跨河斜拉大桥设计及施工技术（152页）

1、跨河斜拉大桥设计及施工技术典型特大桥梁设计施工技术系列培训一、设计 1.项目概况 2.桥梁主要结构设计 3.桥梁结构计算分析 4.设计技术创新点二、施工 1.基础施工 2.下部结构施工 3.上部结构施工 4.技术研究成果三、监控 1.施工控制理论计算分析 2.索塔施工控制 3.测点布置及误差要求 4.典型工况控制情况 5.施工监控结论重点 汇报题纲一.设计典型特大桥梁设计施工技术系列培训本项目位于毕节市黔西县与织金县交界处，是跨越六冲河的一座特大桥。桥址处地形属山区典型的U形河谷，两岸坡均较陡，桥面距水面达336m，桥梁孔跨布置受地形影响，为保证基础施工时有一定的安全性，两岸承台的边缘距陡斜坡

2、应有一段安全距离。为保证桥墩基础的稳定，经过岸坡专题研究，主跨确定为438米。设计 1.项目概况 边孔布置主要受地形、地质条件控制。常规砼斜拉桥边中跨比为0.40.5。设计时考虑尽量降低工程费用，造型美观的原则，采用对称布置，边跨为195米，边中跨比0.445。六冲河大桥桥主孔最终布置为195米+438米+195米预应力混凝土斜拉桥，两岸引孔均为30mT梁，桥梁全长1508.016米。设计 1.项目概况 1、结构体系：主塔处塔梁间采用纵向漂浮体系。过渡墩处竖向均设活动盆式橡胶支座，横向均设抗风防震挡块，辅助墩处竖向均设拉压支座，塔处主梁设置0#索，塔梁之间设置纵向阻尼器。设计 2.桥梁主要结构

3、设计 2、 砼主梁一般构造：上部主梁为形断面，断面顶面全宽24.1m，梁高2.7 m，主梁顶板厚0.32m，设双向2%横坡。边肋有带底板翼缘截面，宽度为2.95m；实体截面，宽度分别为2.95m，3.25m，4.15m，4.85m。设计 2.桥梁主要结构设计主梁一般构造图 3、斜拉索：斜拉索布置为双索面、扇形密索体系，每个主塔布有27对空间索，主跨斜拉索在梁上的索距为7.8m，边跨随着节段长度的变化，索距相应变化为6.5m、5.5m。斜拉索采用PES7-283、PES7-241、PES7-223、PES7-199、PES7-163、PES7-139等6种规格。锚具采用相应规格的PESM冷铸锚。

4、设计 2.桥梁主要结构设计 4、主塔：主塔由塔座、塔墩、下塔柱、中塔柱、上塔柱、塔冠、上横梁、下横梁组成。塔柱采用“钻石”型空间索塔，下横梁以下塔高46m，下横梁以上塔高111.6m。上塔柱横桥向宽4.5m，顺桥向宽7.2m，中塔柱横桥向宽4.5m，顺桥向宽7.2m8.8m，下塔柱横桥向宽4.5m7.6m，顺桥向宽8.8m10.8 m。为减小风阻力，塔柱采用多棱形空心截面，为增加塔柱的稳定在上塔柱顶部设置横隔板。每个索塔设置上、下两道横梁，截面采用矩形截面。6号塔墩高32.5m，横桥向宽26m，顺桥向宽12.2m，采用单箱三室截面。设计 2.桥梁主要结构设计 5、过渡墩和辅助墩：3号、8号过渡

5、墩和4号、7号辅助墩均采用门式框架空心薄壁墩，承台采用8.58.5米矩形承台，厚度分别为3.0米、3.5米，每个承台布置4根直径为2.0m的桩基础。设计 2.桥梁主要结构设计 6、主桥主梁预应力钢束及布置： （1） 纵向预应力：纵向预应力钢束分为悬浇顶板束（CT、JT）、悬浇底板束（CB）、边跨顶板钢束（SH）、中跨顶板钢束（MH）、中跨底板束（MB）、边跨底板束（SB）、六类。纵向预应力除JT束采用公称直径32mm的精轧螺纹粗钢筋外，其余均采用公称直径15.20mm的预应力钢绞线。CT、CB、SH、SB、MH束，每束采用19根钢绞线；MB束每束采用22根钢绞线。所有SH、SB、MH、MB均采

