番禺大桥斜拉桥施工

　　简介： 在施工中除合理应用高性能混凝土和预应力施工技术外，还发展了爬模、牵索挂篮悬浇等施工技术；由于基础所采用的钻孔桩直径及承台尺寸也在国内斜拉桥中居于首位，要求合理地组织大型基础施工，我们充分结合桥位处地质水文条件，在基础施工中采用了独具特色的低成本和高速度的施工方案。
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　　1．设计概况及技术特点
　　1.1 设计概况
　　番禺大桥是连接广州市与番禺市上主干道跨越珠江的一座特大型桥梁，位于洛溪大桥下游 3.9km处。由于番禺、顺德、中山、江门、珠海等地往来广州的车辆日益增多，番禺大桥的 建成将有效地缓解洛溪大桥交通压力。
　　大桥全长3467m，主桥为双塔空间从而密索飘浮体系斜拉桥，全预应力混凝土结构。主跨380m，桥跨组合为70＋91＋380＋91＋70m，主梁为边主梁DP断面，宽达37．7m，桥面设8车道 和人行道；通航净高34m，主塔为倒Y形，塔高自承台面起计140.3m；拉索采用HDPE热挤护套防护的平行钢丝束，共244报，塔上标准索距1.3m，梁上标准索距6m.辅助墩双边墩为空 心薄壁柔件墩，既充当拉力墩，又作为抗纵向水平推力墩。主塔基础采用。3.om直径钻孔灌注桩和大体积实体承台，对应每个塔柱有9根桩，一个塔共18根桩，桩身嵌入弱风化泥岩。 番高侧82#主墩位于水中，承台尺寸54x23.5x6m；广州侧83＃主墩设于岸上，承台尺寸 48xl7x6m
　　1．2技术特点
　　斜拉桥结构设计上无论塔、梁、索都能有许多变化和组合形式，基于通航、美观和地域象征上的考虑，番周大桥采用了斜拉桥方案，设计在构件尺寸、形式选择和组合上包含卜述 特征：
　　（1）采用th3.om大直径钻孔桩和大体积承台；
　　（2）全预应力混凝土结构；
　　（3）宽达37.7m的DP断面主梁，大至37.7／380（接近1／10）的定跨比，相应增大了主塔横梁跨度和承台横向尺寸；
　　（4）采用倒Y形塔林，由于宽跨比关系，塔柱横向斜度达3：l.
　　上述设计特点对施工提出了较高的要求，与国内已建的斜拉桥相比，由于混凝土主梁宽度和塔往斜度都是最大的，我们在施工中除合理应用高性能混凝土和预应力施工技术外，还发展了爬模、牵索挂篮悬浇等施工技术；由于基础所采用的钻孔桩直径及承台尺寸也在国内斜拉桥中居于首位，要求合理地组织大型基础施工，我们充分结合桥位处地质水文条件，在基础施工中采用了独具特色的低成本和高速度的施工方案。
　　2．施工场地及主要生产设施布置
　　大桥为南北走向，两岸施工场地均布置于大桥东侧，并分为两大功能区：生活区和生产区。考虑常年风向，将生活区布置于生产区的东侧，这样生产区靠近场地西侧大桥位，减短了场内运输距离、在生产区从东向西依次布置了零星材料和工具仓库、交通码头、起重运输码头、钢结构加工车间、砂及碎石堆场、水泥仓库、混凝土搅拌站，番禺岸还在桥东侧设置 了水上施工栈桥。施工用砂、碎石、水泥均通过水运到场，依靠皮带机输送上岸；起重码头不设固定起重设备，直接依靠汽车吊或水上浮吊完成起重工作；成品拉索堆场设于大型驳船 和辅助墩水上施工钢平台上，共可存放48盘拉索。
　　南、北岸搅拌站除各设一座50m'／h自动搅拌站外，还各设有4合0．4m小型拌和机，在施 工大体积构件时，除工地搅拌站供料外，还依靠商品混凝土供应，其运输距离约15kM.场内混凝土运输由搅拌车、翻斗车、混凝土泵车或拖系完成。
　　3．施工技术措施
　　3.1 基础工程
　　主桥跨越珠江水系沥窖水道，该水道为潮汐性河流，历年平均最高水位为黄基2．406m， 平均潮差2．906.，设计平均流速0．97m／s，82＃墩位处水深10m左右。桥位处基岩为泥砂岩， 强度离散性大，为 2.3MPa－23MPa，且泥岩具有遇水软化的特点；覆盖层类似番禺大部分地 区，为淤泥夹细砂和中粗砂，厚度为10－20m.
