一种异形拱塔双索面钢斜拉桥装配式施工及控制方法与流程

1.本发明涉及一种异形拱塔双索面钢斜拉桥装配式施工及控制方法，属于桥梁施工技术领域。


背景技术：

2.随着经济快速发展，人们对桥梁的要求不断提高，已从单纯的交通功能提升到景观需求上，一座优美的桥梁无疑会大幅提高城市的景致。斜拉桥跨越能力大，结构轻巧优美，造型千姿百态，塔、索、梁组合多样，为设计的构思提供了广阔的变化空间，可以适应多种不同的使用要求与桥址自然条件，因此得到越来越广泛的应用。斜拉桥主要由主塔、斜拉索、主梁组成。主塔主要为钢筋混凝土结构，也有部分斜拉桥采用钢塔。斜拉索主要为平行钢丝和钢绞线两种型式。主梁主要采用预应力混凝土结构、结合梁和钢箱梁结构。而斜靠式“心”型帆船造型独塔斜拉桥为国内首创。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种异形拱塔双索面钢斜拉桥装配式施工及控制方法，可以实现斜靠式“心”型帆船造型独塔斜拉桥的施工建设。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种异形拱塔双索面钢斜拉桥装配式施工及控制方法，包括以下步骤：s1：地基内打入钢管桩，钢管桩上依次设置桩帽、一级分配梁和高度调整垫块，纵桥向、横桥向钢管桩之间设连接系；s2：拱塔下部及混凝土起步段施工，搭设拱塔支架制造钢混结合段钢结构，进行钢筋安装和预应力筋定位，从钢结构表面预留灌注孔和顶部空隙注入混凝土，最后进行预应力筋张拉；s3：拱塔下拱圈及下横梁拼装，将下拱圈节段整体与钢混结合段钢梁相连接，下横梁安装在下横梁支架上；s4：安装拱塔内钢箱梁，搭设边跨钢箱梁支架，架设拼装主梁钢箱梁大吨位浮吊，按顺序依次安装主梁的各个节段；s5：钢箱梁上安装拱塔支架，安装对应节段支撑连接系，使用大型浮吊进行拱塔钢节段架设拼装并同步挂设小里程斜拉索并张拉；s6：拱塔合龙后，安装大里程拱塔外侧斜拉索并按无应力索长张拉；安装拱塔内空间斜拉索并按无应力索长张拉；拉索张拉完毕后，根据施工测量及控制数据，进行全桥拉索调整；s7：拆除拱塔及钢箱梁支架，然后进行附属工程的施工，进行荷载试验、竣工验收。
5.上述技术方案的进一步改进是：所述步骤s1中，钢管桩入水底深度约为8m，钢管桩为三角形布置，连接系采用槽钢28a进行连接；上拱塔设置内支撑及支撑架。
6.上述技术方案的进一步改进是：所述步骤s2中，钢筋安装及预应力筋定位，包括主
筋连接，箍筋安装，预应力筋定位，顶部网片钢筋及锚下加强筋安装；对顶部无法浇筑混凝土的空隙，注入与混凝土同等级的水泥浆液。
7.上述技术方案的进一步改进是：所述步骤s5中，分别安装小里程和大里程拱塔及对应支撑连接系，并安装小里程斜拉索，张拉至计算要求吨位，并调整小里程拱塔线形至控制位置，直至拱塔合龙。
8.上述技术方案的进一步改进是：所述步骤s7中，首先，拆除支架内支撑及拱塔支撑架；安装跨中段钢箱梁挑臂；施工桥面铺装及附属设施，拆除主梁临时支架；然后进行荷载试验、竣工验收。
9.本发明带来的有益效果是：本发明有效增强施工期结构安全稳定，不仅简化施工工序，更提高施工控制精度，缩短工期，也有效降低施工成本，实现了“心”型帆船造型独塔斜拉桥的搭建制造。
附图说明
10.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
