浅谈斜拉桥施工技术廖加文

浅谈斜拉桥施工技术廖加文

廖加文

中建二局第三建筑有限公司北京100070

摘要：斜拉桥又称斜张桥，是一种斜拉索直接将主梁吊在塔柱上的桥梁。斜拉桥是一种组合受力体系桥梁，外荷载靠主梁收弯压、斜拉索受拉来承担。

斜拉桥是一种由索、梁、塔、三种基本构件组成的结构，其主要组成部分为受弯的主梁、受拉是索和承压的塔。从索塔上用若干斜拉索将梁吊起，可使主梁在跨内增加若干弹性支点，从而大大减小了梁内弯矩，使梁高度降低并减轻质量，提高了梁的跨域能力。

桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，主要是主梁。以一个索塔为例，索塔的两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。

本文以六广河特大桥为背景主要针对斜拉桥的结构和施工工艺对钢-混凝土（叠合梁）斜拉桥的施工控制进行的分析和研究。

关键词：斜拉索，液压爬模，预应力，钢结构

引言

斜拉桥具有跨径大、索塔高、桥型美观、适应性强以及自锚平衡、刚度大的特点，与悬索桥相比更安全、占地小、施工也简易经济，因此得到广泛应用。

斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的主要桥型。斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，由索塔、主梁、斜拉索组成，索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。世界上第一座现代公路斜拉桥是1956年联邦德国Dishinger在瑞典建成的斯特罗姆海峡钢斜拉桥，主跨182.6m；而目前世界上建成的跨径最大的斜拉桥为俄罗斯的俄罗斯岛大桥。

我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200米。20世纪80年代末，我国在总结加拿大安那西斯桥的经验基础上，1991年建成了上海南浦大桥（主跨为423米的结合梁斜拉桥），开创了我国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家，在世界10大著名斜拉桥排名榜上，中国有6座，跨度在600米以上的斜拉桥世界上仅有6座，中国占了4座。

斜拉桥是半个多世纪以来最富于想象力和构思内涵最丰富而引人注目的桥型，它具有广泛的适应性。一般来说，对于跨度从200m至700m左右的桥梁，斜拉桥在技术上和经济上都具有相当优越的竞争能力。然而，随着斜拉桥跨度的增大，将会面临桥塔过高和斜索过长等一系列技术问题。另外，必须提到的是，斜拉桥的斜拉索可以说是这种桥梁的生命线，如何做好斜拉索的防腐工作，确保其使用寿命，仍是当今桥梁界十分重视的重要课题。

1工程概况

六广河特大桥主跨中心桩号位于贵州省江口至都格高速公路息烽至黔西段K40+300处，桥梁全长1280m，为跨越六广河而设，孔跨布置为（5×40）米先简支后连续T梁+（243+580+243）米双塔双索面叠合梁斜拉桥，本合同施工的息烽岸7#主墩为15根3.5m直径群桩基础，主塔承台采用20.5×36.5×7m矩形承台。过渡墩、辅助墩采用门式框架空心薄壁墩，承台采用9×9米矩形承台。7#墩索塔采用钢筋混凝土薄壁空心花瓶形塔柱结构，外形为折H形，主塔高236m。在塔柱与承台间设置单箱三室截面塔墩过渡，塔墩高28m,塔墩横桥向宽31.6m，顺桥向宽13m。下塔柱高50m（至下横梁位置），下塔柱横桥向宽5～8.6m，顺桥向宽,10.35～12m，中塔柱横桥向宽5m，顺桥向宽7.5～10.35m，上塔柱高158m，横桥向宽5m,顺桥向宽7.5m，索塔设置上、下两道横梁，截面采用矩形截面。上部构造钢主梁由“工”字型边主梁、横梁、小纵梁通过摩擦型高强度螺栓连接形成钢梁，架设预制桥面板，现浇微膨胀混凝土湿接缝，通过焊接于钢梁上的抗剪栓钉组成组合梁体系，斜拉索梁段采用锚拉板锚固。主梁标准节段长度12m，主梁高度2.93m，桥面全宽27.7m（含检修通道）。

