斜拉桥索塔施工工法

斜拉桥索塔施工工法

斜拉桥索塔施工工法

一、前言

随着高速公路的迅猛发展，公路等级不断提高，斜拉桥、悬索桥等共有高墩、大跨径特点的桥梁被广泛应用到工程实际，同时也发挥了越来越重要的作用。索塔作为斜拉桥、悬索桥一个十分重要的组成部分，造价高昂、施工周期长，如何科学组织施工，优质高效地完成施工任务，具有十分重要的意义。本工法依托江苏省连盐高速公路灌河特大桥索塔施工工程实例，全面系统地闸述了索塔施工技术和工艺特点。己建成的索塔成品倾斜度、空间尺寸以及外观质量均满足规范要求，处于良好的受控状态，施工进度科学合理。该工法被证明是一项行之有效的施工工法，代表了目前索塔施工的先进水平。

二、工法特点

1、本工法工艺简练，操作性强，施工易于实现。在合理设计模板、支架和爬架系统的基础上，可以实现高度较大的索塔施工。

2、本工法施工结构设计合理，力学模型明确，设计计算量不大，易于被工程技术人员掌握。

3、质量易于控制，通过采用相对基准极坐标法进行测量控制，以及模板支撑体系的优化，结构物实体质量和外观质量优良。

4、本工法投入的大型机械设备相对较少，施工成本较低，循环施工周期较短，具备较高的投入产出比。

三、实用范围

本工法具有施工快捷，结构合理，经济实惠等特点，可以被广泛

应用到斜拉桥、悬索桥的索塔施工中，尤其适合于索塔截面比较规则，塔柱高为100~200m的中小型钢筋砼索塔。通过对模板系统以及爬架提升装置的改进和优化，也可以应用到变截面及高度较高的索塔施工中。

四、工法原理

本工法是索塔施工的一种非常有效的工艺方法。工法原理：在塔柱内预先安装劲性骨架作为钢筋模板安装定位的依托，纵向主钢筋采用机械连接，下塔柱采用钢管支架模板体系、中上塔柱采用内翻外爬附爬架的分节段爬模施工模式，砼采用托泵泵管输送，在中塔柱上设置横向临时撑架，防止塔柱根部产生拉应力，斜拉索与塔柱的锚固形式采用钢锚梁锚固体系，直接传送给索塔，横梁采用钢管落地支架支撑体系，通过合理布设塔吊、电梯、泵管、水电等设施以及进行预埋件的埋设，并运用塔吊以及吊车进行施工材料的垂直运输的一种高效的索塔施工工艺。

根据索塔形式、高度以及所采用的施工工艺、方法、设备性能和具备的施工能力，索塔分节长度不尽相同，一般分节长度为4.0~5.0m。

五、施工工艺流程及操作特点 （一）、索塔施工工艺流程

1、 塔柱施工工艺流程图5-1。

施工准备 下塔柱钢管 脚手架搭设 下塔柱翻模 分段施工 安装塔吊 下横梁支架安装 下横梁与塔柱 同步施工 安装电梯 中塔柱起步段 翻模施工 中塔柱爬架翻模 分段施工 上横梁支架及 水平支撑安装 上横梁与塔柱 同步施工 安装钢锚梁 拆除上横梁支架 上塔柱起步段施工 上塔柱爬架翻模 分段施工 塔冠施工 安装避雷及其它 附属设施 图5-1 塔柱施工工艺流程图

2、 塔柱节段循环施工工艺流程图5-2.

接高劲性骨架 劲性骨架加工制作 准备工作 安装模板 模板加工或整修 绑扎钢筋 钢筋制作

循环 施工 节段 绑扎钢筋 砼养护 中间验收 浇筑砼 安装爬架 爬架加工制作 接高劲性骨架 安装模板 中间验收

浇筑砼 砼养护 图5-2 塔柱节段循环施工工艺流程图

3、 横梁施工工艺流程图5-3. 模板加工制作 施工准备 测量定位 设置安装支撑系统 设置模板卸落装置及纵、横向分配型钢 安装底模板 绑扎钢筋、安装预应力管道 安装侧模和内模 中间验收 浇筑第一级砼 养护 支立第二级砼内模 绑扎顶部钢筋 中间验收 浇筑第二级砼 养护等待强度 张拉预应力束 预应力管道压浆 预应力钢束端头封锚 拆除模板 水泥浆试件检测 砼试件检测 预埋件设置 模板加工制作