6、用两端张拉方式，CT、JT、CB束除0号节段对应钢束采用两端张拉外，其余均采用一端张拉, 联接器连接。（2）横梁预应力：横梁预应力采用公称直径15.20mm的预应力钢绞线，每束采用3、15、19、22股钢绞线。采用两端张拉方式。主梁纵向钢束总体布置图设计 2.桥梁主要结构设计 7、 主要施工工艺： 下部桩基采用人工挖孔，索塔采用爬模施工，主梁0号段、现浇段采用托架施工，其余梁段均采用前支点挂篮悬浇，主塔与主梁连接处在主梁悬浇过程中临时固结，全桥合拢后解除。设计 2.桥梁主要结构设计 六冲河特大桥上部主梁为预应力混凝土结构，主塔及下部为钢筋砼结构。主梁纵向按部分预应力类砼结构设计，横向按部分预应

7、力类构件设计。 1、采用桥梁博士程序进行总体静力计算，并采用MIDAS程序（7.45）进行复算校核。 设计 3.桥梁结构计算分析 2.对主梁斜拉索锚固区、索塔锚固区，主梁压重区、索塔塔墩与塔柱交界处等部位采用空间分析程序ansys9.0，计算采用三维八节点实体单元，进行了局部应力分析。分析中计入了预应力效应、斜拉索导管的竖向倾角的影响。 设计 3.桥梁结构计算分析 3.用空间分析程序MIDAS程序（7.45）与SA2000对施工阶段最大双悬臂状态、最大单悬臂状态以及成桥阶段分别进行了动力特性、空气动力稳定性、震动振幅、整体屈曲稳定性和局部屈曲稳定性等方面的计算。 设计 3.桥梁结构计算分析 4

8、.计算中主要考虑了斜拉索弹性模量的修正和斜拉索、预应力束在结构内部产生的初始轴力，在活载作用下，对支点反力、结构位移、结构内力的影响。 设计 3.桥梁结构计算分析 六冲河特大桥是目前省内最大的混凝土斜拉桥。本桥主要创新点如下： 1采用大跨度预应力砼斜拉桥跨越深沟峡谷，适应贵州山区地形特点，达到既减少工程投资，又减小工程建设对环境的破坏和影响,景观效果突出。设计 4.设计技术创新点 2. 省内首次在山区大跨度预应力砼斜拉桥设计中进行抗风、抗震设计专项研究，为今后类似桥梁积累了设计经验。设计 4.设计技术创新点 3. 国内首次进行砼斜拉桥抗裂精细化设计研究，研究成果达到国内领先水平，成果成功应用于

9、设计中，取得良好效果，避免了国内类似桥梁施工期间所发生的裂缝问题。设计 4.设计技术创新点 4. 塔梁临时锚固及边跨压重构造创新设计，达到了减化构造，方便施工，节约投资效果，成功实施后在其他砼斜拉桥上得到了积极地推广。 设计 4.设计技术创新点 5. 国内首次进行砼斜拉桥数字化、网络化施工管理模型研究，方便了施工管理，有利于长期保存施工资料，便于运营后的养护维修对施工期资料需求。 设计 4.设计技术创新点 6. C60山砂混凝土国内首次运用于大跨度砼拉桥，为缺少河砂山区，因地制宜选择高强建筑材料提供了新思路。 设计 4.设计技术创新点二.施工典型特大桥梁设计施工技术系列培训 六冲河大桥主塔基础

10、采用24根直径2.8m人工挖孔灌注桩，桩基在主塔下为64行列式布置，桩中距6m，最大桩长58m。 桩基础于2010年4月开始施工，并于9月完成施工。施工 1.基础施工施工 1.基础施工孔桩人工开挖施工 1.基础施工钢筋笼安装 桩基础之上为主塔承台，每个承台宽35.2m，长23.2m，高6米，为C40混凝土，总计4900m3。承台之上为主塔塔座，塔座宽31.2m，长20.6m，高2.5米，长度方向上设1:1斜坡，为C40混凝土，总计1411.8m3。 采用一次浇筑完成的施工方案，测温元件布置采“竖向分层、平面分区”方式 ，通过“销锋法”进行控制，混凝土温控采取“内降外保”的方式，温控效果良好，未

