斜拉桥索塔上横梁60m高落地钢管支架施工工法

斜拉桥索塔上横梁60m高落地钢管支架

施工工法

1 前言

随着桥梁设计理论、施工工艺的不断提高，大跨度桥梁设计已经成为国内外设计者追求的目标。斜拉桥作为一种高次超静定结构的拉索桥梁体系，由于其具有强大的跨越能力、优秀的结构受力性能、美观的桥型等特点，在全世界范围内得到了广泛的认可与发展。我国紧随时代潮流，在短短几十年的时间内成功建立了几百座斜拉桥，已成为世界上拥有斜拉桥最多的国家。随着设计理念以及施工工艺的不断进步，新材料、新工艺的不断涌现，大大促进了我国斜拉桥的建设。

传统的混凝土斜拉桥施工工艺基本采用先主塔后主梁，其施工工期较长，越来越不适应快节奏的施工要求。目前国内外有些项目采用了塔梁同步施工的施工工艺，但上横梁的模板利用已浇筑的索塔埋设牛腿方法进行支撑，上横梁荷载全部通过支撑系统传递到索塔上，使得索塔产生较大的水平位移；且高空操作，施工定位困难。中铁十七局在甘肃酒泉西一斜拉桥施工中，采用塔梁同步施工工艺的同时，创新的采用落地钢管支架对塔60m高处上横梁进行了浇筑，大大缩短了施工工期，取得了很好的社会经济效益。在此基础上，我项目部总结提炼出混凝土斜拉桥塔梁同步施工时上横梁60m高落地钢管支架施工工法。

2 工法特点

2.1 传力明确，安全可靠

通过竖直钢管支架与横向贝雷梁组成上横梁模板支撑系统，将上横梁荷载传递至基础与索塔，系统传力明确，安全可靠。

2.2 科技含量高、技术先进

在浇筑过程中，采用动态监控技术监测上横梁变形以及0号块主梁支架位置变形情况，将桥梁理论结构分析、现场监控与施工组织有效的联系在一起，使斜拉桥的上横梁浇筑过程始终处于一个动态控制中。

2.3 施工质量高

采用全站仪对支架钢管垂度进行监测，桥面作业，易于控制，支架安装定位精度高；由于支架系统承担了一部分上横梁施工荷载，相比只预埋牛腿搭设双层贝雷梁的支撑施工工艺，对索塔的位移影响小，保证施工质量。

2.4 分层浇筑、二次张拉，降低支架系统失稳可能性

上横梁采用分层浇筑，二次张拉施工方法。第一次浇筑高度 2.5m，张拉预应力50%；当混凝土强度强度达到设计强度85%之后进行二次浇筑与完全张拉，此方法充分利用了先浇上横强度与刚度，分担了上横梁一部分荷载，降低支撑系

统失稳可能性。

2.5 缩短施工工期、经济效益明显

支架系统与索塔梁同步施工，使施工组织更加紧凑，大大减小施工周期；施工用钢支撑可回收二次利用，同时现场劳动力、机械得到了最大限度充分利用，经济效益明显。

3 适用范围

本施工方法试用于采用塔梁同步施工的斜拉桥上横梁施工。

4 工艺原理

斜拉桥索塔上横梁60m高落地钢管支架施工工法工艺原理是：

4.1 塔梁同步施工工艺前提条件下，通过钢管支撑系统与搭设在索塔上横向贝雷梁，使模底桁架成为连续梁，加大支撑系统刚度，减小变形，增加稳定性；

4.2 由于钢管连续性受已浇筑0#块主梁影响，将钢管支撑分为桥面以上和桥面以下两部分，两部分钢管通过主梁顶板混凝土进行连接传力，充分利用了混凝土受压性能良好特性；

4.3 上横梁浇筑采用“二次浇筑，二次张拉”施工工艺，通过分层浇筑与分次张拉使横梁内力分布更接近设计内力，同时可以充分利用第一次浇筑产生的上横梁刚度与强度完成第二次浇筑，提高上横梁施工安全性；

4.4 为保证支撑系统强度、刚度、稳定性满足施工要求，对支撑系统的贝雷梁、支撑钢管、以及模板系统中的方木、模板、分配梁等整体与局部构件进行整体与局部承载能力及稳定性验算，计算依据需满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）、《建筑施工计算手册》(第二版)、公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86) 等施工与设计规范。

5 工艺流程

5.1上横梁施工工艺流程

上横梁落地钢管支架施工方法以实现安全、优质、快速为目的，根据现有设备，在确保施工安全的前提下做到设备的综合利用，采用新工艺、新技术提高各施工工序衔接，以求得最大效益。上横梁采用塔、梁异步施工，即翻模翻过上横梁位置继续向上施工上索塔的同时上横梁进行施工。上横梁支撑系统采用碗扣脚手架+单层贝雷梁+钢管支墩形式。