图5-3 横梁施工工艺流程图

（二）、钢筋工程

为加快进度，降低高空作业风险，塔柱内竖向主筋宜采用镦粗直螺纹套筒或挤压套筒等机械连接，其余钢筋采用焊接或绑扎连接。

半成品的钢筋按型号、规格、用途等进行编号挂牌，分别堆放，由运输车运至施工现场。主筋连接后，箍筋由下而上焊接或绑扎，绑扎高度以每次砼浇筑高度为准。

（三）、劲性骨架

为了便于钢筋空间定位并固定模板，索塔塔壁内部一般设置劲性骨架。劲性骨架应单独进行结构设计。一般采用∟100×∟100及∟80×∟80角钢焊接拼装成桁架，在地面上单片制作、塔上整体拼装焊接定位而成。劲性骨架制作安装的总体布局是：在条件允许情况下，尽量在地面将工作做好，减少塔上工程量。单块骨架的高度同混凝土分节高度，框架形式按结构设计要求确定。

（四）、砼工程

索塔高度一般较大，砼标号较高，砼采用泵送方式输送，通过采用多台输送泵接力的方式，可以把砼输送到理想的高度。每个索塔下方设置一台固定拖泵，通过泵管浆砼直接泵送至作业面。

砼应具有良好的工作性和可泵性。混凝土浇筑从低处开始逐层扩展升高，并保持水平分层。振捣时使用插入式振捣器，其分层厚度约为30cm。振捣密实标准：砼停止下沉，无显著气泡上升，表面平坦，呈现薄层水泥浆时为止。

下塔柱塔基部分设计一般为实心段，应按大体积砼施工考虑。内

部设置降温水管，砼浇筑后，通水冷却，降低内部温度，同时对模板外部进行保温，防止砼产生温度应力裂缝。

（五）、模板支撑体系

为确保索塔外观质量，外模一般采用大面积定型钢模板，内模采用组合钢模或木模板。

1、 模板的基本结构

塔柱模板由外模板和内模板组成。外模板均为大面积钢模板，内模板以大模板为主，部分采用组合钢模和木模。外模、内模、角模或平模板，其结构形式基本相同，主要由横肋、竖肋、劲板和面板组成。

2、 下塔柱模板体系

下塔柱一般设计变截面形式，并有一定的斜率。为加快工期，充分利用底部承台工作面，下塔柱模板一般采用翻转式。根据下塔柱的高度，每个塔柱应加工2~3节定型钢模板，高度为3~4m，施工中根据实际进行循环利用，并进行适当的改装。模板外侧搭设钢管脚手架，作为操作平台及模板临时支撑点，并设置对拉螺杆。

3、 中、上塔柱模板体系

中、上塔柱采用内滑外翻的模板体系。每肢塔柱加工3节模板，高度为2~2.5m。为保证混凝土分段部位接缝严密，应保留一节基准模板不拆，施工时始终固定顶部一节作为上一节段施工的模具和支撑平台，而将下部两节拆除后上翻。提升模板设置采用倒链和塔吊。

（六）、爬升系统

爬升系统主要包括塔身预埋件、爬架、附墙架、工作平台以及塔

吊和倒链提升设备等。功能集爬架爬升、模板支立、钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力张拉、孔道压浆以及施工平台于一体，工作平台整体随塔柱施工逐步上升，为施工人员提供一个封闭的操作空间，安全、施工便捷。如图5-4、图5-5。

爬模循环施工操作流程图5-5.

