斜拉橋塔梁錯步並進施工工法

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》是貴州省公路工程集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是黃凡、靳如平、趙欽、伍祖濤、周大慶。適用於體系較為複雜，且施工工期較緊的斜拉橋施工。

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》主要的工法特點是先施工主塔，後施工主梁，塔梁施工相互分離。

2011年9月，《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：斜拉橋塔梁錯步並進施工工法
• 工法編號：GJEJGF259-2010
• 完成單位：貴州省公路工程集團有限公司
• 主要完成人：黃凡、靳如平、趙欽、伍祖濤、周大慶
• 套用實例：汕昆高速公路貴州境板壩至江底段馬嶺河特大橋
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的形成原因是：

在交通建設中，斜拉橋是一種跨度大、結構美觀的橋型，但橋樑結構及體系複雜，施工難度大，施工周期長。其常規施工方法都是先施工主塔，然後施工梁體，這種方法施工技術比較成熟。

馬嶺河特大橋工程是汕昆高速公路貴州境板壩至江底段的重要控制性工程，主橋為155米+360米+155米的雙塔斜拉橋，主塔為鑽石形結構，最高192.075米。8號墩主塔的下塔比9號墩主塔的下塔高30米，8號墩主塔與9號墩主塔分屬兩個施工契約段，施工中要保證兩岸梁體的同步對稱進行，以達到理想的成橋狀態，有效的控制橋樑體系內力。由於8號墩主塔下塔高30米，要保證橋樑上構梁體同步對稱施工，順利合攏，必須加快8號墩塔的施工進度，但若按常規的方法施工是無法達到的，需尋求新的施工方法或工藝。為此，貴州省公路工程集團有限公司構想是否可以進行主塔和梁體的同步施工來解決，但由於A型塔塔梁錯步並進的施工，作為一種新的施工方法，沒有可以借鑑的經驗。最後通過分析，進行各種工況組合模擬計算。以馬嶺河特大橋作為依託工程，對該工藝進行研究，並進行工法開發。將研究成果用於馬嶺河特大橋的施工，經監控及最終的成橋狀態，效果很好，達到了設計的理想狀態。

工法特點

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的工法特點是：

斜拉橋常規的施工方法是先施工主塔，後施工主梁，塔梁施工相互分離的施工方法。而塔梁錯步並進施工工法是在主塔沒有施工完成以前，就開始主梁節段的懸臂施工，塔梁施工相互交融，在此過程中同時進行斜拉索的掛索及張拉。塔梁錯步並進施工是通過對施工過程的數據採集和最佳化控制，在施工中及時把握現在，推算未來，避免施工差錯，儘可能減少索力調整工作量，縮短工期，節省投資。

操作原理

適用範圍

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》適用於體系較為複雜，且施工工期較緊的斜拉橋施工。主要適用於主塔最後幾個節段與主梁全面節段的同步施工。

工藝原理

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.塔梁錯步並進工況組合施工時間

塔梁錯步並進施工的工藝原理，其塔和梁的施工與常規的施工方法相同，主要是塔和梁並進施工部分的工況組合，如何進行塔梁錯步並進施工的工況組合是工法的關鍵點，經模型仿真分析，該工法的塔梁組合工況為：8號主塔上塔柱38-43號節段（如圖1）與主梁2~9號節段的組合施工，這種組合主要是從力學原理進行，組合施工時間如表1。

圖1 塔梁錯步並進塔的施工區域

2.工況組合及計算模型

塔梁錯步並進組合施工主要是對塔的內力進行仿真分析，將內力控制在設計容許範圍內，控制塔梁的變位，確保塔梁最終的成橋線形達到理想的狀態。經反覆組合仿真分析，比較理想的塔梁錯步並進工況組合如下：