　　斜拉桥边墩及辅助墩中l．sin钻孔桩和承台施工比较常规，采用了不循环旋转钻机和吊箱 围堰施工。主墩中3.om桩和大体积承台施工结合规有设备和经验，采用了低成本和高速度的措施：
　　（l）在护筒方面，采用了预制钢筋混凝土护商，其内径由3.3m，壁厚10cm，护简下沉采用30t振动锤和自制抓泥机孔内抓泥两项措施，对于覆盖层为淤泥夹细砂的地质情况，护 筒可下沉到强风化岩面。
　　（2）成孔综合应用了正循环、反循环、二次成孔等工艺；清孔既应用了并联泥浆泵的正循环清孔方法，也应用了气举反循环的清孔方法。施工中主要技术措施围绕提高钻进速度 和防治护筒底穿孔来灵活组织，例如开孔时，用正循环钻进，人岩一定深度后改用反循环钻进；第一次成孔用1.8m钻机钻进后，再次抓促振压护简，第二次成孔用 3.0m钻机钻进等。
　　（3）桩身水下混凝土灌注采用单根 30Cm导管泵送坍落度16－20cm的小石子混凝土到 漏斗逐斗灌注，以在保证浇筑时间条件下，混凝土能受到冲击振捣，且更容易流过钢筋净距 仅4cm的钢筋笼。
　　（4）82＃号墩承台采用了钢板极围堰施工，围堰内支撑直接利用钻孔桩施工平台改造而成，可双向受力。堰外抛砂包，堰内填砂及石粉，然后直接抽干水浇筑垫层混凝土。对于水 深10m左右的高桩大承台施工，该方法缩短了钻孔桩施工准备时间，回避了最繁难的水下混凝土封底工作，充分综合了现场的水文地质条件。
　　（5）83＃墩承台基坑开挖维护结构采用了振动下沉预制混凝土护筒的方法，护简直径 l.6m，壁厚5cm，用30t振动锤打入地面下6m，护筒顶设置贝雷梁支撑，问时能作为挖掘机 走道。开挖采用步步为营的办法，从横向两侧向桥中线逐段推进，分为6m一段，边开挖边利用 3m桩和型钢支撑护筒底部，挖到设计标高后立即填砂垫层和浇筑混凝土垫层，再向前挖 下一段。该方法在饱和淤泥和细砂地质条件下，开挖深度达6m，而护筒维护结构仅耗用20# 混凝土260m‘，是相当经济的做法。
　　3.2 主塔及主梁施工
　　3.2.1 施工方法
　　主塔、主梁采用了现浇个段法施工，上塔除横梁分为两次浇筑外，塔身分为4.5m一个节 段施工，施工缝水平，采用水平施工缝虽然增大了模板加工难度，但对大斜度塔往采用泵送 混凝土是必要的；上梁除0#、l＃块及也跨尾段在支架上浇筑外，其余各节段均在挂篮上采用平衡伸臂法逐段悬浇施工，每节段长度6m，混凝土数量约15om‘。对于主梁施工，比较了边 跨在支架上提前浇筑，中跨逐段单悬臂现浇施工的方法。基于三个原因而否定了这种方法：
　　（1）支架费用较高，高于挂篮；
　　（2）始终是中跨控制主梁的施工工期；
　　（3）主梁线型需要预先确定，无法象在挂篮上那样可逐段调整。
　　3.2.2 施工工艺设备
　　主塔施工应用了施工塔吊、施工电梯及混凝土泵三种垂直运输设备。塔吊最大起重量为 160KN，为了保证宽桥主塔双主梁施工对塔吊吊装半径的需要及附着安全，塔吊布置于桥中 线；同时为尽量利用现有设备，电梯及混凝土泵均采用了二级接力运输方式，尤其是电梯采用了2台直爬电梯代替斜爬电梯，节省了设备投入成本。
　　主塔塔柱施工模板采用了翻模，翻模由4段高1.5m钢模板组成，每次施工完一节段翻上 下面3节，保留最上1节作为接口摸，模板分块考虑了一套模板可以用于下、巾、上各段塔 柱。为方便模板安装、钢筋绑扎等基本作业，根据下中上塔柱高度及施工特点，设置了塔柱施工脚手平台：