塔吊提升模板 爬模拆除

混凝土浇筑 模板安装 塔吊提升爬架并安装

钢筋预埋件安装 图5-5 爬模循环施工操作流程图

（七）、横向临时撑架系统

根据索塔形式的不同，为防止索塔根部产生拉应力，一般设计要求采用水平临时撑架，以抵抗塔柱向内倾所产生的水平力。

水平撑架设置：在规定高度，于塔柱内侧埋设预埋件并焊接牛腿，用钢管作支撑，采用油压千斤顶施加对撑力。

（八）、索塔施工测量

索塔施工测量的重点是确保结构的位置正确，塔柱各部分满足倾斜度、垂直度、几何尺寸和空间位置的要求，斜拉索锚管上、下口位置及空间倾角准确。

由于精度要求高，测量作业场地狭小，平面位置可采用相对基准极坐标法定位或相对时间法原理定位，尽量消除索塔因日照、温度变化的影响；高程采用差分三角高程法定位，以确保定位精确。

（九）、拉索导管定位是上塔柱施工的关键，安装精度的高低直接影响到斜拉索的安装及使用寿命。

1、拉索导管定位

锚固点空间位置三维允许偏差±10mm；导管轴线与斜拉索轴线的相对允许偏差±5mm。

2、拉索导管空间定位示意图5-6。

（十）、钢锚梁安装

1、搭设平台，平台上铺设钢板或组合钢模。由于安装空间狭小，塔壁内模一般采用钢管临时支撑。

2、平台搭设完毕，焊接钢锚梁水平方向的限位钢板，埋设锚固螺栓，浇筑小石子混凝土垫层，再安装支承钢板。

3、起吊钢锚梁，使钢锚梁尽量水平，将钢锚梁临时放置在平台上，下垫枕板。安装另一块钢锚梁，精确调整钢锚梁位置，用高强螺栓将钢锚梁连接，连接后对钢锚梁的位置进行复测。

（十一）、横梁施工

横梁与相应的塔柱节段同步施工，采用落地钢管支架施工的方法。根据结构设计计算，确定支撑及模板系统，一般由钢管、贝雷桁片和型钢等组成，具体视现场材料情况而定，横梁钢筋、砼施工与塔柱基本相同，下面重点介绍预应力体系部分。

1、 预应力筋张拉规定

张拉机具采用满足最大张拉吨位的千斤顶，张拉前，对高压油泵、液压千斤顶和压力表进行配套标定校验，确定千斤顶与油泵压力表的回归曲线。

砼强度达到设计要求时，进行预应力筋的张拉。先对称张拉腹板束，再张拉顶、底板束。预应力钢束均为两端同时张拉，张拉以拉力与引伸量进行双控。钢束的伸长量误差控制在±6%以内。

张拉程序为：0→初应力→分级张拉至；σcon（持荷2min锚固）。 2、 压浆及封锚

张拉后，采用砂轮切割机切割多余钢绞线，压浆采用活塞式真空压浆泵，压力控制在0.5-0.7MPa，压浆后，立模浇筑封锚砼。

（十二）、防雷装置及其它附属设施安装

索塔上的附属设施主要包括塔顶防雷装置、航空障碍灯、塔内爬梯、横梁上的栏杆、照明设施等。塔内爬梯在索塔封顶之前安装，防雷装置和航空障碍灯在塔冠施工完成后安装，横梁上的栏杆 要在0号梁段支架拆除后方可进行，照明设施在全桥主体工程基本结束后安装。

（十三）、塔吊、电梯、泵管、水电等临时设施的布设以及预埋件埋设

索塔施工主要临时设施包括塔吊、施工电梯、拖泵及泵管、供电及供水五部分

1、塔吊

根据施工现场范围以及施工材料的重量，合理选用塔吊型号，一般选用80t·m型号以上，布置在承台两边塔柱旁靠河侧，使得整个索塔均处于吊装范围内，两台塔吊安装高度应错开布置。为确保安全稳固，沿塔柱高度方向每20m设置附臂。 2、施工电梯

为了保证工期，便于搭载上下通行，一般每个塔肢均应设置一台载货载人施工电梯，安装位置为承台两边塔柱外靠岸侧。

3、混凝土垂直输送

塔柱混凝土的垂直输送，宜选用80C型以上的拖泵，一次泵送至塔柱模板内。泵送采用“Ω”型卡固定在专用架上，并间隔用钢丝绳吊挂于塔柱的原模板对拉螺栓上。

4、水

一般宜采用两台高压多级水泵，分别布置在塔柱迎河面左侧，设置水箱用于砼养生及其他。

5、供电系统

承台顶面上设置低压配电箱，分别输送给塔吊、施工电梯、高压水泵的电机专用配电箱，动力电缆随塔柱垂直布置，施工作业面上设

置小型配电箱。

6、预埋件

索塔上的预埋件种类较多，主要包括为满足设计要求和施工要求的两部分。对各种预埋件应统一绘图，并汇总成册，便于指导施工。

六、材料设备

本工法仅列出了一个索塔所需要的机械设备和主要材料需求量，实际施工时，可根据具体情况适当调整。钢筋加工和砼拌合设备可以与其他施工交叉使用。机械设备及主要施工材料详见表6-1。