2施工总体平面布置

本合同段从2014年下半年进场开始规划驻地建设，根据现场地形情况，综合考虑考虑工程量、地形、便于管理等因素，六广河特大桥混凝土浇筑利用二工区拌合站集中拌制，因此无需设置专门的拌合站，六广河特大桥主塔下设置混凝土输送泵一台，C7030塔吊2台，电梯2台，设置钢筋加工房、钢梁拼装场、桥面板预制场、民工驻地、配电房等。每个塔柱配备一套液压爬模设备和独立的张拉、压浆设备，以方便两塔柱的同时施工。为保证工期进度，在人员配备上每个塔柱分别安排两个技术员和两班工作人员，分白晚班轮流进行，其钢筋、模板及预制梁板也安排有独立的技术员，分工明确，人力、财力加大投入，为做出优质工程而努力。六广河特大桥现场相关布置，规划设计在7#主塔顺桥向两侧及右侧200米的区域内，详见《施工总体平面布置图》。

图2-1施工总体平面布置图

3施工工艺及施工方法

3.1基础施工

本工程主墩桩基根据现场实际情况，由于桩径太大，达到3.5m直径，机械无法成孔，所以采用人工挖孔、电动液压抓斗配合出渣。

3.1.1人工挖孔

①陆上施工首先平整场地，孔壁支护采用与桩基同标号混凝土。挖孔平面尺寸大小不得小于桩的设计断面尺寸。

②本桥内的所有护壁均采用现浇混凝土护壁，圆柱形钢模，型钢支架顶撑。上下护壁之间搭接50～70mm。

③挖孔采用全断面开挖，选用垂直孔桶形掏槽，以中点为圆心、20厘米为半径作圆，采用手持式凿岩机直径为40毫米、钻凿梅花形间距均匀的7个孔，各掏槽孔互相平行且呈对称形式排列。

④挖孔工人必须配有安全绳、安全帽，必要时应搭设掩体，吊具及卷扬机、钢丝绳等应经常检查，井口围护高出地面30cm，防止土、石、杂物滚入孔内伤人。

⑤在挖孔时如有水渗入，应及时加强孔壁支护，防止水在孔壁浸流造成坍孔，及时孔径、孔的倾斜率等进行检查。

⑥钢筋笼加工制作，首先在钢筋加工场按规格及分段长度下料、弯制，再运到孔口制作成形，加工钢筋笼必须按照规定的要求制作。

⑦混凝土浇筑一般均为排水漏斗法灌注混凝土，若桩孔内无水，采用串筒下溜混凝土，插入式振捣棒振动。

3.1.2电动液压抓斗

六广河特大桥位控制性工程，工期紧，任务重。息烽岸主墩桩基为3.5米直径40～45米深的群桩，共有15根。采用电动液压抓斗出渣，大大缩短孔桩出渣时间，人员不在孔底操作，降低了安全风险。

图3-1电动液压抓斗结构图

3.2承台施工

主塔承台长36.5m、宽20.5m、高7.0m，需5238方混凝土，属大体积混凝土，采用一次浇筑成型的方法。此对混凝土配比设计及温控技术要求高，因此采取低水化热配比设计、冷却管、降低入模温度、严格控制浇筑层厚度等温控措施，确保混凝土浇注质量。

3.2.1承台钢筋安装

①承台钢筋加工在钢筋加工棚内与施工现场同时进行。钢筋严格按设计图纸进行下料，加工成型的钢筋采用机械转运至承台位置，人工配合进行安装。

②钢筋安装严格按设计图进行，包括钢筋间距、搭接长度、钢筋倾斜度及保护层等误差不得超过规范要求。

③承台顶部钢筋安装的同时，应注意墩柱预埋钢筋、劲性骨架、塔吊和施工电梯脚腿预埋件及监控单位要求的其他预埋件的埋设。

3.2.2承台模板安装

承台施工采用尺寸为2m×2m、2m×2.5m的大面积钢模组拼而成，用吊车吊装安装，安装的注意事项如下：

①各面模板相交处应封闭严密，以防止漏浆，影响砼的外观尺寸。

②模板板面须喷涂脱模剂以利脱模，不得使用废机油作脱模剂。

③对拉拉杆应均匀对称设置，间距尺寸统一，整齐地排列。

④模板安装完毕后，应对其平面位置、顶部高程、节点联系及纵横向稳定性进行检查。

3.2.3承台混凝土浇筑

主墩承台砼设计强度均为C40，大体积混凝土施工中控制砼浇筑速度和时间的关键因素是砼的供应能力。因此从原材料选用与混凝土配合比设计及试配，混凝土浇筑，混凝土内部降温、温度监测和表面养护等方面采取切实有效的措施。