为了保证施工安全可靠，上横梁两层浇筑，第一次浇筑高度为 2.5m，第二次浇筑高度为1m。第一次浇筑至横梁腹板顶下50cm，然后搭设顶板支架，铺顶模，绑扎顶板钢筋，浇筑第二次混凝土。第二次浇筑的上横梁结构主体及施工荷载主要由已浇筑完的第一次混凝土和钢管支撑架来承力，可以有效抑制上横梁底面裂缝的产生，保证上横梁线性等满足要求。上横梁两次混凝土浇筑完成，混凝土强度达到85%设计强度后，张拉50%的预应力，拆除支架，拆除完后张拉剩余

的50%预应力。所有钢绞线均两端张拉，张拉采用锚下张拉力和引伸量双控。具体施工流程图如图5-1-1所示。

钢管支架搭设

牛腿预埋

三角托架焊接

贝雷梁拼装、安装

满堂支架搭设

底模安装

绑扎底、腹板钢筋、预应力

浇筑第一次混凝土

搭设顶板支架

绑扎顶板钢筋

浇筑第二次混凝土

混凝土养护

待强渡达85%，张拉50%预应

拆除支架

张拉剩余50%预应力、压浆

图5-1-1 上横梁施工工艺流程

5.2 施工要点

5.2.1 基础施工

在0#块支架搭设前，测量定为四根立柱基础四角坐标位置，根据测量点以及设计图纸，放样出基础准确位置，铺设一层钢筋网片，基础长度10m，宽度5m，高度0.5m矩形钢筋混凝土基础。在钢管柱脚距离0#块地坪0.1m处焊接法兰盘，如图5-2-1所示。

5-2-1 钢管柱脚大样图

5.2.2 钢管立柱及联接件施工

在施工主梁0#块前，计算四根立柱钢管的中心位置，并进行施工放样，根据测量点以及设计图纸，钢管柱脚预埋8根φ20圆钢，预埋深度30cm，出露长度20cm，然后将钢管吊装至放样点位置，同时保证预埋钢筋露出地面（梁面）部分穿过法兰盘，将φ630钢管锚固于地面（梁面），测量班进行钢管顶位置的测量复核，保证钢管的竖直度。钢管柱脚大样图如图5-2-2。

5-2-2 钢管柱脚大样图

由于钢管连续性受0#块主梁顶板的影响，将钢管支撑分为梁面以上和梁面以下两部分，这两部分钢管通过主梁顶板混凝土进行连接。在梁面以下钢管顶设置楔形钢板，与顶板底面连接紧密。梁面以上钢管底钢板在主梁顶板混凝土浇筑前，测量班进行精确定位，确保上下两层钢板在竖直方向投影重合，确保钢管受力的垂直传递，钢板尺寸为80×80×2cm。上下层钢管连接大样图如图5-2-3图。

5-2-3 下层钢管连接大样图

主梁顶面钢管支撑架安装，钢管立柱采用φ630mm螺旋钢管，单根长12m，在每节钢管上焊爬梯，钢管顶面用φ25钢筋制作高1.2×宽1.8m的工作平台，平台面铺设4cm厚木板，以便施工人员焊接及法兰盘连接作业，钢管两端顶焊接起吊吊耳,利用塔吊进行吊装。

钢管布置形式为大小里程方向间距3.2m，横向间距9m。竖向钢管之间连接采用法兰盘螺栓，横向、纵向连接采用20槽钢交叉错位焊接，横桥向从梁顶面起2.16m开始焊接3.2m高桁架，以后每隔4.8m焊接一组，纵桥向从梁面2.7m 开始焊接一组4m高桁架，以后每隔6m焊接一组，来增强4根立柱的整体稳定性，安装主要靠索塔两侧塔吊吊装，每立一节立柱，测量班随时监测立柱的竖直度，确保钢管支撑总偏位不大于5mm，保证施工安全。钢管支撑与[20槽钢连接形式为圆环盘+节点板形式，具体钢管支撑连接示意图如图5-2-4。

5-2-4 钢管支撑连接示意图

三角托架采用工厂化加工，斜杆采用双[20槽钢，长边130.3cm，短边90.3m，对口拼接，接缝用5块200×130×20mm钢板焊接，焊接均采用连续贴脚焊，间距20cm，斜杆下口用板2与牛腿B预埋钢板焊接，斜杆上口用板1与水平杆焊接，焊脚高度10mm。水平杆采用2根工[32a工字钢，在工字钢腹板位置两侧加570×260×10mm钢板补强，然后在工字钢腹板设计图位置开300×20mm两个口，再穿500×300×20mm钢板，并满焊与型钢固定位一体。工字钢上下面采用220×200×20mm钢板焊接连成整体。