工況一：主塔施工至上橫樑完成，主梁施工至1號塊，Al、B1斜拉索張拉。

工況二：主塔施工至38號塊，主梁施工2號施工完成，A2、B2斜拉索完成第三次張拉。

工況三：主塔38號塊完成，主梁施工至3號塊，A3、B3斜拉索第一次張拉。

工況四：主塔施工至39號塊，主梁施工完成3號塊，A3、B3斜拉索完成第三次張拉。

工況五：主塔39號段完成，主梁施工至4號塊，A4、B4斜拉索第一次張拉。

工況六：主塔施工至40號塊，主梁施工完成4號塊、5號塊，A4、B4、A5、B5斜拉索完成第三次張拉。同時施加第四道撐桿及主動撐力800千牛。

工況七：主塔施完40號塊，主梁施工至6號塊。

工況八：主塔施工至41號塊，主梁施工完成6號、7號塊，A6、B6、A7、B7斜拉索張拉。

工況九：主塔施工完成41號塊，主梁施工至8號塊，A8、B8斜拉索第一次張拉。

工況十：主塔施工至42號塊，主梁施工完8號塊，A8、B8斜拉索完成第三次張拉。工況十一：主塔施工完42號塊，主梁施工至9號塊，A9、B9第一次張拉。

工況十二：主塔施工至43號塊，主梁施工完9號塊，A9、B9第三次張拉。

塔梁錯步並進施工時各工況仿真計算模型如圖2-圖13所示。

3.斜拉橋作為大跨度高次超靜定結構，所採用的施工方法、材料性能、澆築程式、立模標高以及斜拉橋的安裝索力等都直接影響成橋的線形與內力，且施工現狀與設計的假定總會存在差異。為了確保主橋在施工過程中結構受力和變形始終處於安全的範圍內，且成橋後的主梁線形符合設計要求，結構恆載內力狀態接近設計期望，在主橋施工過程中必須進行嚴格的施工控制。

施工工藝

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

工藝流程

塔梁錯步並進施工工藝流程圖如圖14。

圖14 施工工藝流程圖

操作要點

1.塔的沉降觀測

根據全橋施工監控布置的橋塔沉降觀測控制網進行觀測，獲取節段施工控制的基礎數據。

2.塔的施工測量監測

在塔梁錯步並進施工過程中，對關鍵工序進行監督、控制。例如：立模、模板在澆築混凝土時的變異、各段混凝土的就位情況（包括中線、各主要部位坐標）等等。

3.梁節段施工過程中，塔的變位測量

在塔梁錯步並進施工過程中，要隨時觀測塔的彎曲變形、扭轉變形、溫度效應、日照偏位等。

根據主塔的施工工序，該階段對主塔的應力測量，主要以觀測為主，掌握其應力狀態及其變化，同時為後續主梁施工的某些參數做準備。

• 主梁懸臂施工階段

主梁懸臂施工階段的測量工作較為繁雜，為了確保監控結果能夠準確、快速的指導施工，施工、監理和監控3家單位組成聯合測量小組。主梁施工過程中主要是對索力、截面應力（應變）進行施工監控。主梁採用懸臂澆築，每一個梁段作為一個階段，每一個階段又分為不同的工況。主梁施工混凝土的方量要精確控制，混凝土體積超量在斜拉橋施工中是大忌，除了按體積控制外，還應增加重量控制措施。中跨與邊跨要對稱施工，澆築不平衡重量一般不允許超過10噸，按此要求控制澆完一側之後就不受此限制。

1.掛籃立模定位

根據施工監控數據，確定掛籃立模標高並進行掛籃定位，主要控制要點：

主梁標高控制：1）測控時必須確保空掛籃處於懸臂支承狀態，並且不能掛索，也不能有鋼筋或施工荷載在掛籃上。2）檢測時間應避開局部溫差影響，選擇在一天中結構內溫度場最均勻的時間檢測。

立模控制：立模標高誤差要求小於±5毫米。立模標高的調整應在溫度較恆定時段進行，此時節段標高受溫度影響變化較小，最佳時段為每日00:00至日出前。斜拉索掛索前，當實測立模標高與設計標高誤差大於±5毫米時，應及時在現場施工中用千斤頂進行調整。在調整過程中隨時用水準儀觀測標高，將其控制在誤差範圍以內。

2.斜拉索第一次張拉

斜拉索的張拉分為三個階段。斜拉索第一次張拉在立模標高初步調整後進行，主要控制要點，主梁標高及索力。

控制要求：1）斜拉索第一次張拉時，確保主梁除必要施工人員及設備之外無其他外力影響；2）以標高控制為主，索力誤差按中間索力要求控制，掛籃上底模標高誤差控制在±3厘米以內，注意溫度影響的修正或者迴避日照溫差影響。

斜拉索的張拉與調整立模標高一樣，應在溫度較恆定時段進行，此時節段標高受溫度影響變化較小，最佳時段為每H00：00至日出前。斜拉索第一次張拉完成後，用水準儀對主梁標高進行測量，將實際測量數據與設計對比。當誤差大於控制範圍時，需在施工中，通過塔柱端千斤頂的頂升，增加或減少斜拉索的應力，從而將主梁的實際標高控制在誤差範圍之內。

