斜拉桥上部结构施工工艺

设计概况及技术特点
　　1.1 工程概况
　　1) K18+225天桥是位于王兰高速公路第二合同段，净宽7m上跨车行天桥。该桥全长114m。上部采用（20+32+32+20）m预应力钢筋混凝土斜拉桥–连续粱组合体系，桥墩梁固结。下部结构采用圆端形桥墩、肋式台、钻孔灌注桩基础。
　　2) 桥塔采用H型塔，矩形实心变截面，上部宽1.3m，根部宽1.7m，桥面以上上塔柱高18m，下塔柱高8.5m，全高26.5m，并设上下横梁各一道，与主梁和桥塔一同浇筑。主梁采用单箱双室截面，梁高1.0m。墩顶和台顶设置横梁，其中中横梁为预应力横梁。
　　3) 斜拉索采用VSL SSL2000钢绞线拉索体系，钢绞线强度标准为1860MPA，规格均为6-7。梁上标准索距4.0 m，塔上标准索距1.6 m，单塔双索面扇形布置。斜拉索在主梁上锚固，与主塔交叉交替单端张拉，配套千斤顶型号ZPE-15，拉索护套采用双层彩色高密度聚已烯（HDPE）套管，外径125㎜，全桥共设计28根VSL SSL2000 6-7规格拉索，每根拉索张拉端与固定端均设减震器一套，全桥共56套。
　　1.2技术特点
　　斜拉桥以独特优美的造型及优越的跨越能力在我国发展很快，王兰高速K18+225天桥即为开封地区第一座斜拉桥。该桥主要特点：
　　⑴采用独塔双跨式布置方式；
　　⑵结构体系采用塔梁固结体系；
　　⑶全预应力结构；
　　上述特点对施工提出较高的要求，与国内已建成的斜拉桥相比主梁跨度较小、施工地理条件优越、索塔较矮为该桥特点，采用支架上浇注主梁是合理的。
2.施工工艺设备和流程
　　2．1 施工工艺设备
　　主塔和主梁施工应用吊车、混凝土输送泵车两种垂直运输设备。吊车最大起重量为25T，理论最大臂长24.8m,满足施工起重重量后垂直吊装高度仅为22m。索塔全高26.5m,吊车吊装高度不能满足索塔整体施工要求,采取下塔柱施工中吊车就位于桥下，上塔柱施工中吊车就位于桥中心主梁上。混凝土输送泵车理论最大臂长37m，满足主塔和主梁的施工要求。
　　2．2 主塔及现浇箱梁施工顺序
　　根据设计和施工要求，主塔及现浇箱梁施工顺序如下:
　　1) 基础及下部结构施工：主塔施工至下横梁下端。
　　2) 搭设满堂支架，铺模板，绑扎钢筋，浇筑箱梁砼。主塔下横梁与主梁一同浇筑。
　　3) 待箱梁砼强度达到设计强度85％后，先张拉横梁横向预应力钢束，后张拉箱梁纵向预应力钢束。
　　4) 浇筑上塔柱及上横梁，同时预埋拉索套筒及相关构件。
　　5) 待桥塔砼强度达到设计强度85％后，拆除边跨箱梁支架。
　　6) 依次对称张拉S1—S7号斜拉索。
　　7) 由跨中向支点，多点、对称、缓慢、均匀拆除两个中跨的箱梁支架。
　　8) 从跨中向墩顶分别浇筑调平层砼及桥面铺装，安装桥面系。
　　9) 对全桥斜拉索索力进行测定并进行荷载试验。
　　10) 工工艺流程见图1
3．主梁和桥塔施工
　　3．1主塔下塔柱施工（下横梁以下部分）：
　　3．1．1、模板制作及支立
下塔柱平台直接以承台为基础,采用钢管搭设。模板采用定型钢模板，面板厚5㎜，外加∠75758角钢加强肋，间距50㎝。下塔柱模板一次性支立，灌注砼时灌至下横梁底部。
　　3．1．2、钢筋加工
　　a) 钢筋按照设计图纸所示形式和尺寸在钢筋加工棚内加工，底部主筋已在承台施工时预埋，在主筋边缘上标出箍筋位置，从主筋上部向下放入箍筋，从下向上绑扎箍筋。
　　b) 主筋接长采双面绑条焊，接头必须满足规范要求，相邻两接头错开布置，在同一截面内钢筋接头数不超过50％。
　　3．1．3、砼施工
　　a) 砼所用的砂、碎石的各项指标满足规范要求，碎石进行冲洗，砂过筛。为了保证砼外观一致水泥采用同厂家、同型号的。