待三角托架加工好运至施工现场，技术员根据设计图纸进行牛腿A、B预埋

钢板位置与托架连接部位的尺寸标定，然后利用塔吊吊装三角托架，派厂家专业电焊工进行焊接，焊接选在气温较低时进行，保证焊接钢板焊接质量。三角托架大样如图5-2-5。

5-2-5 三角托架大样图

三角托架安装完成后，每个A牛腿水平杆通过2根P830级φ25精轧螺纹钢

穿过牛腿与索塔外边混凝土张拉受力，张拉力为300KN，张拉垫板为340×250

×30mm钢板。牛腿张拉锚固大样如图5-2-6所示。

5-2-6 牛腿张拉锚固大样图

5.2.3 牛腿施工

在施工索塔混凝土时，需先将牛腿钢板预埋在索塔内。单侧上下层牛腿钢板

各3块，尺寸为60×60×2cm。上层单块牛腿预埋钢板需开φ48孔2个，作为后

期预应力张拉锚固预留孔。钢板锚固筋采用φ25钢筋，每块钢板焊接4根锚固

筋，锚筋与预埋件钢板采用双侧连续贴脚焊，焊脚高度为10mm。预埋件及牛腿

采用工厂化加工，运至施工现场进行预埋、安装。预埋位置按照设计图纸标高、

尺寸进行预埋，待施工完混凝土拆模后，再将牛腿焊接在预埋钢板上。钢牛腿竖

板与预埋钢板采用开破口双侧连续焊，焊脚高度10mm。预埋钢板及牛腿大样见

下图。

5.2.4 贝雷梁施工

每侧三角托架顶面按设计安放2根I20a工字钢，φ630钢管顶布置2根工I56a工字钢。工字钢上、下面均用钢板按一定间距焊接为整体，焊接采用连续贴脚焊，焊脚高度10mm。具体位置按照下图下横梁大样图布置，图5-2-7。

5-2-7 下横梁大样图布置图

利用塔吊整组进行吊装安放贝雷梁，在钢横梁顶布置5组贝雷梁，每2片为一组。间距为：(45+30+45+52.5+45+52.5+4+30+45)cm，贝雷梁采用[10和U型卡连接，U型卡采用φ20mm的钢筋弯制，纵向连接间距1.2m。贝雷梁连接示意图见下图5-2-8。

5-2-8 贝雷梁连接示意图

5.2.5 支架施工

在贝雷梁顶面横向布置双[12槽钢，长度5m，间距为60cm，支架搭设在分配横梁上。碗扣脚手架钢管立杆纵向、横向间距均取60cm（腹板下间距为30×60cm）。

详见上横梁碗扣脚手架布置示意图。

钢管进场后，项目部组织相关人员对进场的材料进行验收，检查钢管表面是否平直光滑，有无裂缝、结疤、分层、错位、硬弯、毛刺、压痕和深的划道；钢

管外径、壁厚、断面等是否符合规定，验收合格后方可实施支架体系的拼装。

搭设支架时要保证立杆的垂直偏差不大于架体高度的1/500，待第一步架体拼装完成后，应调整所有立杆的垂直度和水平杆的平整度，待全部调整后方可拼装上一步支架。

上横梁碗扣脚手架平面布置示意图，如图5-2-9。

5-2-9 上横梁碗扣脚手架平面布置示意图

搭设支架时，立杆应根据实际情况采用不同的长度，以使立杆的接头得以错开。本项目立杆主要采用LG-2400、LG-900、 LG-600、LG-300，立杆接长必须采用立杆连接销。

底层纵、横向水平杆作为扫地杆，距分配横梁的高度应小于或等于350mm。立杆顶部可调托撑的可调螺旋杆伸出钢管顶层不得大于350mm。

5.2.6 混凝土施工

1、砼浇筑顺序

砼按30cm厚度水平分层浇筑。横断面上砼浇筑顺序按底板、腹板、顶板顺次浇筑；底板浇筑时应先两边腹板位置，后底板中部位置的砼；腹板砼应尽量对称浇筑，且控制两腹板浇筑高差不得大于2m。

2、砼布料

提前将输送泵的管道均接至上横梁中部，从中部向两端逐步分层浇筑、逐步拆接管道。浇筑时，利用前端软管长度控制自由卸落高度不大于2m。严格按分层厚度要求进行布料，确保布料均匀，严禁出现振动棒赶料和堆料过高的现象。

