斜拉桥的介绍及施工

斜拉桥的施工概论第一节概述斜拉桥的施工，一般可分为基础、墩塔、梁、索等四部分,其中基础施工与其他类型的桥梁没有什么两样，墩塔和梁的施工也可在本书其他各章找到适当的方法。只有索的施工，包括索的制造、架设和张拉具有其特殊性。但是斜拉桥作为一个整体，它的塔、梁、索的施工必须互相配合，服从工程设计意图。因此本章的讲述只将基础施工除外，对于塔和梁的施工不能不有所涉及，而以梁、索和各种具有代表性的斜拉桥上部结构的施工为本章叙述的主线。近代第一座斜拉桥当属1955年的瑞典斯特姆松特桥(strem—sund)，它是一座稀索辐射式的斜拉桥，中孔跨度185.5752m，边孔74.676m。钢塔由梁上吊机安装，边跨钢梁在脚手架上拼装，中跨采用悬臂拼装法。斜拉索也是利用梁上吊机安装，随着钢梁的逐节悬臂前进，先连结下端，然后吊机退回至桥塔处安装上端，用千斤顶张拉。从1955年至1957年世界上约有60座斜拉桥建成或正在设计中，几乎都是钢斜拉桥。直至1962年才有第一座砼斜拉桥建成，它就是委内端拉的马拉开波湖桥。我国自1975年建成第一座四川云阳的汤溪河桥后，斜拉桥总数据不完全统计，至今已达50座以上，大部分是砼斜拉桥。表11—1、11—2分别介绍了国内、外近年来建成的著名斜拉桥的施工概况。一、塔的施工索塔的材料可用金属、钢筋砼或预应力砼。索塔的构造远比一般桥墩复杂，塔柱可以是倾斜的，塔柱之间可能有横梁，塔内须设置前后交叉的管道以备斜拉索穿过锚固，塔顶有塔冠并须设置航空标志灯及避雷器，沿塔壁须设置检修攀登步梯，塔内还可能建设观光电梯。因此塔的施工必须根据设计、构造要求统筹兼顾。索塔承受相当大的轴向力，还可能有弯矩，因此对索塔的尺寸和轴线位置的准确性应有一定的要求。允许偏差值应考虑以下两个原则：①偏差值对结构物受力的影响甚微；②施工中经过努力可以达到的精度。参考国外资料，沿塔高每米高度允许偏差0.5mm，即倾角正切值tga=1/2000。我国斜拉桥塔施工精度现在尚无统一规定，上海柳港桥允许倾斜度为1／200，徐浦大桥允许偏差值如表11—3所示。钢索塔施工一般为预制吊装，砼索塔施工大体上可分为搭架现浇、预制吊装、滑升模板浇筑等几种方法，兹分述于下：1、搭架现浇此法工艺成熟，无须专用的施工设备，能适应较复杂的断面形式，对锚固区的预留孔道和预埋件的处理也较方便，但是比较费工、费料、速度慢。跨度200m左右的斜拉桥，一般塔高(指桥面以上部分)在40m上下，搭架现浇比较适合。广西红水河桥、上海柳港桥、济南黄河桥的桥塔都是采用此法。跨度更大的斜拉桥，塔柱可以分为几段，各段的尺寸、倾角都不相同，往往各段采用的方法也不同。下段比较适合于搭架现浇，例如上海南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、武汉长江二桥，跨度都在400m以上，塔高在150m以上，下塔柱都采用传统的脚手架翻模工艺、缺点是施工周期较长。2.预制吊装此法要求有较强的比重能力和专用的起重设备，当桥塔不是太高时，可以加快施工进度，减轻高空作业的难度和劳动强度。东营黄河桥塔高69.7m，桥面以上56.4m，采用钢箱与砼结合结构，预制吊装。国外的钢斜拉桥桥塔基本上都是采用预制吊装方法施工。我国砼斜拉桥用预制吊装方法的不多，只有1981年建成的四川省金川县曾达桥，塔高24.5m.是卧地预制而成，从地面上用绞车和滑轮组板起，由锚于对岸山壁上的钢丝绳和滑轮提供吊装力。3.滑模施工此法的最大优点是施工进度快，适用于高塔的施工。塔柱无论是竖直的或是倾斜的都可以用这个方法，但对斜拉索锚固区预留孔道和预埋件的处理要困难些。在各个工程中有称为爬模，或称为提模，其构造大同小异。所谓滑模是指模板沿着所浇筑的砼由千斤顶(螺旋式或液压式)带动而向上滑升，它要求所浇筑的砼强度必须达到模板滑升所必需的强度。提模则是拆模后把模板挂在支架上，模板随着支架的提升而上升。支架的提升是在塔的四周设置若干组滑车组，其上端与塔柱内预埋件连接，下端与支架的底框连接，支架随拉动手拉葫芦而徐徐上升。