　　（1）下塔柱平台直接以土墩承台为基础，采用型钢竹木材料搭设；
　　（2）中塔柱则采用了自行设计的整体式轻型爬架，这种爬架利用一了架体自身横桥向尺寸和支点来增强架体抗倾覆稳定性，其架体由围绕塔柱的上、下两层水平空间衍架和两层行架 间联系格构柱组成。架体四面布置交承牛腿，支承于已浇塔柱预埋件上，架体自重、模板自重及其它施工荷载合力处于支点范围内。架体上根据需要设置了4层水平脚手平台，全部自 重22t，可以负担25t施工荷载，满足了大斜往塔往施工的特殊需要，该爬架可带着楼板一起爬升，亦可独立爬升后再提升模板；
　　（3）上塔柱为全塔唯一直立段，考虑日后往索和安装减振器的需要，采用了简易脚手平台，方法为在已完成塔县预埋了工字钢挑梁，再在挑梁上设踏板。
　　主塔横梁施工采用了重型支架，支架形式为粱支柱式。支架基础力士塔承台；承重梁采用贝雷梁；立柱则应用了 55cm高强预应力混凝土管拉，每六条一组靠柱箍和联结村形成格 构柱。选用这种立柱形式避免了钢立柱温升与混凝土塔柱温升有较入差值带来的问题，从而避免了支点的强迫位移现象，这对于保证横梁混凝土不出现早期开裂是重要的。
　　主梁0#、1#块及边跨尾段施工也采用了梁支柱式重型支架，支架材料同主塔横梁一样。
　　主梁104个6米长标准节段的悬臂现浇应用牵索挂篮，以保证能有效控制主梁施工内力和标高，该挂篮吸收和发展了国内已有的牵索挂篮技术，在技术上取得了下述成果： 久。
　　（l）研究设计了一种钢锚箱。该锚箱具有综合的功能，一方面作为拉索在主梁上的锚固槽口； 一方面充当拉索与挂篮临时联结结构，实现了空间牵索；同时它还作为梁上斜拉索套 筒的定位基座和挂篮顺桥向水平约束，既方便了梁上套筒定位，又能将牵索在挂篮上的水平分力传到已完成的主梁上。
　　（2）除挂篮自身可升降0.3m外，桥面板顶模及主梁的内侧模亦可升降2.2m.使横梁能与边主梁、桥面板整体浇筑，满足设计对桥面板应力的限制要求，而不防碍挂篮前移。
　　（3）挂篮宽度超过40m，37.7M 宽的节段包含横梁全断面一次浇筑。
　　边跨合拢段施工时，将边跨挂篮后退4.0M ，利用尾段现浇支架纵向接长，再利用吊带将支架悬臂端与主梁悬臂端相连，形成半吊支架，在半吊支架上立摸浇筑合拢段。
　　中跨合拢段施工利用中跨的一个挂篮完成，先拆除一倒挂篮，另一测挂篮前移，用吊带吊住该挂篮悬臂端后，拆除挂篮后节。该挂篮就成为靠自身C形构和吊带支承于合拢段两边 的简支平台，中跨合拢段即可在挂篮上浇筑。
　　3.2.3施工中稳定、内力及变形的控制措施
　　采用现浇节段法施工的桥梁，结构体系经过多次转换才形成最终的结构。施工时既要对桥梁结构的每一状态及每一荷载工况的稳定、内力及变形进行控制；又要满足设计对桥架结 构最终的几何尺寸和恒载内力状态的要求；同时注意施工结构本身的稳定性、内力和变形。这三者经常是互为联系和保障的。
　　番禺大桥大斜度塔柱施工。应用了劲性钢骨架、临时拉杆和临时撑杆三种手段作为施工中稳定、内力及变形的控制措施：
　　（l）劲性钢骨架在上、中、下塔柱中设置，主要用于抵抗当前浇筑节段钢筋和混凝土产生的倾覆力短，由于中塔柱的倾斜度，这种倾覆力短达到了14000kN？M
