基于预埋劲性骨架的斜拉桥钢塔施工工法.pdf

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1、1 前言.1 2 工法特点.1 3 适用范围.1 4 工艺原理.2 5 施工工艺流程及操作要点.2 5.1 施工工艺流程.2 5.2 操作要点.2 5.3 劳动力组织.8 6 材料与设备.9 6.1 工程材料.9 6.2 工程机械设备.9 7 质量控制.9 7.1 质量控制要求.9 7.2 质量控制措施.9 8 安全措施.10 9 环保措施.10 11 效益分析.11 12 应用实例.12 01 前言 斜拉桥被广泛使用在航运繁忙的航道提升工程中。对于采用钢塔作为主塔结构的斜拉桥，主塔施工往往都是整个斜拉桥中的重点和难点，主塔的安装精度对成桥质量和使用寿命都有非常重要的影响，而主塔的安装精度主要

2、取决于第一节的安装精度。以往钢塔施工时，受钢塔第一节无法先固定的影响，往往会选择先浇筑箱梁 0#块，后安放钢塔第一节，这就不可避免造成钢塔第一节定位不准确、预埋钢筋对位难度大、施工时间长，影响钢塔整体安装精度及进度。因此，如何安全、经济、高效的完成钢塔安装，是本次研究的主要对象。我公司自研究斜拉桥钢塔安装精度控制施工方法以来，着重解决钢塔第一节安装精度控制，经过多个项目的技术攻关和经验积累，通过平湖市黄姑塘特大桥对该工法的运用、完善，自主发明了实用新型劲性骨架，预埋在现浇箱梁 0#块内，先安装钢塔第一节再浇筑现浇箱梁 0#块，有效解决了钢塔第一节安装精度控制的难题，大幅度的提高了整个钢塔的安装

3、精度，取得了良好的社会和经济效益。2 工法特点 2.12.1 施工质量提高。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，大大提高钢塔整体安装精度。2.22.2 施工成本降低。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，大大地减少人工消耗和机械设备的投入，成本节约显著。2.32.3 施工工效高。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，工效提高显著，钢塔第一节安装仅 2 小时即可完成作业，而常规安装至少需要 16 小时。2.42.4 施工安全性提高。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，避免在吊装过程中对位插入预埋钢筋，施工安全性大大提高。3 适用范围 适用于斜拉

4、桥钢塔安装。14 工艺原理 主要工艺原理为：事先在墩身顶面预埋好钢板，采用 20cm*20cm 的方钢灌入 C50 微膨胀混凝土，并焊接成一个长宽符合钢塔底面尺寸、高度为钢塔底面标高减去墩身顶面钢板标高的劲性骨架，骨架周围用对焊的槽钢打满剪刀撑，成型后将劲性骨架吊起，落在墩身上，将劲性骨架的脚与事先预埋在墩身顶面的钢板焊接，顺桥向与 0#块两边支架工字钢分配梁用长条钢板焊接，保证结构稳定。吊起钢塔第一节落在劲性骨架顶面，钢塔底面与劲性骨架顶面焊接。安装塔内纵向预应力筋及普通钢筋，此时 0#块钢筋同步进行安装，最后浇筑 0#块及塔内混凝土，张拉后进行后续节段吊装。5 施工工艺流程及操作要点 5.

5、1 施工工艺流程施工工艺流程 施工工艺流程见图 5.1.1 所示 图 2.2-1 预埋劲性骨架斜拉桥钢塔工艺流程图 施工准备墩身预埋钢板劲性骨架制作和检验劲性骨架安装钢塔第一节安装塔内及0#块钢筋安装0#块及塔内混凝土浇筑张拉及后续节段安装 25.2 操作要点操作要点 5.2.1 安装前准备工作 1 节段安装前应会审与构件拼装相关的图纸。2 测量仪器和丈量器具要经法定计量检验合格。3 对安装作业人员进行施工技术交底。4 复测坐标轴线和标高与结构安装的有关尺寸，其结果应符合设计要求。如有超规范的偏差，及时与有关技术方商讨解决方案。5 在复测的基础上进行构件安装的定位放线，并划出定位十字线。6 构

