桥梁工程中矮塔斜拉桥的施工技术

桥梁工程中矮塔斜拉桥的施工技术
张玉峰（天津300000）
【摘要】随着市政大桥的技术不断发展，新型技术层出不穷，不断推进着我国桥梁工程质量向前发展。

在桥梁建设工程不断发展的今天，为了针对大跨度河流桥梁制造的困难，工作人员采取了矮塔斜拉桥的施工技术。

本文针对矮塔斜拉桥施工技术进行简单介绍，有效降低了塔身高度，使塔身建造成本材料能够得到控制，同时能够更为合理地分担大桥在日常使用中的应力分配，使大桥在正常使用过程中能够更加稳定，其使用寿命也能更加贴近设计使用寿命，希望可为相关从业人员在未来的工作过程中提供借鉴。

【关键词】大跨度桥梁；矮塔斜拉；施工技术
【中图分类号】U448.27【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2018）06-0223-02
1矮塔斜拉桥概念介绍
所谓的矮塔斜拉桥,是指一种介于斜拉桥和连续桥之间的斜拉组合体系桥,其具有塔矮、梁刚、索集中的特点,在矮塔斜拉桥中,主梁的刚度要求较大,也是整个桥梁的主要承重构件,斜拉索对梁起加劲,调整受力作用。

斜拉索的恒载索力占总索力比例较大,斜拉索的应力变幅程度较小,所以在正常使用过程中不会出现特别明显的疲劳问题,在进行工程材料和工程技术的选择时,对于斜拉索要求与其他部件相比较低,通过控制斜拉索部分的材料和工艺,施工单位可以对工程造价进行有效控制。

矮塔斜拉桥和连续梁相比,其跨越能力更大,施工较为简单,而且施工成本投入容易控制,经济性较强。

和斜拉桥相比施工简单,材料较少,主梁的刚度较大,在未来的市政道桥施工过程中,矮塔斜拉桥具有非常大的发展空间。

2矮塔斜拉桥特点
(1)塔高与其他类型桥梁相比较为低矮,拉锁的倾角较小,拉索可以为主梁提供更大的轴向力,拉索尽可能地密集从塔顶鞍部上通过锚固与主梁进行锚固,这样的设计能够尽可能减少其他拉线的材料,并且使受力结构分配更加明确,方便设计人员在此基础上,对具体的材料应用和工艺技术进行选择。

(2)以梁作为桥梁的主要部分,拉索作为桥梁的辅助部分,在该类型的桥梁设计中,其梁体的高度一般为同样跨度长桥梁的一半左右,与同样跨度长度的斜拉桥相比,能够达到其2倍左右的长度,该类型桥梁的梁高和跨度之间的比值较大,一般情况下都在30/1左右,在桥梁的受力方面,主梁可以承受整个桥梁70%以上的荷载,而对应的斜拉索只负责剩余30%的荷载,通过合理分配荷载,能够使大桥在正常工作时稳定性更佳,同时有利于荷载能力稍弱的地区,不会在正常使用过程中受到突然激增的荷载,造成结构损坏或应力失衡。

(3)主梁无索区与一般的桥梁类型相比更长,有较明显的无索区段在渠道内部设置任何的端锚索。

该类型桥的边口和出口之间的比值为0.5左右,类似于连续梁。

工作人员为了充分发挥矮塔的高度,拉索呈扇形进行布置,而且中心布置较为集中,通常布置在边框和中跨1/3处,根据已经建成的矮塔斜拉桥施工经验,工作人员一般是将索鞍鞍座采用双套管结构,拉索屹立的便服程度一般为斜拉桥的30%左右,在施工过程和桥面合龙后,不需要再对拉索的索力进行后续调整,可直接投入使用。