①采用合理的混凝土配合比设计，减小砼的最高温升和内外温差。

②浇筑时拌合料温度即混凝土起始温度,对水化温升有很大影响。因此砼入模混凝土温度需控制在15～25℃以内。

③设置冷却水管：在混凝土体内设置冷却水管，可使混凝土体内热量通过冷却水迅速散发至体外。

④外部保温：将砼的内外温差控制在25℃以内。

⑤承台应浇筑合理分层。

⑥冷却管的压浆在承台施工完毕且通水完毕后，采用同承台标号一致的水泥浆进行压浆封闭。

3.3塔柱施工

塔墩及塔柱施工均采用液压自爬模系统，液压自爬模的动力来源是本身自带的液压顶升系统，液压顶升系统包括液压油缸和上下换向盒，换向盒可控制提升导轨或提升架体，通过液压系统可使模板架体与导轨间形成互爬，从而使液压自爬模稳步向上爬升，液压自爬模在施工过程中无需其它起重设备，操作方便，爬升速度快，安全系数高。

3.3.1液压爬模

液压自爬模的动力来源是本身自带的液压顶升系统，液压顶升系统包括液压油缸和上、下换向盒，换向盒可控制提升导轨或提升架体，通过液压系统可使模板架体与导轨间形成互爬，从而使液压自爬模稳步向上爬升，液压自爬模在施工过程中无需其它起重设备，操作方便，爬升速度快，安全系数高。是高耸建筑物施工时的首选模板体系。

自爬模的顶升运动通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现。导轨和爬模架互不关联，二者之间可进行相对运动。当爬模架工作时，导轨和爬模架都支撑在埋件支座上，两者之间无相对运动。退模后立即在退模留下的爬锥上安装承载螺栓、挂座体、及埋件支座，调整上、下换向盒棘爪方向来顶升导轨，待导轨顶升到位，就位于该埋件支座上后，操作人员立即转到下平台拆除导轨提升后露出的位于下平台处的埋件支座、爬锥等。在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始顶升爬模架，这时候导轨保持不动，调整上下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨运动，通过导轨和爬模架这种交替附墙，互为提升对方，爬模架即可沿着墙体上预留爬锥逐层提升。

图3-2爬模系统图

3.3.2劲性骨架施工

塔墩及塔柱的塔壁内设劲性骨架，劲性骨架在后场分段加工，分段运输至现场后塔吊吊装超前拼接，精确定位。劲性骨架采用∠100X10角钢主弦杆及∠75X8角钢腹杆形成桁架。

安装时用节点板将劲性骨架竖杆连接定位即可，定位后可供测量放样、立模、钢筋绑扎等使用。劲性骨架施工流程如下图：

图3-3劲性骨架施工流程图

3.3.3钢筋施工

塔墩主筋为Φ32螺纹钢筋，9米定尺，滚丝后直接用于主筋安装；塔柱主筋为Φ40螺纹钢筋，长度为12米定尺，下料长度为6米。塔墩、塔柱首节钢筋，必须考虑接头错开至少1.2米，一般取一半主筋超出施工缝1.2米，另一半则超出施工缝2.4米，钢筋的弯曲严禁用割刀切割和弯曲。

主筋采用滾轧直螺纹连接且不得顺意烧伤、切割。连接前先回收丝头上的塑料保护帽和套筒端头的塑料密封盖，并检查检验螺纹丝扣是否完好无损、清洁。

钢筋绑扎前应根据测量组放样的轴线点，准确的拟定出该断面的混凝土尺寸线以及钢筋骨架线。

为保证保护层厚度，应在钢筋上加设等强混凝土垫块，每平米不少于5个，同时垫块与钢筋应扎紧，并错开布置。

3.3.4索导管施工

索导管施工，首先在后场加工台座上进行索导管与劲性骨架相对定位，然后现场进行索导定位安装，最后测量进行复核，达到索导管的安装精度要求。

①索导管的后场定位

索导管、劲性骨架加工好后，测量人员在台座上将索导管位置在劲性骨架上做好标志,加焊支撑杆件，安装索导管。

②索导管的现场安装定位

索导管现场定位采用全站仪三维坐标法进行。先进行高程方向的调整，然后再进行平面位置的调整。整个调整过程采用逐渐趋近的方法，经过多处反复移动、调整、测量，使顶口、底口中心的三维空间坐标同时位于设计位置。