　　b) 砼振捣采用插入式振动器，振捣至砼表现不再下沉，表面泛浆，不再出现气泡时为准。
　　c) 砼灌注方式为水平分层，分层厚度为30㎝。
　　d) 在砼灌注过程中派专人检查模板有无胀模、跑模、漏浆现象，发现问题及时处理。
　　e) 砼初凝后专人养生，养生时间不得少于7天。
　　3．2 现浇箱梁施工
　　现浇箱梁采用满堂支架（腕扣式支架）现浇，具体施工工艺如下：
　　3.2.1地基处理
　　3.2.1.1地基承载力计算：
　　A：梁部永久荷载：598.52.6=1556.1T
　　B：梁部施工人群等荷载（施工人员、施工工具、堆放荷载及振捣）： 110m0.4T/m=44T
　　C：方木荷载：（122100.120.12+11080.150.15）0.6=22.5T
　　D：支架自重：支架间距为1.20.91.2m共用钢管重31.8T
　　E：砼预制块重量：0.40.40.2510982.4=105.4T
　　F：地基承载力为：1759.81000101.2/(0.40.41098)=0.12MPA
　　3.2.1.2地基处理
　　 根据地基承载力计算结果（地基承载力为0.12MPA），原地面承载力能达到设计要求，但考虑地质不均匀可能造成不均匀沉降及雨后积水造成地基承载力下降等可能影响承载力的因素，将原地面整平压实（90％）后，填筑30㎝厚5％石灰土，石灰土压实度为95％。处理宽度为14m（即翼缘板外侧各2m）。同时外侧挖排水沟，保证处理过的地基雨后不积水。
　　3.2.2支架搭设及铺设底侧模
　　3.2.2.1支架设计
　　拟采用1.20.91.2(长宽高)腕扣式脚手架，根据上部传递的荷载为1622.6T，根据此种组合结构共有立杆1098根，每根承重为1622.6/1098=1.48T，满足脚手架承载力要求。
　　3.2.2.2支架搭设
　　1) 先在处理过的地基上，用石灰划出支架布点图，在交点上安放0.40.40.25㎝，C25砼预制块，必须保证预制块底部安平，不平的垫7.5M砂浆安平。在预制块上安放可调底托，底托上搭设支架，用可调底托调整高差，保证第一排横杆保持水平，支架顶安放顶托，顶托上先放纵向方木（0.150.15m），纵向方木顶安设横向方木（0.10.1m），横向方木的净距不大于20㎝在横向方木上铺设顶模，底模及侧模采用1.5㎝厚的竹胶板。
2) 脚手架横向及纵向每四排加一排横向剪刀撑，以增强支架整体性。
　　3) 底模预留上拱度：
　　施工预拱度本着跨中最大（计算值）向两端按二次抛物线形布设，计算过程如下：
　　a：钢管本身弹性变形：
　　① 钢管高度取6.0 m
　　② 荷载（每根钢管）：P=14.8KN
　　③ 弹性模量：E=2.01011PA
　　④ 钢管截面积：A=π（0.0482-0.0422）/4=4.24110-4 m2
　　则ΔL=PL/EA=1.05 ㎜
　　 b：非弹性变形：
　　① 钢管接头压缩引起的沉降量：取3㎜
　　② 根据公路桥涵施工技术规范（JJT041-2000）查得以下变形：
　　a) 木与木接缝变形：3㎜
　　b) 木与钢接缝变形：2㎜
　　c) 支架置于砂土上：8㎜
　　d) 木楔接缝变形：2㎜
　　③ 弹性变形及非弹性变形合计：1.05+3+3+2+8+2=19.05㎜≈2.0㎝
　　向上预拱度取2㎝
　　3．2．3钢筋绑扎及预应力孔道成型
　　a) 现浇梁的钢筋按设计图所示的形状和尺寸在钢筋加工场加工。在底模内绑扎成型，钢筋绑扎分二步进行，第一步绑扎底板与腹板钢筋，安装预应力管道和拉索预埋管，立模浇筑底板及腹板砼；第二步安装顶板内模，绑扎顶板、翼板钢筋，安装预应力管道，浇筑顶板砼。