　　（2）临时拉杆在下塔往设置，共设置了3道，拉杆材料采用O32冷拉IV级钢筋，在主塔横梁施工完成前，卜塔柱作为悬臂梁受力，设置的拉杆用于控制下塔柱混凝土应力和塔柱变 形，横梁施工完成后，横梁与下塔拉形成门形刚架，此时才拆除拉杆。
　　（3）撑杆在中塔柱设置，共设置了7道，撑杆材料采用贝雷梁及新制桥架组合而成，在中上塔交汇段施工完成前，中塔柱作为悬臂梁受力，设置的撑杆一方面用于控制中塔混凝土 应力和塔柱变形，一方面可作为施工塔吊和电梯的附着结构，中上塔交汇段施工完成后，中塔柱形成三角形刚架，此时撑杆仅仅作为塔吊和电梯的附着结构。
　　塔柱施工完成时临时拉杆、撑杆中最终拉力或顶力需等于塔柱目重的水平分力，保证拆除拉、撑杆时塔柱的横向内力等于一次落架的内力，拉、撑杆安装时拉力或顶力需从塔柱施工完成状态用倒拆法求出。
　　主梁施工采用塔、梁临时固结措施来将梁体施工过程中的不平衡力矩传给主塔，处于对称悬臂施工过程中的塔、梁、索整体来看为外部静定结构，其倾覆稳定性完全依靠塔柱的强度来保障，所以在此阶段〔边跨合拢前）严格控制施工不平衡荷载和采用多种观测手段（如承台沉降和塔顶偏位）作为主要施工措施，并利用临时抗风缆索来保证抗风稳定性。
　　主梁施工中内力和变形控制由严格的施工控制工作来保证，对每一悬绕主梁节段，在浇筑前由施工控制小组提供挂篮的空篮立模标高和对应特定混凝土浇筑量的挂篮牵索索力，最初牵索索力到最终牵索索力均按限制的C形钩反力计算，在浇筑过程中，挂篮前端标高上下变化，但浇筑完毕最终牵索后挂篮标高与初牵索后浇筑前挂篮标高是一样的，即混凝土浇筑过程中牵索索力按“主梁标高不变”或“C形钩反力不变”的原则来确定。浇筑的节段达到 规定的强度张拉完成主梁预应力后，挂篮下降，牵索转换为直接锚固于混凝土主梁的正式拉索，此时对拉索进行最后一次张拉，该张拉力为经过参数修正按正装倒拆方法计算的张拉 力，理论上按此力张拉后就不再需要进行调索。
　　3.2．4施工中测量及定位方法
　　施工测量及定位主要制定了三个技术措施：其一是空间形体的主塔现浇节段立模位置放样；其二是主梁节段悬浇施工时挂篮的空间定位；其三是：空间斜拉索锚固套筒在主塔和主梁上的放样和定位措施。
　　（l）主塔为保证主塔倾斜度偏差不大于1/ 3000的设计要求，同时尽量做到施工便利，经过精度分 析，我们采用了极坐标直接放样方案，通过在工地建立高等级精密三角网，建立强制对中测站，采用高精度全站仪直接放样，既满足了设计要求，又避免了“大顶法”等其它方法的种种 不便之处。
　　（2）塔上套筒国塔上套筒定位要求非常严格，必须在两方面加强处理，一是在主梁0# 块上建立精度 较三角网更高的轴线控制网；二是将套简定位分解为几个单项，首先精确定位劲性骨架，然后精确计算套筒在骨架套筒定位底座上的位置，用轴线网投点分中，标记在骨架上，同时根 据计算在套筒相应位置上作标记，最终套筒定位变为使两标记重合的简单一工作。
　　（3）主梁施工挂篮及梁上套筒主梁施工时将整个节段测量放样和套筒定位工作合在一起进行、首先将套筒、模板与 挂篮固结，再以桥面上轴线网作为控制基础，用千斤顶对挂篮进行前后推拉、左右挤项、上下升降作为调整手段准确定位挂篮，亦同时完成了对挂篮上模板及套筒的定位，使工作程序减少而整体控制效果亦达到要求。