11、发现任何混凝土裂纹。本次承台施工创造了“贵州省一次浇筑混凝土方量的最高纪录”。施工 1.基础施工承台钢筋安装施工 1.基础施工混凝土浇筑施工 1.基础施工承台温控措施施工 1.基础施工承台冷却水管布置施工 1.基础施工冷却水管施工 1.基础施工温度采集器 六冲河大桥主塔为“钻石”型空间索塔，塔高157.6m（从塔柱底面算起），其中桥面以上高107.95m，桥面以下高49.65m。其中6号塔为调节标高，设有高32.5m的空心塔墩。 主塔共设两道横梁，下横梁高6m，宽8.1m，长25m左右；上横梁高4m，宽5.9m，长13m左右，横梁均采用箱形截面，为预应力混凝土结构。斜拉索均锚固于上横梁以上塔柱

12、（包括上横梁），斜拉索锚固区设置环向预应力（U形）。索塔内设置施工和运营阶段检修人梯，检修入口设于上塔柱内侧底部。主塔塔身设有劲性骨架以满足塔身施工的需要。 为防止塔柱在施工过程中变形过大，在下塔柱中段位置设1道临时拉杆（采用精轧螺纹钢筋），在中塔柱设3道主动撑杆。施工 2.下部结构施工下部构造施工施工 2.下部结构施工施工 2.下部结构施工塔墩施工施工 2.下部结构施工塔墩施工下塔柱施工下塔柱施工施工 2.下部结构施工下横梁施工下横梁施工施工 2.下部结构施工下横梁施工施工 2.下部结构施工下横梁施工施工 2.下部结构施工下横梁支架施工 2.下部结构施工主动撑施工施工 2.下部结构施工主动撑

13、施工施工 2.下部结构施工主动撑结构施工 2.下部结构施工上横梁支架施工 2.下部结构施工塔冠施工施工 2.下部结构施工上塔柱施工施工 2.下部结构施工 根据主塔的结构形式，主塔塔柱外侧均采用液压自爬模系统爬模施工，塔柱内侧拟采用常规翻模施工。为加快塔柱施工速度，我司采用的模板高度由常规的4.5m，提高到6.3m，即每次塔柱施工高度为6m，由此塔柱共分为28层进行施工，从而加快了施工进度。施工 2.下部结构施工斜拉桥索塔施工的重点和难点：1、锚固区预应力施工，通过足尺模型试验取得锚固效应从而指导施工。2、索导管的测量定位。施工 2.下部结构施工施工 2.下部结构施工预留槽口施工施工 2.下部结

14、构施工上塔柱钢筋施工施工 2.下部结构施工上塔柱钢筋施工施工 2.下部结构施工索导管底部施工施工 2.下部结构施工索导管锚下钢筋施工施工 2.下部结构施工索导管定位测量施工 2.下部结构施工索导管定位钢筋施工 六冲河特大桥为195m+438m+195m双塔预应力混凝土斜拉桥。主梁断面为形梁，桥面宽度24.1米,梁高2.7 m。主桥桥在195m边跨、438m中跨跨径内设有合龙段。主塔处塔梁间采用纵向漂浮体系,下横梁与主梁连接处在主梁悬浇过程中临时固结，全桥合龙后解除。主梁C60混凝土共计19413.2立方，使用钢材4900吨。 主桥斜拉索布置为双索面、扇形密索体系，每个主塔布有54对空间索，加上