表6-1 机械设备及主要施工材料

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 机械名称 履带吊 轮胎吊 电焊机 钢筋弯曲机 钢筋切断机 钢筋镦粗机具 直螺纹加工机具 装载机 电动磨光机 混凝土拌和机 混凝土拖泵 塔吊 电梯 千斤顶 高压油泵 压浆机 空压机 高压水泵 发电机 竹胶板 组合钢模 爬模 型钢和贝雷片 型号规格 50t/55t 16t BX3-500-2 GW40-1 CQ40-2 50/30 50/75 60C/80C 80t·m CD100 450t以上 ZB500 3-6m3/min IS50-120 150/200KW 244×122cm 150×30cm 自制或定购 数量 （台套） 2 1 6 1 2 2 2 2 4 2 2 2 1~2 4 4 1 2 2 1 300m2 400m2 2套 200t 工作内容 起重吊装 起重吊装 焊接 钢筋弯折 切割钢筋 镦粗 滚司 上料及工地运输 模板打磨等其他 砼拌合 砼输送 垂直起重 输送人员上下 张拉预应力 和千斤顶配套使用 灌注压浆 打压及清理 抽水养护 备用电源 横梁外模 横梁及塔柱内模 施工人员及设备平台 搭设支架及其他 24 钢管支架 400t 搭设支架 由于各索塔之间相距较远，并隔河或跨江，一般每个索塔投入一个队伍，独立组织施工。实际施工时，可酌情增减。下面以一个索塔为单位配置劳动力如表7-1。

表7-1 劳动力配置情况

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 工种 施工负责人 质检员 技术员 起重工 塔吊司驾人员 机械工 安全员 高强螺栓施拧人员 钢筋工 模板工 砼工 电焊工 张拉工 电工 修理工 普工 汇总 人数 1 1 2 2 4 4 1 8 20 16 12 6 6 2 2 10~20 97~107 工作内容 负责现场指挥总协调调度 负责现场质量检查及验收 负责现场技术指导和质量控制 负责起重设备信号指挥 负责操作塔吊 负责随机操作机械 负责安全工作实施及检查 负责高强螺栓施拧 负责钢筋加工及安装 负责模板安装及支架支设工作 负责砼浇筑及振捣等相关工作 负责各种焊接工作 负责预应力体系的张拉及压浆工作 负责安装及检查电力设施及线路 负责修理机械设备 辅助各工种人员做好剩余工作 完成索塔施工 备注 塔柱钢锚梁 横梁 七、质量控制

索塔的施工难度较大，质量要求高，施工时应严格要求，精细施工，严把质量关。严格遵循《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）和《公路工程质量检验评定标准》第一册土建工程（JTG F80/1-2004）的相关要求。并从模板、砼和施工工艺等方面进行重点控制。

1、塔柱和横梁的外模板采用大面积钢模，除强度应满足浇注砼的各项要求外，为保证其表面平整度，设计时主要以刚度控制。

2、对模板的拼接缝，力求做到设计合理，加工制作精细，减少

或避免漏浆现象发生。

3、尽量减少对拉螺杆数量，以减少塔身砼上的孔洞，并对塔身施工完成后留下的孔洞及时封堵修补。采用与塔身相同标号的水泥浆进行，力求做到与塔身砼颜色一致，并安排专人负责。

4、对塔身砼配合比进行优化选择，砼搅拌均匀，保证其工作性能，确保塔身砼整体上色泽一致。

5、对模板的准确安装定位，砼的搅拌、泵送入模、振捣、养护等工艺过程采取有效措施，加强控制。对现场管理人员和操作人员进行质量意识教育，做好每个关键工序的技术交底。通过保证各个工艺环节的工作质量来确保工程的质量。

6、塔身的施工放样测量，除采取正确合理的测量方法外，严格执行两人复测制度，复核必须采用不同的方法进行，以确保塔身放样准确，防止因测量误差过大而导致塔身砼线条不平顺。