3、砼的振捣工艺

（1）砼的振捣采用插入式振动器进行振捣。

（2）砼浇筑前进行技术交底，砼振捣的操作人员固定，专人负责，将责任落实到人，加强振捣人员的责任心，保证砼的振捣质量，防止漏振、过振。

（3）振动器的移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍，振动棒与模板保持5～10cm的距离，插入下层的深度为5～10cm。对每一部位的振动时间不能过长或过短，振动到该部位的砼停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浮浆为止，拔出振动器要慢，不能留有孔洞。

（4）砼浇筑完成时，要人工用抹子将横梁顶面收浆抹平，控制好顶板钢筋的保护层厚度。

（5）对横梁腹板、底板及顶板连接处的倒角、预应力筋锚固区以及其他钢筋

密集的部位，要特别注意振捣。浇筑砼时，应避免振动器碰撞预应力管道，预埋件等，并应经常检查模板、管道、锚固端垫板及支座预埋件等，以保证其位置及尺寸符合设计要求。

（6）浇筑腹板砼前，加宽内侧模板的压角长度，并用型钢和钢筋将其与底板钢筋固定，防止砼上翻。

4、砼的养护

待混凝土浇筑完成后，用塑料薄膜覆盖，上部覆盖土工布开始洒水养生，养护期不小于7天。混凝土在达到2.5Mpa前不得上人踩踏。

5.2.7上横梁预应力张拉过程控制

上横梁预应力施工分两阶段进行预应力张拉施工。

1、上横梁预应力第一次张拉

在上横梁混凝土强度达到设计强度的85%时，张拉上横梁设计预应力的50%。预应力张拉程序：

0→10%δk→20%δk→50%δk/2、

2、上横梁预应力第二次张拉

上横梁预应力第一次张拉结束，降低底模和碗扣支架，使支架脱离底板混凝土后，再张拉上横梁剩余的50%预应力。

预应力张拉程序：

50%δk→100%δk（终应力-持荷5分钟，测量伸长量）→锚固

3、张拉采用两端同步张拉，左右对称进行。张拉时确保“三同心两同步”，“三同心”即锚垫板与管道同心，锚具和锚垫板同心，千斤顶和锚具同心。“两同步”即现浇横梁两侧两端均匀对称同时张拉。

4、在张拉完后卸下千斤顶，在钢绞线上离锚圈等距作标记，24h后检查钢束回缩量，合格后再封锚压浆。

5、实际伸长量计算：

在相应张拉力下量取与之对应的千斤顶油缸外伸量，将每个张拉循环中初张拉力和终张拉力下对应的千斤顶油缸外伸量的差值，作为本张拉循环中钢绞线束的伸长量。各个张拉循环的伸长量之和，即为该束钢绞线初始张拉力至控制张拉力之间的伸长量。

钢束实际伸长量△L的计算公式为：

△L =∑△L-（2×△L1-△L2 ）——工具夹片回缩量

式中：△L——从开始张拉至控制张拉力间的实际伸长量；

△L1——10%δk初始张拉力实际伸长量；

△L2——20%δk 张拉力间的伸长量。

6、预应力筋张拉采用张拉力与伸长量双控，以张拉力为主，实际伸长量与理论计算伸长量差值控在±6%以内，即表示本束钢绞线张拉合格。否则，张拉力虽已达到设计要求，但实际伸长值与理论伸长值之间的误差超标，则暂停施工，在分析原因并处理后继续张拉。

6 材料与设备

6.1主要施工设备

编号设备名称规格型号进场数量备注

1 钢筋调直机GGQ1

2 3

2 钢筋弯曲机JW42 4

3 钢筋切割机GQ50 4

4 电焊机BX1-500 10

5 砼输送泵/ 1

6 砼罐车/ 10

7 振动棒/ 20

8 张拉设备/ 4

9 压浆设备/ 4

10 发电机/ 1

6.1主要人员配备

人数备注编号分类

计划实际

1 管理人员 5 5

2 技术人员 6 6

3 试验检测人 6 6

4 钢筋工40 40

5 机械司机11 11

6 测量人员 3 3

7 电工 1 1

8 砼及模板工20 20

9 其他7 7

10 汇总99 99

7 质量控制

7.1．主要施工质量管理措施

7.1.1严格按施工规范要求、设计要求、施工实际需要，制定施工方案、选择施工设备和对材料供应把关。

7.1.2严格按照施工组织设计、技术方案进行施工，保证施工质量。

7.1.3实行、坚持技术交底制度，使所有施工人员掌握技术要领和质量要求。

7.1.4按三阶段控制即事前预防，事中保证，事后检查方式控制施工质量。