15、主塔位置1对0#索，全桥共220根斜拉索。施工 3.上部结构施工施工 3.上部结构施工施工节段节段长度（m）边肋宽（m）顶板厚（m）施工方法梁重（t）备注0#、0#8.22.950.45托架现浇605.221#、1#6.52.950.320.45半挂篮前支点悬臂浇筑384.698肋边变化节段带翼板2#27#2#13#7.81.819+1.1310.32挂篮悬臂浇筑412.82肋边带翼板14#6.52.953.250.32挂篮悬臂浇筑427.811肋边变化节段带翼板15#17#6.53.250.32挂篮悬臂浇筑441.80218#5.53.254.150.32挂篮悬臂浇筑442.33819#21

16、#5.54.150.32挂篮悬臂浇筑470.013过辅助墩顶压重位置22#5.54.154.850.32挂篮悬臂浇筑465.92323#27#5.54.850.32挂篮悬臂浇筑486.75228#31.819+1.1310.32挂篮现浇69.984跨中合龙段28#24.850.32支架现浇163.803边跨合龙29#2.78无无支架现浇493.051过渡墩顶实心段施工 3.上部结构施工 主梁按照从塔柱中心向两边推进的施工顺序施工，施工方法总体采用前支点挂篮悬臂浇筑工艺，主梁先合龙边跨再合龙中跨。 由于施工现场的地形比较复杂，本桥的0#和1#段整体施工比较困难，因此主梁0#和1#节段分段施工，0

17、#段采用下横梁预埋钢板安装型钢托架浇筑施工，1#段和1#段将在0#段上安装吊装支架，吊装前支点挂篮前段，挂索后现浇。1#段施工完后，由于挂篮只拼装完一半长度，挂篮后端未能提供反力，支撑挂篮前移，因此在1#段上安装悬臂轨道支架，为前半部分挂篮提供前支点向前滑移，前移到2#段上后再组装挂篮后半部分，使挂篮能正常施工。施工 3.上部结构施工0号段支架方案施工 3.上部结构施工0号段支架方案0号段钢筋施工施工 3.上部结构施工上部构造施工0号段钢筋施工施工 3.上部结构施工上部构造施工0号段混凝土施工施工 3.上部结构施工挂篮前段整体吊装施工 3.上部结构施工挂篮前段整体吊装施工 3.上部结构施工挂篮

18、预压施工 3.上部结构施工挂篮前移施工 3.上部结构施工 六冲河特大桥主梁2#27#节段采用前支点挂篮悬臂浇筑工艺施工，所用前支点挂篮总长19.534m。宽25.65m，桥面行走系统C钩位置加宽1.95m，总重约120t。主要由主纵梁、前横梁、中横梁、后横梁、次纵梁和次横梁组成。挂篮锚固系统采用挂篮中部吊杆和尾部吊杆，吊杆按只受拉考虑。止推系统位于挂篮中部，需在主梁施工时预埋钢板，并在斜拉索安装前，安装止推键抵抗斜拉索水平方向分力，防止挂篮后退。施工 3.上部结构施工挂篮布置图施工 3.上部结构施工挂篮布置图施工 3.上部结构施工挂篮布置图施工 3.上部结构施工牵索挂篮动画（一）施工 3.上部

19、结构施工牵索挂篮动画（二）施工 3.上部结构施工 全桥总共220根斜拉索，编号0、M1M27、S1S27 。采用PES7-283、PES7-241、PES7-223、PES7-199、PES7-163、PES7-139等6种规格。锚具采用相应规格的PESM冷铸锚。 斜拉索安装采用“梁上放索、先塔端锚固、后梁端牵引锚固，塔端张拉”的施工方法。在梁上利用放索盘放索，卷扬机牵引锚固。 六冲河特大桥为斜拉索采用同步张拉，1台油泵带动2台千斤顶，同时张拉2根索。每次张拉拉索有4根，采用2台油泵控制4只千斤顶，进行张拉。每座塔2台油泵4只千斤顶能较好的控制索力及标高，满足监控要求。 施工 3.上部结构施工