11.图1是本发明实施例的施工流程图。
具体实施方式
12.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例
13.s1：施工准备：确定支架及技术方案；计算钢主梁和索塔主应力线形：无应索长。
14.具体地，确保异形拱塔斜拉桥与设计基准状态下的结构体系：几何体系和作用体系一致，通过精细化的有限元模拟计算钢主梁和索塔主应力线形：无应索长。
15.确定主梁及拱塔支架设计方案。传统施工作业，对于支架的设计：安装及搭设，侧重于强度：刚度和稳定性，兼顾拼装时的安装标高。本桥支架设计和施工在上述基础上，重点控制钢梁无应力线形，确保其满足设计要求，其顶面标高误差应控制在5mm之内。
16.钢箱梁支架下层采用钢管桩支撑，尺寸为φ630
×
10mm，钢管桩入水底深度约为8m，钢管桩上做桩帽，在桩帽上放置横向一级分配梁，分配梁上方有高度调整垫块，钢管桩为三角形布置连接系采用槽钢28a进行连接。主梁支架中间设置支架横联。下拱圈钢管桩下层采用φ630
×
10mm，钢管桩上层放置横向两级分配梁，分配梁上方有高度调整垫块。纵桥向：横桥向钢管桩之间设连接系，连接系采用槽钢28a进行连接。上拱塔设置内支撑及支撑架。内支撑采用2根φ630
×
10mm钢管，连接系采用φ325
×
6mm螺旋焊管，内支撑一端头设置施工平台，一端头设置带销轴的斜撑座。支撑架采用4根φ630
×
10mm钢管，中间设置连接系。
17.s2：拱塔下部及混凝土起步段施工。
18.具体地，确保拱塔钢混结合段施工的精确性，施工流程如下：1、首先，搭设拱塔支架：定位胎架，制造钢
‑
混结合段钢结构，吊装钢
‑
混结合段钢
结构并精准定位；2、然后进行钢筋安装及预应力筋定位，包括主筋连接，箍筋安装，预应力筋定位，顶部网片钢筋及锚下加强筋安装；3、进行混凝土浇筑，从钢结构表面预留灌注孔注入混凝土，分层浇筑，并采用附着式高频振捣器和插入式振捣棒振捣；4、进行顶部空隙处注浆，对顶部无法浇筑混凝土的空隙，注入与混凝土同等级的水泥浆液；5、最后，进行预应力筋张拉，混凝土强度达到设计要求后张拉预应力，并对预应力孔道进行压浆。
19.s3：拱塔下拱圈及下横梁拼装，施工过程如下：将下拱圈节段整体水运至桥位附近，采用600t浮吊整体吊装下拱圈节段到位，并与钢混结合段钢梁连接，吊装前需将37号墩处栈桥拆除。此时浮吊为600t浮吊，吊臂长70m，南侧吊装水平仰角为45
°
，额定起重量为150t＞122.4t，即下拱圈节段总重满足吊装要求。然后将将下横梁2整段运至桥位附近，采用浮吊安装下横梁2；重复上述过程完成剩余下横梁浮吊安装。
20.其中，主梁钢箱梁制造加工及节段划分步骤如下：基于无应力线形控制：大型浮吊节段起吊、安装、焊接的安全性及施工可行性：工期及造价控制等方面，进行理论计算分析，确保成桥无应力线形满足设计需要，进而进行合理的钢箱主梁节段划分，并计算节段制造线形，确定理论安装线形。
21.s4：拱塔内钢箱梁安装：边跨钢箱梁支架搭设，主梁钢箱梁大吨位浮吊架设拼装，经计算论证采用的安装顺序以确保桥梁无应力线形，施工过程如下：1：主梁浮运到桥位附近，采用600t浮吊按顺序安装主梁，先安装主梁n8：n9直至主梁n15，后安装n1及n22节段；2：通过千斤顶和导链葫芦微调就位，线形满足设计要求后焊接固定，全桥所有杆件均通过此方法就位固定。