　　3．3拉索安装
　　拉索安装工作与采用的牵索挂篮施工方法相适应，拉索通过卷扬机从桥底向桥面拖拉，先在桥面放盘，然后拉索锚固端先与放在桥面的牵索钢锚箱连接好，牵索钢锚箱再通过高强螺栓与挂篮相连接。最后索的张拉端再通过卷扬机提升和千斤顶牵引连接到主塔上。
　　本桥拉索安装利用塔吊、卷扬机、探杆、软牵引设备及桥面汽车吊完成，与国内已有的平面索牵索挂篮挂索方法比较，因拉索与挂篮临时连接方法不同，拉索锚固端与挂篮连接时，不需要借助千斤顶设备及接长螺杆，而是转换为钢锚箱用高强螺栓与挂篮连接。
　　拉索初期作为挂篮牵索使用，它能将浇筑的部分混凝土重量直接传给主塔，减轻挂篮及已完成索、梁结构的负担，将施工过程中主梁负弯矩控制在许可范围内。拆除锚箱与挂篮连 接螺栓后，拉索才转换为梁、塔之间正式斜拉索。
　　4．加快进度的施工组织措施
　　番禺大桥斜拉桥为现浇的预应力混凝土结构，混凝土总的工程量见下表：本桥设计上是一个长工期的方案，但甲方对本 桥要求的工期非常紧迫，因此施工方案和施工 组织要考虑总的进度要求，争取工期的办法除 要求混凝土早强外；还需要考虑增多工作面，尽量开展一些可能的平行作业。由于本桥大尺 寸、大体积构件较多，片面要求混凝土早强易 带来水化热的副作用，所以本桥施工时比较重 视施工中平行作业组织，具体采取了以下措施：
　　（1）水上主塔基础施工时， 3.0m钻孔桩施工与钢板桩围堰平行作业，采用将钻孔桩 平台改造为围堰内支撑的技术措施为这种平行作业提供了可能性，实际施工时，围堰与钻孔 桩几乎同期完成，争取了大量时间。
　　（2）岸上主塔基坑围护结构施工与 3.0M钻孔桩平行作业，在 3.0 m钻孔桩完成部分 后，即进行护简预制、沉放工作、钻孔桩完成后，基坑即可开挖。
　　（3） 3.0m桩质量事故处理与承台施工平行作业，在对水上 3.0 m桩补强措施充分论 证肯定的条件下，一方面进行 3.0 m桩抽芯及缺陷部位的压装修补， 一方面浇筑承台，在承台上对应缺陷桩位处预留后浇部分，补桩验收通过后，再浇筑承台上预留部分，使得承台施 工未因桩身补强而拖延。
　　（4）下塔柱与主塔横梁支架模板工作平行作业，该项只要注意下塔柱施工脚架与横梁支架布置上统筹布局即可实施。
　　（5）中塔柱施工与主梁0＃、 l＃块支架现浇施工平行作业。
　　（6）挂篮组拼与拆除主梁0＃、l＃块支架及主塔横梁管桩支架工作平行作业，这些管桩支架防碍挂蓝在提升位置上拼装，如等待支架拆除后再拼挂篮，将延误15天工期。我们在 不妨碍拆除管桩支架的位置搭设了贝雷梁支架，挂篮在贝雷梁支架上拼装，等管桩支架拆除完成后，再依靠贝雷梁支架上的轨道平车顺桥向平移挂篮至垂直提升位置。
　　（7）塔冠施工与主梁悬浇平行作业。
　　（8）利用主梁养护期，完成放索及拉索与锚箱连接工作，挂篮走行到位后，即可将锚箱同挂篮相连，节省了挂索时间。 在采取上述平行作业措施时必须进行充分准备，除技术措施外还采取了必要的安全管理 措施。
　　5．结束语
　　作为预应力混凝土斜拉桥，番禺大桥跨度居全国第五，宽度居全国首位，建筑面积达到 26465.4平方米，需在3年内建成通车，其施工任务相当艰巨。目前该桥正在进行主梁悬浇工作， 每节段施工周期约8-10天。