3.斜拉索第二次張拉

當混凝土澆築50%後，斜拉索進行第二次張拉。張拉完成後，由監控小組進行測試，控制要點及要求同第一次張拉。

在張拉過程中，施工現場需安排工作員在主梁及塔柱的斜拉索錨固部位同步觀察，注意張拉過程中錨固部位的響動以及是否產生形變，如有異常，必須及時停止對斜拉索施加外力，在確保主梁及斜拉索正常工作後，方可繼續施工。

4.澆完混凝土

主梁混凝土的澆築與常規施工方法相同，主要監控主梁標高及塔頂偏位。控制要點：應儘量減小溫度影響；以標高和索力雙控，標高誤差控制在士3厘米，索力誤差按中間索力要求校核。

在混凝土澆築完成之後，主梁標高主要以觀測為主，由施工進行監控採集數據，通過實測數據的分析為斜拉索的第三次張拉作準備。

5.主梁預應力張拉和斜拉索錨點轉換

按照設計及相關規範要求進行，選擇特殊梁段對混凝土應力應變進行測試。

6.斜拉索第三次張拉

當混凝土達到設計強度，索力轉換，即將斜拉索主梁端錨點由掛籃轉移到混凝土之後，斜拉索進行第三次張拉。主要控制要點有：主梁標高、索力、塔頂偏位、控制截面應力應變。

控制要求：迴避溫度影響，主梁標高和索力以及塔頂偏位在張拉前後各測一次，標高和索力雙控，當前梁段標高誤差小於±3厘米，索力誤差按控制索力張拉要求控制。

斜拉索第三次張拉時，溫度與實際施工的要求與二張一致，張拉過程中仍然要對斜拉索的錨固端進行同步觀察，如有異常，應及時停止對斜拉索施加外力，待確保斜拉索的受力正常後方可繼續施工。利用千斤頂將索力調整在誤差允許範圍內即可。

• 數據分析與檢驗，準備進入下節段施工

一個梁段完成後，由控制方匯集所有的觀測資料，由施工控制工作小組下達下一梁段施工控制指令表，並對上一梁段的控制情況作簡要評述。將掛籃前移，準備進入下一節段的施工。

斜拉橋塔梁錯步並進施工完成後進行一次施工控制小結，對有關設計參數作一次系統調整。

材料設備

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的主要材料與設備見表2。

表2 材料設備配置表

序號	材料設備名稱	單位	數量	使用部位	備註
1	掛藍	個	2	主梁懸臂澆築	承載力540噸
2	JS750混凝土拌合設備	套	1	主橋混凝土	╱
3	JS350混凝土拌合設備	套	1	主橋混凝土備用	╱
4	高壓輸送泵	台	1	主橋混凝土	最高270米
5	高壓輸送泵	台	1	主橋混凝土	最高170米
6	塔吊6020	台	2	主橋混凝土	╱
7	鋼絞線15.24	噸	103	主橋混凝土	╱
8	斜拉索	噸	704	主橋混凝土	╱

註：表中所列設備及材料，如果使用傳統的常規方法同樣需要使用，而使用該工法沒有增加其他設備和材料。

質量控制

執行標準

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》必須遵照執行下列標準、規範：

1.《馬嶺河特大橋第一契約段契約檔案》。

2.《公路橋涵施工技術規範》。

3.《公路工程質量檢驗評定標準》JTGF 80/l-2004。

4.《公路工程施工安全技術規程》。

5.項目涉及的相關規範、規程及標準。

—般要求

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的質量控制要求如下：

1.建立質量責任制。設定專職質量管理人員，由項目總工全面負責質量管理，班組設兼職質量員，明確各級責任。分項施工的現場應實行標示牌管理，標明作業內容和質量要求，要認真執行三檢制度，即：自檢、互檢、工序交接檢驗制度，根據契約及有關的技術標準的規定切實做好隱蔽工程的檢查工作。

2.加強對現場施工人員的質量教育，強化質量意識，開工前做好技術交底，進行應知應會教育，嚴格執行規範，嚴格按規程操作。

3.加強質量監控，確保規範規定的檢驗、抽檢頻率，現場質檢的原始資料必須真實、準確、可靠，不得追記，重要的隱蔽工程覆蓋前應進行攝像或照相併保存現場記錄。

4.完善檢驗手段，根據項目及契約要求建立滿足現場檢驗要求的工地實驗室，配備足夠檢測和試驗儀器、儀表，並應及時檢校確保精度。嚴格原材料檢驗程式，不合格材料嚴禁用於該工程。