辽宁长兴岛斜拉桥塔高43m，为适应高塔施工，专门制作了一种提升支架，不但可用于液压千斤顶提升的滑模，亦可用于分段浇筑的提模。索塔下节117m的斜腿段采用一般的搭架模板浇筑，竖直的上节塔柱则采用滑模或提模。先施工的2号索塔采用滑模法，由于冬季寒冷不宜滑模使用，中止了施工。后施工的1号索塔采用提模法，砼蒸汽养生，解决了-20℃的冬季施工问题，因而后来将2号索塔也改成提模施工。两塔柱间的横梁利用支架的下层操作平台就地浇筑，下层操作平台的下边则用工字钢顶撑在已浇筑的横梁上。上海南浦大桥塔高150m，下塔柱斜率1：5271842，净高29m，采用传统的脚手架翻模工艺，施工周期较长，平均每天0.56m。中塔柱斜率1：85，高55.0m，试制成功国内首创的斜爬模，这种斜爬模的原理与提模相同，施工速度提高到每天1.14m。上塔柱同样采用爬模施工。二、主梁施工一般地说来，砼梁式桥施工中的任一种合适的方法，如支架上拼装或现浇，悬臂拼装或浇筑，顶推法和干转法等，都有可能在砼斜拉桥上部结构的施工中采用。由于斜拉桥梁体尺寸较小，各节间有拉所，还可以利用索塔来架设辅助钢索，因此更为有利于采用各种无支架施工法。其中悬臂施工法是砼斜拉桥施工中普遍采用的方法。不论主梁为T构、连续梁或悬臂梁皆可采用。究竟采用哪种方法，这是设计者首先要研究决定的问题。决定时所要考虑的问题主要有所跨越的障碍的情况，斜拉桥本身的结构与构造等，兹分述于下：1、在支架上施工当所跨越的河流通航要求不高或岸跨无通航要求，且容许设置临时支墩时，可以直接在脚手架上拼装或浇筑，也可以在临时支墩上设置便梁，在便梁上拼装或浇筑。如果有条件的话，此法总是最便宜、最简单的。例如贝尔格莱德萨瓦河双线铁路桥，是一座钢斜拉桥，1977年建成，中跨254m，桥宽16.5m，由于萨瓦河无通航要求，故整个桥跨都是在施工脚手架上安装，因此主梁、塔柱和斜拉索的安装都能分开进行。主梁和塔柱安装完毕后，用设在支架上的千斤顶将梁顶升，然后安装斜拉索，安装就位的斜拉索借助于放松千斤顶使主梁下降而拉紧，这样斜拉索的安装就不需要大吨位千斤顶。我国天津永和桥也是在临时支架上安装的一个典型。永和桥是预应力砼斜拉桥，中跨260m，1987年建成。由于主梁较弱，为避免超应力，不在已架设挂索的主梁上运送预制梁段.预制梁段经由河中满铺的便桥运送至安装部位。运送到位的预制梁块下设四个临时支点，并立即穿进纵向预应力钢筋、胶拼、挂斜拉索。安装顺序是以塔柱为中心，对称地两侧同时进行.每一节段包括四块长5.8m的预制梁段，八根斜拉索，时间约需7—15天。2.顶推法当桥下不允许设置过多临时支架，如跨越道路、铁路的高架锈，可以考虑采用顶推法。钢斜拉桥首次采用顶推法架设的是前联邦德国杜塞尔多夫市区内的一座公路高架桥，称为尤利西大街桥。此桥1963年建成，中跨98.7m，安装过程如图11—1中所示。在西桥台后先拼装东半跨，临时支点I至VI。顶推过程中，斜拉桥的自重通过钢箱中的横隔梁传递至纵向箱梁，因此拉索只是部分受拉。在塔顶鞍座上设有顶升机械来消除顶推节段最外绕的悬臂挠度。当桥梁最外缘顶推至永久墩Ⅷ时，用千斤顶将支座顶起约10cm，使永久墩Ⅷ上的支承压力消除。桥梁更向前推进时，墩Ⅷ上的支承压力将增加；当最外缘超过临时墩IV约7.3m时，这个支承压力达到允许值。这时，将墩Ⅷ的支座回复到原来位置，继续顶推至达到其最终位置，拆除临时墩IV、X。前苏联1976年建成的第聂伯河钢斜拉桥是独塔体系，河跨300m，曾经比较过各种架设方法，结果发现还是顶推纵移法最有利。在300m跨径内设置了三个滑动支座，其间距为75m，主梁拼装及滑移全部工作在13个月内完成。我国1993年建成的无锡石城河斜拉管桥系将41.8m的水管在临时墩上拖拉就位。此外重庆石门桥(1989年建成)的引桥5×50m预应力砼连续梁和南海九江桥长达690m的连续箱桥(1988年建成)也是用顶推法架设。3.