄此時傳感器的顯示值以指導下一根鋼絞線張拉。8.2.4安裝夾片時必須保證一致的外露量一致、平整而且縫隙均勻，高度必須保證達到相應控制值。8.2.5張拉時油壓控制要均衡，在油壓達到控制油壓時要緩慢進油，達到控制油壓后要保壓1分鐘，保證油壓數值的準確。8.2.6要確認工作夾片安裝好后才能卸壓。卸壓也要均衡進行。卸壓完后要檢查夾片的錨固質量26、。9 安全保證措施9.1堅持“安全第一，預防為主”的方針，加強安全生產教育，提高安全意識。9.2健全安全崗位責任制，做到獎罰分明，逐級簽訂安全生產責任書，明確分工，責任到人，把安全落實到實處。9.3嚴格執行各工種安全技術操作規程，定期對職工進行考核。9.4千斤頂操作時前方不許站人，要求端部平整對中。9.5油泵操作時需緩慢、均速加壓和卸壓，嚴禁超壓和快速加壓。9.6施工平臺搭設要牢固，嚴防墜物。9.7錨具起吊、安裝時要求起落平穩，注意對錨具的保護。9.8掛索時確保牽引連接可靠，注意信號配合，索下不許站人。9.9灌灌油脂時要求接頭可靠，保持規定壓力但嚴禁超壓，環氧有毒注意勞動保護。9.10嚴禁非專27、業人員擅自操作機械。9.11 高空作業時不得隨意向地面拋擲物品。9.12腳手架、安全網的搭設要符合安全要求，并要定期檢查，維修和保養。9.13起重機械作業時起重臂下嚴禁站人。9.14注意現場設備、材料的防雨和防風，場地不留安全隱患。10 效益分析采用本工法施工，投入的設備、人員較少，工序簡單，勞動強度低；占用場地小；張拉工藝先進，采用高科技儀器監測索力，能保證索力在允許的誤差內；對比傳統對稱調索少用4套張拉機械設備，調索所需施工人員減少一半。11 工程實例11.1佛肇城際桂丹立交特大橋埃塔斜拉橋結構為一聯(75+86+168+86+75)m預應力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，橋長490m，采用塔梁固結、梁墩分設的結構形式。斜拉索采用扇形雙索面、鋼鉸線索，每個索塔共8對斜拉索（共16對），每根拉索由55根15.24mm鍍鋅鋼鉸線組成，斜拉索布置在橋面兩側，塔根附近無索區梁長約28m，有索區長約45m，跨中無索區長約22m，塔上豎向索距0.57m，梁上索距6m。待中跨合攏段施工完成、梁體縱向、豎向、橫向預應力張拉完成后，采用本工法施工（即斜拉索調索）。本橋已施工完成。11.2廣州陳村特大橋。