该类型桥的跨界一般选择在100~200m之间,如果由于特殊情况需要采用复合梁时,其跨径能够达到300m[1]。

3矮塔斜拉桥的受力特点
索塔将斜拉索索力按一定的比例在主梁的水平位置和垂直位置进行分配,当主梁的刚度较大时,可以通过降低塔高的操作,来减少施工成本的投入,通过减少塔高能够有效地提高水平分力,为主梁的平衡起到积极作用,同时还可以解决由于主梁体内预应力不足导致的结构失衡问题。

矮塔斜拉桥索塔的主要作用是通过分配斜拉索的索力,实现整个结构的平衡,对整体性能和结构分力进行改善。

索塔对于索力的分配作用和自身的高度有关,同时还与索力大小有关。

预应力、拉索、钢筋用量,高度之间都有互相影响的作用,在工程设计阶段,设计师们要根据各个类型的影响因素对整个桥面内部结构和受
力情况进行平衡,保证桥体在正常使用过程中能够科学地分担各部
分的荷载情况,达到桥面受力均匀的目的,从而能够确保桥面使用寿
命达到原设计标准。

在进行各类型因素的取舍中,如果斜拉索桥的索
塔高度较高,可以通过减少拉索用量对其进行平衡。

总之,在一定范
围内,设计师们可以根据对各种类型的作用进行平衡,使整个内部结
构达到一种动态平衡的状态。

通过索塔优化调整塔高降低对结构的
负面影响,对整个桥梁设计和内部稳定都有非常重要的作用。

同时在
实际操作过程中降低索塔高度,能够有效地降低施工成本投入,对于
工期控制和成本控制都有积极的作用。

4矮塔斜拉桥锚固特点
在分析比对矮塔斜拉桥保护特点时,工作人员常常将常规斜拉
桥和矮塔斜拉桥的塔索结构进行对比,上述两种桥型的索塔在一般
的施工过程中会分为两种方式,一种方式为拉索直接锚固在索塔上,
另一种方式是拉索贯穿索塔直接与桥塔的另一侧主梁进行锚固,矮
塔斜拉桥,在目前的工程应用中,主要是利用索鞍式构造,并且分丝
管索鞍在不断的工程实践和设计优化中,其内部结构设计逐渐成熟,
在未来还有更大的发展空间,能够在桥梁的使用过程中为桥梁的平
衡起到更大的作用。

(1)矮塔斜拉桥的拉索锚固方式与普通斜拉桥具有一定的差别,
其区别主要为矮塔斜拉桥主要采用的是分层式鞍座锚固,这样的构
造分为双套管索鞍结构和分丝管索鞍结构,但是也存在少数的矮塔
斜拉桥在构造中选择交叉式锚固,因为这样的锚固方式,使受力分配
更加复杂,不便于设计人员对结构进行应力分配,同时也会增加施工
成本和材料投入,不利于控制成本造价[2]。

(2)分丝管索鞍结构和双套管索鞍结构相比,前者可以解决后者
存在的索鞍下部和混凝土接触应力过大,穿索困难,钢绞线相互挤
压,工作人员无法检查防腐效果等问题,在目前的建设大桥工程中,
前者的发展更为成熟,应用范围更加广泛。

但是由于后者的施工技
术,在施工时间的控制上更具优势,所以在部分地区进行市政桥梁工
程建设时,施工单位仍然会选择双套管索铵结构。

(3)近几年随着基础的材料研究取得了突破,更多新形式材料应
用在了桥梁建设过程中,为工程设计人员在设计新的工艺技术时提
供了物质基础。

矮塔斜拉索跨径不断地增长,索塔具有足够的锚固空
间,钢索箱等常规斜拉桥锚固方式,逐步应用到矮塔斜拉桥体系中。

5矮塔斜拉桥在未来的发展趋势
从目前矮塔斜拉桥的发展趋势分析,高塔型矮塔斜拉桥将会是
矮塔斜拉桥未来发展过程中的一个类型,其构造不但保留了矮塔斜
拉桥桥斜拉索高利用率的特点,随着斜拉索水平倾角的增加,其还能
够有效提高其拉索的竖向荷载分担率,为整个结构的受力均匀提供
更多的支持,在结构设计中可以降低主梁的高度,从而降低主梁制造
所需投入的材料,减少主梁在地震环境中地震荷载的效应。