22.3：将其余节段主梁水运到桥位附近，利用600t浮吊按主桥拱塔两侧对称安装主梁，先安装主梁n7：n16，后安装主梁n6：n17直至主梁n2：n21；4：重复步骤2；5：安装时应进行全程线形监控，确保钢梁拼装线形。
23.s5：上拱塔支架搭设，大型浮吊进行拱塔钢节段架设拼装并同步挂设小里程斜拉索（即西岸抗倾覆侧）并张拉，确保结构安全稳定，施工过程如下：1、在钢箱梁上安装拱塔支架；2、将各拱塔节段浮运到位后，用大型浮吊分批次起吊安装就位后，安装对应节段支撑连接系；3、重复步骤2，分别安装小里程和大里程拱塔及对应支撑连接系，并安装小里程斜拉索，张拉至计算要求吨位，并调整小里程拱塔线形至控制位置；4、重复步骤3，直至拱塔合龙。在此过程中，仅张拉小里程斜拉索，不进行大里程侧的拉索施工及张拉。
24.该过程的施工及控制是重难点，由于异形拱塔空间几何形态与传统斜拉桥差异很
大，其西岸抗倾覆侧与拱桥主拱施工期受力有相似之处。然而，传统斜拉桥索力张拉及控制无论是以力或者以伸长量为指标，亦或采用索力及标高的“双控”均难保障该类似异形结构安全稳定及安装线形。因此，本发明专利结合传统斜拉桥索力控制以及拱桥斜拉扣索施工控制关键技术问题，一方面采用正装迭代计算西岸抗倾覆侧张拉索力，提高拱塔安全稳定系数，同时加强索力：标高以及拉索伸长量（即控制无应力索长）这三个状态量的控制，确保主梁：索塔无应力线形满足设计要求；进一步确保拱塔合龙施工精度。
25.s6：拱圈内拉索：大里程斜拉索（即东岸倾覆侧）安装及张拉；以无应力线形和无应力索长为控制量，调整拱塔及钢主梁线形，确保各项指标满足施工控制要求，施工过程如下：1、拱塔合龙后，首先安装大里程（即东岸倾覆侧）拱塔外侧斜拉索并按无应力索长张拉；2、其次，安装拱塔内空间斜拉索并按无应力索长张拉；3、所有拉索张拉完毕后，根据施工测量及控制数据，进行全桥拉索调整，满足设计要求。
26.该过程的施工及控制也是重难点，基于有限元计算的合龙理论数据，包括：合龙后索力：主梁应力：主梁线形：拱塔线形：拉索无应力长度等数据，与此状态下全桥对应实测数据进行评估，确定全桥调控方案。相对于传统斜拉索桥无论是以标高和索力为主的“双控”，还是大跨钢斜拉桥的“几何控制法”，对于此类异形结构，尤其是具有复杂的空间几何受力构件，本发明专利提出并实施“三向控制”，即无应力线形：无应力索长及索力进行调整控制，不仅可以规避施工期临时荷载变化：温度变化等对结构内力线形的影响，提高施工效率：化繁为简的同时，更进一步增大结构安全稳定性。
27.调控过程中，主要通过斜拉索张拉和控制完成。此处可通过调整斜拉索锚头伸长量进而局部调整拉索无应力长度，同时确保索力大小满足施工控制要求计算的合理成桥索力，进一步确保主梁及拱塔线形满足设计要求。
28.s7：拱塔及钢箱梁支架拆除，附属工程施工。该步骤s7的施工为现有技术，施工过程如下：1、首先，拆除支架内支撑及拱塔支撑架；2、利用100t汽车吊上桥安装跨中段钢箱梁挑臂；3、工桥面铺装及附属设施，拆除主梁临时支架；4、按s6的索力调整思路和原则进行斜拉索最终索力调整，然后进行荷载试验：竣工验收。
29.本发明不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。