3.3.5混凝土施工

塔墩、塔柱混凝土由后场拌和站拌制，泵送到位，并通过串筒布料到浇筑位置，串筒由薄钢板卷制而成，根据需用高度逐节接长或缩短。保证混凝土自由流落高度不超过规范要求的2m，确保混凝土不离析。

塔墩实心段为大体积混凝土施工，施工时将采取温控措施。每一节段混凝土浇筑时要分层浇筑、对称分层布料、分层振捣。浇筑期间，由专人检查预埋钢筋、预应力管道和其它预埋件的稳固情况，对松动、变形、移位等情况，及时将其复位并固定好。

3.3.6预埋件施工

塔柱预埋件分临时施工预埋件和永久预埋件。

塔柱临时施工预埋件有：塔柱模板临时预埋件，支架预埋件，中、下塔柱临时横撑预埋件，塔吊附着预埋件，电梯附着及基础预埋件，混凝土泵管附着预埋件，临时平台，以及液压爬模预埋件等。

塔柱永久预埋件有：塔柱内爬梯、支座、避雷设施、航空障碍灯、施工监控、排水、通风管道、栏杆、索导管预埋件、沉降观测预埋件等。

3.4主塔塔柱钢锚梁施工

上塔柱施工需要注意钢锚梁与牛腿的安装，钢锚梁由专业钢结构厂家加工，加工完成后转运至现场，现场起吊安装并连接成整体，采用塔吊吊装钢锚梁，按标准节段施工周期循环吊装钢锚梁，上塔柱在钢锚梁安装同时进行塔柱混凝土施工。斜拉桥塔端采用钢锚梁的锚固方式，每套钢锚梁锚固1对斜拉索。每个塔柱有钢锚梁共46套，单根塔柱23套。钢牛腿是钢锚梁的支撑结构，由上承板、托架板、塔壁预埋钢板、剪力钉和与劲性骨架相连的连接钢板组成。

钢锚梁采用散件运输在施工现场进行二次预拼调整。预拼场地环境（厂房内）和设施（龙门吊）布置均与工厂内相同。单节锚梁预拼在场地上平行布设2个马镫，测量预先精平搁置马镫顶高程，率先起吊锚梁搁置在马镫上并作简易固定，然后分别起吊两侧壁板进行组拼，单侧壁板到位后，安装牛腿与锚梁之间的连接螺栓，完成初步组拼。最后对壁板尺寸和四角高差、锚点高程、索道管相对位置、壁板四角上下对角线长度进行复核，满足要求后着手进行连续预拼。连续预拼在连续两节钢锚梁之间进行，重点监测壁板的累积高程和四角高差，为后续锚点高程和钢锚梁的倾斜趋势的调整留有余地。

钢锚梁安装平台由两个支架、6个顶托与分配梁构成，塔柱中心线往大里程方向第二个顶托，往小里程方向第二个顶托，共4个顶用于微调钢牛腿标高，其余2个顶托在定位钢牛腿后用于承载梁体重量，确保平台结构稳定性。

3.5钢梁施工

六广河特大桥钢主梁节段从5#过渡墩开始至桥跨中心共47个节段，21~23#钢主梁段为7#主墩中心的施工起始梁段，向过渡墩及跨中延伸。斜拉索编号从7#主墩向过渡墩及跨中延伸，依次为BXS1~BXS23#索、MXS1~MXS23#索。

上部钢梁由钢主梁、钢横梁、小纵梁、锚拉板组成。钢主梁、横梁和小纵梁的连接均采用高强螺栓连接，钢主梁和混凝土桥面板之间通过剪力钉连接，斜拉索梁上采用锚拉板锚固。钢主梁采用Q370qD钢材，锚拉板与钢主梁连接处的钢主梁上缘板采用Z向钢。

主梁全宽27.7m，边主梁高2.92m，两“工”字型边主梁梁肋间距25.2m。钢主梁节段标准长度为12m。边主梁下翼缘水平设置，上翼缘设2%单向横坡；钢横梁顶设2%的横坡，梁底水平，横向分为3段。

图3-4钢梁标准段结构示意图

主塔处的21~23#钢主梁段安装，需要待中塔柱完成，上横梁浇筑混凝土、预应力束张拉完成后，利用7片加强弦杆和贝雷片组成的吊架安装在上横梁上，将21~23#钢主梁分段吊装至下横梁上，拼装成整体，再利用下横梁的2台8T卷扬机平移至支座位置，再利用吊架以此类推吊装横隔梁、桥面板，将钢主梁与主塔下横梁按设计图纸进行临时固结，确保钢主梁的稳定。