20、 斜拉索放索施工 3.上部结构施工先锚塔端施工 3.上部结构施工塔顶牵引卷扬机施工 3.上部结构施工斜拉索展开施工 3.上部结构施工梁端入锚施工 3.上部结构施工梁端入锚施工 3.上部结构施工斜拉索放索施工 3.上部结构施工梁端进行一张张拉千斤顶施工 3.上部结构施工二张、三张完毕施工 3.上部结构施工节段钢筋施工施工 3.上部结构施工节段钢筋施工施工 3.上部结构施工节段混凝土浇筑施工 3.上部结构施工桥面高程控制较好施工 3.上部结构施工主梁节段悬 臂施工施工 3.上部结构施工 为解决六冲河特大桥施工阶段“大悬臂”问题，设计在边跨19#节段处设置拉压支座，但是该支座无法在施工节段时安装，只

21、有在挂篮通过后安装。为节约工期，我司在施工完19#节段后在辅助墩上安装临时拉压支架，以满足监控和设计要求。施工 3.上部结构施工临时拉压支架施工 3.上部结构施工临时拉压支架临时拉压支架拉压支座安装施工 3.上部结构施工拉压支座拉压支座安装施工 3.上部结构施工 在主梁27#梁段施工完成后，立即在27#段上搭设压重水箱，调整并控制合龙段的高程。由于挂篮不能作为合龙段的施工平台，因此在合龙段处需安装工作支架，以便完成合龙段施工。 边跨合龙后，须待边跨全部预应力张拉完成后，方能开始中跨合龙段施工。中跨合龙同样需要在27#段上搭设压重水箱，调整并控制合龙段的高程，以达到设计及监控要求。中跨合龙段支架

22、与黔西岸边跨一样采用吊架的方式。 中跨合龙完成后，开始进行中跨通长预应力束的施工，之后依次进行0号索安装、挂篮拆除、配重块浇筑、护栏施工、斜拉索附属设施安装、阻尼器安装、全桥调索等后续工序施工。施工 3.上部结构施工边跨合龙段施工边跨现浇段支架施工 3.上部结构施工边跨合龙段施工施工 3.上部结构施工中跨合龙段施工施工 3.上部结构施工中跨合龙段施工水箱压重机动荷载施工 3.上部结构施工发泡施工阻尼器安装减振架安装施工 3.上部结构施工锚头防护罩安装挡块施工外侧护栏施工施工 3.上部结构施工走道平台、压重块施工施工 3.上部结构施工下横梁处的临时固结解除、体系转换完成施工 3.上部结构施工主体

23、工程完工全景施工 3.上部结构施工六冲河大桥在施工过程中进行了多项技术研究： C60机制砂高强混凝土研究:国内第一次应用机制砂配制C60混凝土应用于实际工程中，该课题的成功运用解决了河砂匮乏地区的施工难题。 大桥三维可视化仿真技术研究：采用三维可视化研究，直观地将现场施工过程控制与计算机技术有机结合。 C40超大体积混凝土施工技术研究：六冲河大桥承台混凝土方量4899.5立方米，承台长32m、宽23.5m、高6m，采用一次浇筑完成的施工方案，通过“削锋法”进行控制，混凝土温控采取“内降外保”的方式，混凝土温控效果良好，未发现任何混凝土裂纹。本桥承台施工创造了“贵州省一次浇筑混凝土方量的最高纪录

24、”。 超高液压爬模施工技术研究：六冲河大桥液压爬模创造性的突破常规4.5m施工高度，采用每模浇筑6m的办法，取得成功。与常规施工方案要比，主塔施工节约77天，取得良好的经济效益。施工 4.技术研究成果在施工过程在研发了“一种桥梁修建移动式吊装支架”。其结构简单、拆装方便，能够起吊较大重物，同时满足桥面任何位置吊装需求，受场地限制小，实用性和经济性较高。施工 4.技术研究成果 移动支架将吊车吊上桥施工 4.技术研究成果 移动支架吊斜拉索施工 4.技术研究成果三.监控典型特大桥梁设计施工技术系列培训 主要监控对象：（1）主梁各阶段线形（2）主梁各阶段应力（3）主塔顺桥向塔偏（4）主塔各阶段应力（5