波形钢腹板矮塔斜拉桥:波形钢腹板由于不承受纵桥向的轴力,
由于整个的轴力全部集中在顶底板,波形钢腹板主要受弯矩和扭矩
产生的剪应力影响,在相同跨径的预应力箱梁的对比中,波形钢腹板
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在箱梁质量上可以减轻25%,波形钢腹板预应力箱梁从出现到推广只经历了很短的时间,所以未来其在我国的道桥建设过程中还会有非常大的发展空间,目前利用该技术进行大规模桥梁制作的国家主要为日本和法国。

6钢一混凝土混合主梁矮塔斜拉桥
对于钢一混凝土混合主梁矮塔斜拉桥,该桥梁类型具有跨度大、边跨预应力混凝土梁总体提高桥梁刚度、可减少拉索疲劳、抗风性较强、建筑美观能够得以改善、主塔和边跨域应力混凝土梁能够同时施工等优点。

7结束语
综上所述,受到我国社会经济高速发展的影响,我国的市政道桥工程也得到了广泛的发展,各地区为了提高当地市场经济和道路交通运输能力,都进行了市政道桥的新建工程,在这一发展大潮中,市政桥梁需要适应更多的复杂环境和苛刻条件,随着新技术、新工艺、新材料的层出不穷,不断充实着市政道桥行业的发展实力,桥梁工程类型受地、环境、工艺等因素的影响也在高速的发展中,随着结构类型开始细分,各桥梁类型得到了高速的发展和验证,未来矮塔斜拉桥还会有更好的发展。

参考文献
[1]王儒飞.基于不同施工顺序的矮塔斜拉桥施工监控研究分析[D].重
庆:重庆交通大学,2016.
[2]王勇.怀邵衡铁路矮塔斜拉桥斜拉索施工技术研究[J].铁道建筑技术,2017(08):32~36.
收稿日期：2018-5-20
作者简介：张玉峰(1979-),男,湖北天门人,工程师,本科,从事桥梁施工技术工作。

钻孔嵌岩植桩在钢栈桥管桩施工中的应用邵荣伟（福建路信交通建设监理有限公司，福建福州350001）
【摘要】福州市道庆洲过江通道工程是福州第一座公轨两用桥，跨江主桥变高度钢桁梁结构亦是全国首创。

跨越乌龙江长乐侧浅覆盖层、裸岩及抛石段栈桥钢管桩无法采用常规“钓鱼法”振动下沉，结合工程受潮汐影响、水流速度大、栈桥及钢平台建成后壅水影响大等实际情况，裸岩段采用钻孔嵌岩植桩技术，抛石段采用冲击成孔+振动下沉工艺，既缩短了工期，节约了造价，也通过实际使用验证栈桥稳定性满足要求。

【中图分类号】U445.55+1【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2018）06-0224-02
1工程概况
福州市道庆洲过江通道工程是福州与长乐又一新通道,项目全长6.82km,公轨共建桥梁总长4.4km,造价约28个亿,其中跨江大桥是福州第一座公轨两用桥,主跨(115+276+115)m变高度钢桁结合梁结构亦是全国首创。

1.1栈桥概况
钢栈桥起点桩号K1+644,终点桩号K3+580,栈桥全长1936m,采用钢管桩+型钢+贝雷梁+组合桥面板[1]常规结构形式。

临近南岸长乐一侧工程受潮汐影响、水道杂乱纵横、水流速度大、栈桥及钢平台建成后壅水影响大,栈桥面标高+9.00m(贝雷梁底标高与乌龙江河堤顶相同)。

其中,南岸长乐侧裸岩区K3+360~K3+580主栈桥、支栈桥、钢平台总计225根,其中主栈桥为48m。

1.2地质条件
桥址区域覆盖层主要为第四系全新统冲海积流塑状淤泥质土、中密状中砂及可塑性黏性土为主,覆盖层厚度17~63m,总的趋势大致呈河谷、沙洲较深,岸边较浅;低山丘陵地貌覆盖层主要以坡残积黏性土为主,厚度小于6m。