5.建立質量獎罰制度，對質量事故要嚴肅處理，堅持三不放過：事故原因不明不放過，不分清責任不放過，沒有改進措施不放過。

過程控制

1.組織經驗豐富的測設隊伍，與監理及監控人員組成測控小組，負責大橋的施工測量及監控，及時收集有關監控數據，作為模擬分析及控制的依據。

2.塔梁錯步並進施工中，要組織好塔梁的施工，減小相互的施工干擾，確保塔梁施工順利進行。

3.塔梁錯步並進施工中，及時做好施工監控、監測，收集數據，以便進行工況組合分析，保證塔梁錯步並進施工的安全和質量。

4.隨時檢校模板尺寸及位置，確保結構混凝土的澆築質量。在澆築過程中，做到全程控制。在預應力鋼束（鋼絞線）的張拉過程中，從材料、施工方法，各種控制指標的收集、試驗數據、事故原因分析等作好記錄，同時，嚴格按規範規定的張拉程式操作。

5.工序控制要求：主梁掛籃及模板應由專業廠家生產，模板採用大塊定型鋼模板；控制好鋼筋的保護層厚度，為避免鋼筋骨架露天擺放時間過長而鏽蝕，應加快施工進度，儘量縮短鋼筋綁紮後模板安裝到混凝土澆築的時間間隔。節段兩端的鋼筋採用定型的梳子板，確保預埋鋼筋間距及保護層的準確距離。

6.混凝土外觀質量控制

1）嚴格控制砂石材料的質量，生產碎石的石料必須是新鮮的岩石，石料抗壓強度大於110兆帕，碎石用反擊式碎石機加工，用振動篩嚴格篩分成各種規格尺寸的碎石，細砂要特別注意含泥量和含粉量，要選擇新鮮的抗壓強度較高的岩石。混凝土的拌制根據試驗確定的配合比，並結合現場材料現狀進行及時調整。

2）模板安裝牢固平順，特別注意模板的平整度、相鄰模板的接縫高差，使用光潔平整的大塊鋼模，澆築混凝土前必須對模板塗脫模劑。

3）橋樑墩台採用廠制定型整體鋼模，澆築混凝土時均勻分層進行，搗固密實，混凝土外層振搗到位，嚴格控制混凝土的均勻性和坍落度。

4）模板內的雜物，積水和鋼筋上的污垢應及時清理乾淨。

5）搭設施工平台時，平台與模板分離，不許相接觸，不允許任何設備撞擊。

6）施工縫的處理得當。在混凝土的養護過程中，應避免物體對混凝土表面的碰撞及損害。

安全措施

採用《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.成立安全領導小組，由項目經理擔任組長，全面負責項目施工技術安全，按照項目及公司的安全管理辦法執行管理。設立安全值班辦公室，安全應急車輛，確保24小時均有人員值班及車輛調用。

2.嚴格執行國家頒發的《建築施工安全技術規範》及《公路工程施工安全技術規程》。

3.電焊作業應嚴格遵守施工現場用電安全技術規範。

4.施工現場臨時電線線路必須符合建設部頒發的《施工臨時用電安全技術規範》JGJ 46-88的要求，嚴禁任意拉線接電。

5.配電系統按施工組織設計要求設總配電箱、分配電箱、開關箱，實行分級配電。開關箱內必須裝設漏電保護器，漏電保護器應符合《漏電電流動作保護器（剩餘電流動作保護器）》GB6829-86標準的要求。嚴禁亂拉亂接，高壓配電處設定明確標誌，防止觸電事故。配電盤要防止雨淋日曬。

6.用電管理，所有接線全部通過專業電工，全部採用皮線，所有接線板全部上鎖，並設防雨裝置，配置發電機，以備隨時啟用。

7.按照施工總平面設定臨時設施，嚴禁侵占場內道路及安全防護等設施，同時應符合防火、防塵、防爆、防洪、防雷電等安全規定和文明施工的要求。

8.機械操作人員、電工等專業工種，必須按《特種作業人員安全技術考核管理規定》GB 5036-85經過技術培訓，考試合格，發給操作證後方可單獨作業，嚴禁無證操作。

9.配置2個專職安全員，4個兼職安全員，除平時檢查外，每旬組織一次專項檢查，每月作一次全面檢查。

10.加強安全教育，安全技術交底，作好安全應急預案並進行演練。

11.所有進場人員均戴安全帽，高空及架子作業人員必須系安全帶。

12.編制塔梁錯步並進安全技術方案，對各層安全操作平台作結構驗算，塔梁錯步並進較差作業要組織好。

13.對主塔採取封閉措施，全部採用內爬梯；

14.採用多層防護平台立體防護方式，液壓爬模本身有三層安全防護平台，利用上橫樑的下方的貝雷梁剛性支架設一層防護平台，在0號塊主梁再設一個人員行走安全通道，安全通道採用鋼管搭設而成，高2米，寬1.5米，頂部採用5毫米厚鋼板鋪設，側面採用安全網封閉，在通過進出口設立安全警戒線，並設專人值班。