7、索塔塔柱及横梁施工的实测项目见表8-1、8-2。

表8-1 塔柱实测项目

项次 1 2 3 4 5 6 7 8 检查项目 混凝土强度（MPa） 塔柱底偏位（mm） 倾斜度（mm） 断面尺寸（mm） 壁厚（mm） 锚固点高程（mm） 孔道位置（mm） 预埋件位置（mm） 规定值或允许偏差 在合格标准内 ±10 塔高的1/3000，且不大于30 ±20 ±5 ±10 10，且两端同向 不大于5

表8-2 横梁实测项目

项次 1 2 3 4 5 检查项目 混凝土强度（MPa） 轴线偏位（mm） 外轮廓尺寸（mm） 壁厚（mm） 顶面高程（mm） 规定值或允许偏差 在合格标准内 10 ±10 5 ±10 八、安全措施

1、进行安全施工应知应会教育。

2、成立以项目经理为首的安全生产领导小组。 3、建立健全生产组织机构，设置专职或兼职安全员。 4、制定安全管理制定，定期进行安全检查，严格实行安全生产岗位责任制，奖罚分明。

5、制定主要分项工程的安全操作规程，作业前认真进行安全技术交底。

6、进行常规安全操作教育。

7、建立健全安全检查制度，定期召开安全会议，及时采取措施消除事故隐患。

九、环保措施

环境保护是我国的一项基本国策。保护施工环境是保证施工人员身体健康和消除外部干扰保证施工顺利进行的需要。

1、成立以项目经理为组长的文明施工领导小组。设置施工环境巡查员，由项目综合办公室负责，对施工造成的环境影响情况及时掌握，及时处理。

2、环境保护领导小组

组 长：项目经理 副组长：现场总负责人

成 员：工区负责人、部门负责人

3、配置足够的资源，使空气质量、水质、噪音、废物处理、化学物品、人文自热，等在施工中符合相关法规和合同要求；

4、按月进行环境检测及审核，并做好记录和备案；

5、对施工管理人员和施工人员进行环境管理培训，使其清楚了解当地环境法律和合同条款中规定的相关要求，参加培训人员和培训内容要备案在综合办公室，以便相关部门检查和审核。

十、效益分析

索塔施工时，在施工方法和施工工艺上采取了一些新的措施，项目部充分采用承台围堰钢管等周转材料用于支持结构，进行了高标号砼配合比优化设计，掺加了粉煤灰，减少了水泥用量，采用了长距离泵送工艺等“四新技术”，节省了大量的机械设备，大大降低了工程成本，累计节约工程成本费用合计200多万元，并且项目部连续三季度获优质优价奖励，取得了良好的经济效益。同时，工程质量实现了工程合格率和优良率的目标，工程进度创造了屡创新高，提前完成目标计划，得到了业主、监理的认可和信任，使企业的信誉度得以增强和提高，取得了良好的社会效益。

十一、工程实例

灌河特大桥是江苏省连云港至盐城高速公路上的一座特大型桥梁，全长1.819km，全桥宽度为36.6m，主桥为双塔双索面钢一砼组

合梁斜拉桥。索塔采用为H形，C50砼，高度119.629m，其中上塔柱高42.0m，中塔柱61.8m，下塔柱15.829m，中下塔柱设置有斜率，塔柱采用空心箱形断面，单箱单室，塔壁厚度渐变，上塔柱内设牛腿，中间设钢锚梁，下塔柱底部设2m实心板。为确保塔柱垂直度与索导管安装精度，与武汉测绘大学联合进行测量监控，塔柱成品验收实测垂直度为1/7200，高于规范1/3000的标准，索导管安装定位，消除了温度及日照的影响，误差在5mm之内，高于图纸要求精度。模板、支架、爬架等临时结构设计新颖，操作便捷。结构物内实外美，受到业主的好评，并荣获2005年度江苏省高速公路建设项目质量排序“前十”通报表扬。施工进度快，中塔柱平均每天1.14m，比计划快0.44m，第16、17节段施工周期仅为2天零11小时，创造了平均每天1.83m的最高纪录，南岸塔柱比预定计划提前约半个月，为下一步钢梁安装奠定了坚实的基础。