施工流程如下：

施工准备→贝雷吊架组装→吊至上横梁固定→安装卷扬机→试吊→钢主梁分段吊装→钢主梁拼装→钢主梁平移就位→其余构件吊装→梁段固结

3.6斜拉索施工

斜拉索采用平行钢绞线斜拉索，每个塔柱设有23对索，全桥共184根。斜拉索采用高强低松弛钢镀锌绞线，抗拉强度≥1860Mpa，直径15.2mm，涂油脂或蜡并带PE护套的低松弛镀锌钢绞线，以下简称PE镀锌钢绞线。索体由多股无粘结高强度平行镀锌钢绞线组成，外层装有HDPE护套管。拉索与主塔采用钢锚梁的锚固方式连接，与钢主梁采用锚拉板的锚固方式。斜拉索根据索力不同采用的钢绞线股数分别为27、34、43、55、61、73根等6种规格。

3.6.1斜拉索安装前应注意的问题

①清除锚索管内的水泥砂浆、焊渣和管口处毛刺。

②清理锚垫板上的砂浆、焊渣等，保证锚固螺母与锚垫板密贴。

③检查锚头槽口尺寸，以确定千斤顶的安装位置。

④在锚垫板上放出孔道口十字中心线，以便对中，如若锚头安装偏位会造成锚头外螺纹与孔口磨擦，影响斜拉索张拉力精度。

3.6.2拉索安装流程

①上锚安装

施工准备→汽车吊将放索盘吊至主墩桥面位置→塔吊起吊锚头，提升到需安装的索管管口→塔内手拉葫芦倒链加连接头（软牵引装置）伸出索管口外→塔外爬架上操作人员把锚头与牵引头连接→牵引钢索进入索管口塔吊吊钩紧随跟进→锚头就位旋上螺母→卸除吊钩及等连接件→上锚安装完毕。

②下锚安装

安装牵引索夹与卷扬机钢丝绳连接→卷扬机缓慢牵引锚头→在拉索前进向，每隔一定距离放置一个特制的滚筒→水平牵引到索管口附近→通过转向装置将锚头转向，使软牵引装置连接头与锚头连接→千斤顶张拉钢绞线将锚头拉进索管口并用螺母锚固

3.6.3张拉施工要点

①施工要严格按设计所提出的张拉程序及张拉力进行。对施工中出现的异常现象，应停止施工，并及时报请现场监理和设计，待查明原因，采取措施后再继续施工。

②千斤顶、油泵等整个加载系统在施工前必须标定，以确保张拉控制的准确性。施工中应同时观察油压表读数。

③当张拉设备（千斤顶、压力表等）损坏或超过规定使用期限应重新

进行标定。

④张拉操作必须逐级、平稳、对称进行，以每5~10吨分级为宜，不允许出现超载现象，并作好张拉记录。

⑤在张拉过程中，要不断拧紧斜拉索冷铸锚的锚环，防止千斤顶回油时，斜拉索产生冲击损坏千斤顶和油泵。

⑥张拉斜拉索和索力调整应在温度比较稳定的夜间进行。

结语

斜拉桥在结构受力方面由斜拉索和主梁共同承担，由于斜拉索的水平方向分力，主梁中存在较大的轴向力，恒载内力将占很大的比重；材料方面斜拉桥可以是钢桥，也可以是混凝土梁，还可以是结合梁；在刚度方面斜拉桥的竖向刚度由斜拉索和主梁共同提供，主梁刚度的大小对结构刚度有较大影响，可通过改变结构的布置形式的办法来调整其竖向刚度；在施工方面斜拉索及主梁交替悬臂伸出，施工时结构体系发生多次转换，需要严格控制结构的线形和斜拉索的张拉内力，要悬索桥复杂得多，施工控制尤为重要。

参考文献:

[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）.北京：人民交通出版社，2011.第306页到327页；

[2]《六广河特大桥设计施工图》；

[3]《公路桥涵施工技术规范》实施手册（JTG/TF50-2011）；

[4]《斜拉桥建造技术》(人民交通出版社陈明宪编著)、《大跨度斜拉桥平行钢丝斜拉索》（JT/T775-2010）。