　　b) 预应力管道采用预埋波纹管成孔，波纹管采用焊接在钢筋骨架上定位网固定，为防止波纹管接头漏浆在接头处用胶布缠裹严密，钢筋在梁内接长时，严禁在已布设好的波纹管附近焊接，避免烧伤波纹管，而出现漏浆现象。在砼浇筑前认真检查波纹坐标是否正确，有无烧伤破损现象，检查合格后方可浇筑砼。
　　c) 钢筋接头：钢筋接头采用焊接接头，接头质量必须满足规范要求，受力钢筋接设置在内力较小处并错开布置，配置在搭接长度区段内的受力钢筋，其接头截面积的百分率不超过50％。
　　d) 钢筋骨架应具有足够的强度和刚度，钢筋骨架各部结构尺寸，钢筋数量，间距等应符合设计规范要求。
　　3．2．4砼的浇筑
　　a) 在砼浇筑前必须对钢筋模板、预应力孔道成型进行检验，特别是拉索在主梁内的预埋件，其位置必须用全站仪定位、检查，否则不能浇筑砼。
　　b) 主梁砼采取二次浇筑成型，第一次浇筑底板及腹板（即浇筑至翼缘板下缘；第二次浇筑顶板，砼水平运输采用砼运输车，垂直提升用砼输送泵车；砼浇筑以0#台至4#台方向连续进行灌注。
　　c) 在砼灌注前选好配合比，其坍落度控制在14~16㎝之间，初凝时间为12~14小时。在灌注过程中，设专人对砼质量进行监控，避免砼出现离淅及坍落度波动现象。
　　d) 砼为水平分层，斜向分段连续浇筑，每层厚度在30㎝以内，采用插入式振动棒振捣，钢筋较密处用30㎜振动棒振捣，较稀处用50㎜振动棒振捣，振动棒插入下层不小于20㎝振捣以砼不再下沉，表面泛浆，不再出现气泡时为止。
　　e) 在砼浇筑过程中，专人检查模板有无胀模、跑模、漏浆，支架是否下沉，连接构件是否松动等，发现问题及时处理。
　　f) 灌注过程中随时用水准仪观测底模及支架的变形情况，并进行数据分析，超过设计预拱度时及时加固处理，以保证砼外观线型。
g) 在砼浇筑过程中，采取有效的防雨措施，避免新浇筑的砼受雨水冲刷。
　　h) 砼终凝后及时覆盖，并洒水养生，养生时间不少于7天。
　　i)当砼强度达到0.8MPA后拆除内模及侧模。
　　3．2．5张拉
　　当顶板砼强度达到设计强度的85％以上后才能进行预应力张拉。
　　3.2.5.1预应力钢束及锚具
　　预应力钢束均采用Φj15.24高强度低松弛预应力钢铰线，ASTMA416—97（270级）标准，标准强度Rby=1860MPA，松弛率不大于3.5％，张拉控制应力σk =0.75Rby=1395 MPA。纵向布置15束13Φj15.24钢绞线，采用两端张拉，锚具为OVM15—13；横隔处（1#、2#、3#）分别设置6束13Φj15.24钢绞线，采用单端张拉，张拉端及固定端锚具分别为：OVM15—13和OVM15—13H
　　A.张拉顺序
　　先张拉下横梁横向钢绞线，再张拉纵向钢绞线。
　　B.张拉设备及机具
　　采用两台张拉力为3000KN的张拉千斤顶，千斤顶及油压表在钢绞线张拉施工前按规范要求经国家计量认证机构认证的检测部门进行配套校验，在使用过程中，也要定期校验，凡张拉200次及使用六个月以上者需重新校验，千斤顶使用时与油压表配套使用，严禁混用。
　　C.张拉工艺
　　钢绞线张拉控制应力采用σ—σ初（0.1σ）—σ持荷2min—锚固。采用控制应力与伸长值双控法施工，以控制应力为主用伸长值进行校核，凡是伸长值超过理论伸长值6％时停止张拉，分析原因后再进行张拉。
　　3.2.5.2张拉准备
　　a. 检查砼强度是否达到设计强度的85％
　　b. 检查钢绞线是否在波纹管内穿动自如
　　c. 工作锚限位板、千斤顶、工具锚是否安装准确且在同一直线上
　　d. 工作锚夹片是否均匀楔紧
　　e. 千斤顶气体是否排空，油路是否有漏油现象，油路是否有接错现象。
　　3.2.5.3初张拉