水域段大部为燕山早期侵入岩,近长乐岸水域及长乐岸大部基岩为燕山晚期侵入的黑云母斜长花岗岩、花岗闪长岩等。

1.3水文及潮流条件
道庆洲跨江桥位于闽江、乌龙江、马江三江交汇处且临近入海口,本区段受闽江入海口半日潮汐影响,水流变化复杂,水流属往复流,落潮时水流方向为由西向东,涨潮时变为由东向西,最大流速3m/s 并有回流和紊流。

桥址处受三江河水及潮汐影响显著,特别是洪水期上游漂浮物众多,栈桥阻水面积也随之增大,同时也影响了栈桥的横向稳定性。

2栈桥施工重难点、施工技术分析
2.1栈桥工期控制性因素分析
主栈桥型钢、贝雷梁及桥面板施工采用常规工艺,其中K1+644~ K3+360段地质较好,管桩采用常规“钓鱼法”[2]配合振动锤振动下沉即可完成,K3+360~K3+580浅覆盖层、裸岩段钢管桩施工无法采用常规方法施工,结合工程实际地质状况,借鉴港口工程预制型锚杆嵌岩桩原理并参考海上施工栈桥钢管桩的相关实践案例,该段栈桥钢管桩采用钻孔嵌岩植桩[3]方法施工。

2.2栈桥管桩结构布置
裸岩位置水深较深,钢栈桥的钢管桩基础采用中间630和两侧800mm直径钢管桩,主栈桥钢管桩间距为3.5m,钢管桩之间采用双拼
槽钢平联。

2.3钻孔嵌岩植桩管桩强度、稳定性分析
南岸长乐侧裸岩区(K3+360~K3+580)钻孔嵌岩植桩选择最不利的深水区进行计算。

床标高为-16.5m,设计最高水位+6.31m,钢管桩假定在标高-17.6m处固结。

对于钢管桩基础,主要考虑桩基顶端的轴力(上部结构传递)、纵桥向水平力(10%竖向荷载)、横桥向水平荷载(风荷载)和钢管桩水平荷载(水流压力)对钢管桩的桩身承载力和稳定性进行验算。

因裸岩段承载力较其他地质更好,钢管桩强度验算与其他段相同,因入岩深度较少,且受潮汐、风力及漂浮物影响桩身稳定性是较差,重点对稳定性进行分析。

2.3.1桩身稳定性
考虑两种荷载组合验算桩身稳定性:
工况1:1.0×结构自重+1.0×150t履带吊侧吊(支座处)+1.0×风荷载+1.0×水流力。

工况2:1.0×结构自重+1.0×150t履带吊空载(支座处)+1.0×150履带吊制动力荷载(支座处)+1.0×风荷载+1.0×水流力。

采用空间有限元法对钻孔嵌岩植桩措施后的钢管桩进行受力分析,利用MIDAS软件建立钢管桩有限元模型,钢管桩稳定性能满足要求,根据基础计算的工况,钢管桩底部剪力、弯矩如表1所示。

钢管桩最大弯矩:800管桩621kNm,630管桩271kNm。

钢管桩最大剪力:800管桩83kN,630管桩39kN。

630管桩考虑钢筋束之间距离为600mm,800钢管钢筋束之间距
离考虑为770,由于弯矩引起的角钢上拔力为F800=621/0.77=806kN, F630=271/0.6=451kN,粘结强度采用0.28×25=7MPa,粘结长度L=
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