25、）斜拉索施工阶段及成桥索力监控 1.施工控制理论计算分析主要控制工作内容：（1）进行施工控制预测计算，提供控制目标理论值及控制指令；（2）对反馈的施工信息进行分析，确定施工误差状态；（3）利用参数识别系统对计算参数进行识别、修正；（4）基于施工误差容许度指标进行预警；（5）根据施工控制偏差情况进行计算并合理地调整控制目标值。监控 1.施工控制理论计算分析计算模型：将六冲河大桥实桥模拟为平面杆系结构进行施工控制理论计算，计算程序为长沙理工大学颜东煌教授编写的施工控制专用分析软件BDCMS。将全桥离散为563个单元，425个节点，主塔和主梁模拟为梁单元；斜拉索模拟为带刚臂的桁架单元，考虑斜拉索在重

26、力作用下的垂度效应；合拢段刚性支撑模拟为带刚臂的梁单元；预应力束模拟为索单元。监控 1.施工控制理论计算分析图3.1 六冲河特大桥单元节点划分图监控 1.施工控制理论计算分析材料特性参数：（1）主梁采用C60混凝土，弹性模量取为3.6e5MPa；（2）主塔、辅助墩、交界墩采用C50混凝土，弹性模量取为3.45e5MPa；（3）斜拉索弹性模量为1.95E5MPa；（4）预应力筋钢绞线，弹性模量取为1.95e6MPa，（5）混凝土容重取为26kN/m3；钢材容重取为78.5 kN/m3；斜拉索换算容重为85 kN/m3。监控 1.施工控制理论计算分析几何特性参数：监控 1.施工控制理论计算分析几何

27、特性参数：监控 1.施工控制理论计算分析几何特性参数：监控 1.施工控制理论计算分析监控 1.基础施工预应力参数：对于钢绞线，锚固回缩量 0.012，孔道摩擦系数k0.0015， 0.25，松弛率为0.025；张拉控制应力为1395MPa或1348.5MPa，按设计图纸上的规定采用。精轧螺纹钢筋的预应力模拟采用等效节点力进行施加。挂篮参数：空挂篮总重为1738.2kN，空挂篮中挂点反力为2490.8 kN，后锚点反力为752.6 kN。中挂点距后锚点7.8m，中挂点距梁段前端0.9m。在计算过程中既模拟了挂篮重量也模拟了挂篮结构。监控 1.施工控制理论计算分析收缩徐变参数：收缩徐变计算按公路钢

28、筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）进行。混凝土主梁理论厚度：861mm；主塔理论厚度：2085mm；交界墩理论厚度：1171mm，辅助墩理论厚度：1462mm。混凝土主梁初始加载龄期取为10天。 收缩徐变计算至成桥后10年。二期恒载参数：二期恒载集度：72kN/m。监控 1.施工控制理论计算分析索塔施工几何控制的目的：是为了使桥梁在完成安装步骤和所有恒载作用下的最后目标几何线形能满足要求（最后目标几何线形要控制在容许的安装误差内）。索塔的几何控制有两个主要的内容：1) 塔柱线形控制；2) 拉索锚点坐标、索导管倾角控制。监控 2.主塔施工控制监控 2.主塔施工控制监控

29、2.主塔施工控制监控 2.主塔施工控制监控 2.主塔施工控制 在上部结构施工控制实施期间需对结构在工况下的状态参数进行监测，并与理论值进行对比，以评估结构的线形和受力状态，主要的监测对象包括以下几个方面：监控 3.测点布置及误差要求监控 3.测点布置及误差要求1）主梁标高立模标高是保证主梁标高和线形平顺性的首要关键工序，立模标高误差均保证在5mm范围之内。主梁各梁段的成梁标高误差L/5000，相邻节段间局部线形标高误差30mm，主梁整体线形平顺流畅。监控 3.测点布置及误差要求2）斜拉索索力索力控制的精度为：（1）中间索力的误差10%；（2） 成梁索力误差8%，并且满足设计最大索力要求；（3）已成梁段单根索力最大偏差5%。监控 3.测点布置及误差要求3）应力应变监控 3.测点布置及误差要求4）塔顶偏位：塔顶偏位在一定程度上反映了索塔的弯曲受力情况。塔顶偏位采用全站仪进行测量，在5、6号塔塔顶安装测试棱镜，后视点为施工测控网