　　梁端同时先对千斤顶主缸充油，使钢绞线略为拉紧，同时调整锚圈及千斤顶位置。使孔道、锚具、千顶三者之轴线相吻合，注意使每根钢铰线受力均匀，当钢绞线初应力达到0.1σK时作伸长值标记，并借以观察有无滑丝断丝情况。
　　3.2.5.4张拉
　　采用两端同时逐级加压的方法进行，两端千斤顶的升压速度接近相等，当两端张拉达到σK时鸣号，持荷2min，同时量测实际伸长值与理论计算值是否相等，差值控制在6％以内。
　　3.2.5.5锚固；
　　打开高压油泵截止阀，张拉缸油压缓慢降至零，活塞回程，锚具自动锚固。
　　3.2.5.6钢绞线断丝、滑丝限制数量控制
　　钢绞线断丝、滑丝限制数量控制如下：
　　1)每束钢绞线滑丝断比数量控制为1根，同时每个断面断丝之和不能超过该断面钢丝总数的1％
　　2)钢绞丝回缩量不超过5㎜
　　3)当超过以上规定时，换束重拉。
3．2．6压浆
　　3.2.6.1基本要求：
　　1)预应力孔道压浆工作在钢绞线张拉完成后24小时内进行。
　　2)孔道压浆采用40号水泥浆，水泥采用普硅酸盐水泥，水泥标号为42.5号龄期不超过1个月。
　　3)管道压浆顺序为先下层后上层。
　　4)水泥浆稠度控制在14~18S之间，最大泌水率控制在3％以内，拌合后3小时泌水率控制在2％，泌水应在24小时内重新收回。
　　5)水泥浆自凋制到压入孔道的连续时间不超过30~45min；水泥浆在使用前和压浆过程中应经常搅动。
　　6)压浆前，吹入压缩空气清洗管道，接着用清水冲洗管道，直至松散颗粒除去及随清水排出，再用压缩空气吹干。
　　7) 采用一端压浆工艺，压浆的最大压力控制在0.5—0.7MPA，达到最大压力时，稳压不得小于3min，压浆以达到出浆孔（出气孔）水泥稠度与规定相同为止。
　　8)压浆时，每一工作班留取不少于3组7.077.077.07㎝的立方体试件，标养28d，检查其抗压强度作为水泥浆质量评定的依据。
　　3.2.6.2预应力孔道压浆工艺：（略）
　　3．3 主塔上塔柱施工
　　上塔柱（及上横梁）的施工方法同下塔柱，不再敷述，施工过程主要注意拉索套筒及张拉槽口位置的准确性。
　　3．4 拆除边跨支架：
　　在上塔柱最后一次砼强度达到设计强度（同体养生试件）的85％后，拆除边跨支架，支架拆除时，由跨中向两端对称拆除支架。先拧松顶托，拆底模横向方木，再拆除纵向方向及底侧模，最后拆除支架。拆除支架时特别注意必须以跨中向两端对称进行，禁止以一端向另一端方向或先拆除两端后拆中间的施工方法。
4、拉索施工
　　拉索是连接水平桥面和桥塔的受拉构件，本桥拉索主要由表面涂油、外包聚乙烯皮（PE）的光面钢绞线以及外套的高密度聚乙烯（HDPE）外套管构成。它由锚具部分、过渡区、延伸管、钢绞线导向定位器部分组成。拉索施工包括：穿索、张拉钢绞线、调索。
　　4．1穿索
　　针对该桥斜拉索较短（最长索仅33.4m）采用人工穿索的方案是合理的。穿索将外套管与主梁、索塔上的预埋管连接，然后将钢绞线由上向下穿出。
　　4. 2 张拉
　　钢绞线穿束完毕，对其进行张拉工作。张拉采用单根单端张拉，即索塔张拉梁上锚固。张拉拉索为常规施工，钢绞线拉力必须达到设计要求并以引伸量复合。
　　4. 3调索
　　由于二期荷载施工后拉索的索力有很大变化，在二期荷载施工后对拉索进行索力调整。调索时采用整体张拉调整，不允许钢绞线单根调整。
　　调索时对索力小于成桥索力的拉索直接张拉至成桥索力。对于索力大于成桥索力的拉索用特制的设备和千斤顶先将索力调整至成桥索力以下，再张拉至成桥索力。
　　4.4索力检测
　　拉索经过最终调索索力达到设计要求后，要经检测单位检测索力合格方可交工运营。
5、结束语
　　斜拉桥施工重点在现浇梁的施工和拉索施工。在现浇梁和拉索施工中采用了采用上述工艺，即保证了施工质量又加快了施工进度，取得很好的效果。