15.定期清理各層平台上的雜物，所有雜物全部採用塔吊吊放，小件物品採用鐵桶裝好之後再吊放。

16.針對塔梁錯步並進施工時，採用同一個班組，便於統一節奏，在主塔上橫樑下方用4205木方滿鋪，並在木方下面用安全網封閉，形成第一層安全防護平台。

17.在主梁與主塔交叉處設人員安全通道，安全通道高2米，採用厚5毫米鋼板鋪設而成，形成第二級防護。

18.塔柱高空吊裝重物時形成警戒線，不允許任何人穿越下方。

19.掛籃前移檢查掛鈎到位，所有與主梁的連線件是否取下；牽引千斤頂是否到位，已澆梁段前端的安全圍欄必須全部牢固可靠；掛籃的所有操作平台全部滿鋪鋼板網，在鋼板網上再鋪一層0.3毫米的鐵皮，隨時清理雜物，並用手推車運至塔吊下方吊放地面上。確保任何時候無任何雜物落入掛籃下方。

20.人員上下除使用施工電梯外，另配旋轉爬梯作緊急安全通道，爬梯的平台必須通過結構驗算，焊接質量組織專項驗收，爬梯全部用密目網封閉。

環保措施

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的環保措施如下：

1.拌合設備應進行密封，或採用防塵設備降低粉塵，施工通道、混凝土拌合站應進行灑水降塵處理，防止粉塵對周圍環境及大氣的污染。降低施工噪聲，減小對周圍居民的干擾。

2.設定污水處理池，施工及生活廢水，經處理達到排放標準後，才能排放，或用於灑水降塵，循環使用，節約資源降低成本。

3.清洗砂、碎石的污水經過沉澱池兩次沉澱後再排出，或用於灑水降塵。

4.施工垃圾，運到指定的地方進行填埋，生活垃圾運到指定地方後撒石灰消毒後在進行處理，垃圾填埋場不能設定在水源附近，以免對水體造成污染。

5.高空施工中的廢鋼材、廢混凝土不能從高空拋下，應集中後採用塔吊調運，以免對周圍環境造成污染。

6.塔梁錯步並進施工中，嚴禁重力敲打鋼模、鋼材等，以免產生的噪聲影響環境，造成噪聲污染。

效益分析

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的效益分析是：

在套用實例項目中由於一契約段8號主塔下塔墩比二契約段9號主塔高30米等綜合因素，導致8號主塔與9號主塔進度不均衡，而塔梁錯步並進主要集中在上橫樑施工結束，上塔柱還有16米未施工完成期間，主梁第二節段~第九節段並進施工。採用塔梁錯步並進施工工法後節約工期70天。

通過採用塔梁錯步並進施工工法後縮短了工期，節約了承包人的間接費用，同時減少了監理費用、監控費用及中心實驗室費用。效益計算如下：

承包人的間接費用為8萬元/天，總計節約70天x8=560萬元。

監理費用、監控費用及中心實驗室費用節約為：2.33月x30萬元/月=70萬元。

採用塔梁錯步並進施工投入的科研費用70萬元。

因使用該工法增加的安全防護投入20萬元。

總計節約成本560+70-70-20=540萬元。

直接經濟效益相當顯著。另外由於提前通車，項目提前投入使用，提前產生效益，其經濟效益沒有估算。對地方的經濟發展具有較大的促進，具有明顯的社會效益。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》的套用實例如下：

汕昆高速公路貴州境板壩至江底段馬嶺河特大橋，是路線的重要組成部分，也是項目的控制性工程。同時由於原進入興義市幹線中原馬嶺河大橋服務年限很久，不能滿足興義市發展的需要。汕昆高速公路馬嶺河特大橋提前開工，提前投入使用，也解決了興義市的發展問題。提前投入使用對當地的社會經濟具有較大貢獻。

馬嶺河特大橋左幅全長1386米，右幅全長1367.5米，是貴州省內第一座也是最大一座三跨預應力混凝土雙塔雙索麵斜拉橋［主橋為（155+360+155米），引橋採用40米x1跨+50米x13跨的預製預應力混凝土，先簡支後剛構體系T形梁］。橋以跨中為界，分為1、2兩個契約段，其中第1契約段，起訖樁號為K11+220-K12+053.5，全長833.5米。其主塔與主梁採用該工法施工，縮短工期，質量保證、施工安全，已提前建成通車。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《斜拉橋塔梁錯步並進施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。