转体施工转体施工在斜拉桥施工中采用不多，比利时1988年建成的跨越默兹河的邦纳安桥，独塔，其左岸3×42m和右岸168m主跨共294m的梁体均在平行于河流的岸边制造，在安装和调整后，将整个桥塔－缆索－梁体以塔轴为中心转体700就位，并与右岸就地浇筑的一孔42m桥跨相接。四川金川县留达桥是我国第一座转体施工斜拉桥，1981年建成。该桥为独塔，孔跨布置为41m＋70m，桥面宽5.5m，墩、塔、梁固结。主梁为钢筋砼三室箱梁。桥址附近河滩干整且墩身较矮，适合于平转法施工。先在河滩上搭设低支架浇筑梁身，索塔则卧地预制。将索塔挂起，与梁固结并安装斜拉索后，平衡转体施工就位。转体装置为砼球铰和钢滚轮，短跨内配有平衡重。1997年建成的汤河大里管铁路斜拉桥位于秦皇岛站疏解线上，下跨京秦线，斜交，是一座槽形主梁、刚性索的斜拉桥，油塔，主跨50m，边跨42m(图11—2)。施工时，先沿所跨越的线路方向在支架上建造斜拉桥，包括塔、梁和刚性索，待砼达到设计强度后，张拉梁内和索内的预应力筋，然后整个斜拉桥绕转盘转动。转动时边孔的后端沿圆形轨道移动，主孔的前端悬空，为防止最前线悬空引起外主索悬吊点主梁上缘有过大拉应力，在转体时增加临时震吊住前墙。待转体就位后，卸除临时索，转盘用砼封实，再铺设道碴线路和人行道。4、悬臂拼装国外早期建造的钢斜拉桥，大多数是用悬臂拼装而成。我国东营黄河桥是我国目前唯一的一座钢斜拉桥，中跨288m，1987年建成，岸侧跨度136.5m，在支架上拼装，河侧悬臂拼装，栓焊结构。上海南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥主跨都是钢与钢筋混凝上板结合梁桥，它们也全都是悬臂拼装。砼斜拉桥的悬臂拼装施工是将主梁在预制场分段预制，由于主梁预制砼龄期较长，收缩、徐变变形小，且梁段的断面尺寸和砼质量容易得到保证，我国上海柳港桥(1982)、安康汉水桥(1979)、郧阳汉江桥(1994)等都是采用悬臂拼装法。美国帕斯克和肯尼维克两地之间，1978年建成的跨越哥伦比亚河的砼斜拉桥(简称P—K桥)，其正桥部分的分跨为123.9m＋299m＋123.9m，桥面宽24.30m，梁采用半封闭式箱形截面。其主梁施工方法采用预制节段的双悬臂法。主梁高2.13m，分段长度为8.10m，由于是全截面整体制作，因此最重节段达到254t。主梁节段在预制后，存放六个月后再张拉横向预应力筋，浮运至桥孔处安装，以保证砼的强度相减小收缩、徐变变形。图11—3为该桥的部分主要安装程序，其步骤是：先在斜撑式支架上现浇20m长的梁段，然后用特制的移动式吊架起吊梁段，逐节进行悬臂拼装。梁段间用环氧树脂粘结，并由拉索的水平分力施以预加力。梁内另布置有预应力粗钢筋。为了保证在安装过程中不致出现过大的塔顶水平位移，在塔顶与另一桥墩之间设有辅助拉索，它与边跨的背索一起来约束塔顶位移。该桥每安装一个节段的周期仅需四天，全桥拼装工作在不到一年时间完成。因此，如运输、起吊设备条件可以解决，以整体截面预制为好。5.悬臂浇筑斜拉桥特别适合于悬臂浇筑。我国在七八＋年代悬臂浇筑的大部分斜拉桥还是沿用一般连续梁常用的挂篮。无论是桁梁式挂篮还是斜拉式挂篮均系后支点形式，这种形式的挂篮为单悬臂受力，承受负弯矩较大，浇筑节段长度受到了很大的限制，挂篮自重与所浇筑梁段重力之比一般在0.7以上，甚至可能达到1～2。例如1981年建成的广西红水河铁路斜拉桥，跨径48m＋96m＋48m，中跨悬臂浇筑，采用桥梁式挂篮，挂篮自重与梁段重力之比为0.77。80年代后期，我国桥梁工作者根据斜拉桥的特点，开始研制前支点的牵索式挂篮。利用施工节段前端最外侧两根斜拉索，将挂篮前端大部分施工荷载传至桥塔，变悬臂负弯矩受力为简支正弯矩受力。这样，随着受力条件的变化，节段悬臂长度及承受能力均大大提高，例如1995年建成的吉林临江门斜拉桥、浙江上虞人民桥、铜陵长江公路大桥及武汉长江二桥等。我们特在第二节着重介绍牵索式挂篮的工艺特点。第二节牵索式挂篮工艺1988年建成的美国佛罗里达州杰克逊成尔的达姆斯角桥(简称D—P桥)首先采用牵索式挂篮。1991年建成的挪威海尔格兰桥也是采用