6、件出厂前预检：检查构件的编号及方向标识。标识构件的轴线或安装定位线。检查构件外观情况。起重吊索具、安装机工具等准备齐全，并经检查完好。5.2.2 墩身预埋钢板 在主墩墩身浇筑前，配合测量在劲性骨架每个落脚点处放出坐标点，并预埋 25cm*25cm*1cm的钢板，与墩身顶面钢筋焊接。预埋钢板应厚度均匀，在同一水平面上，墩身浇筑后应保证预埋钢板露出墩身混凝土面。5.2.3 劲性骨架制作和检验 1 劲性骨架制作 劲性骨架主材采用 20cm*20cm 的方钢，灌入 C50 微膨胀混凝土，待强度达到 90%后焊接成一个长宽符合钢塔底面尺寸、高度为钢塔底面标高减去墩身顶面钢板标高的骨架，骨架周围用对焊的槽

7、钢打满剪刀撑。说明：1、本图尺寸均以米计。2、采用 20cm20cm 方钢，单位重量为 59.66Kg/m。32 劲性骨架检验 根据劲性骨架设计图，检验制作成型的方钢尺寸、骨架长宽高、焊接质量等参数，满足设计要求后投入施工。5.2.4 劲性骨架安装 验收合格后，用钢丝绳固定劲性骨架，吊机吊起骨架落在墩身顶面预埋钢板上，根据实际测量情况对骨架轴线位置、高程进行微调，必要时可切除支撑架底端多余的切割段。调整后将劲性骨架的脚与预埋在墩身顶面的钢板焊接，顺桥向与 0#块两边支架工字钢分配梁用长条钢板焊接，保证结构稳定，此时劲性骨架顶面标高为钢塔第一节底面标高，具备钢塔第一节吊装条件。4图 5.2.4-

8、1 劲性骨架安装 5.2.5 钢塔第一节安装GT1 段为钢混结合段，底部通过深入钢塔内的钢筋和预应力钢筋混凝土连接。GT1 节段通过运输车运至施工现场。GT1 节段安装前需完成劲性骨架的预埋安装及其限位挡块的安装，并且完成千斤顶的调试组装及 GT1 节段在现场进行焊接平台的安装工作。GT1 采用 AC300 汽车吊，安装钢丝绳及卸扣，固定于 GT1 四个吊点上。垂直吊起 GT1，安装过程中注意节段在空中位置，防止节段与桥塔主体发生碰撞。GT1 落于劲性骨架顶的限位板内，根据实际测量情况用千斤顶对 GT1 轴线位置、高程进行微调，直至达到设计要求。为保证 GT1 节段下部钢混部分填充混凝土时的

9、GT1 节段稳定不变形移位。在完成桥塔两边GT1 节段的安装定位后，需要对两侧的 GT1 节段进行临时刚性连接。图 5.2.5-1 钢塔第一节安装5.2.6 塔内及 0#块钢筋安装 钢塔第一节吊装完成后，按设计要求同时进行塔内及 0#块钢筋绑扎。塔内预应力筋多且钢筋密集，普通钢筋适当避让预应力筋。吊机吊起精扎螺纹钢，对准孔位，从钢塔第一节顶部插入，深入 0#块内，固定后安装锚垫板及螺旋筋，外接压浆管，精扎螺纹钢安装完毕后进行塔内普通钢筋绑扎。此方法避免钢塔在起吊过程中对位插入精扎螺纹钢，大大提高工作效率及安全性。5.2.7 0#块及塔内混凝土浇筑 50#块混凝土采用集中拌和，混凝土搅拌车运输，

10、混凝土泵车浇筑，砼浇筑采用“斜面分层，薄层浇筑，连续推进，一次成型”的施工方法。待 0#块混凝土浇筑完成 3 天后，进行塔内微膨混凝土浇筑，此时钢塔与 0#块连成一个整体。图 5.2.7-1 0#块混凝土浇筑5.2.8 张拉及后续节段安装焊接 塔内混凝土达到设计强度后进行预应力张拉、孔道压浆、封锚，准备进行后续节段安装焊接。钢塔现场安装精度控制较难，可根据节段重量和现场实际情况，在预制时对小节段钢塔进行合并，减少现场安装节段数，提高钢塔整体安装精度。1 安装 钢塔安装相应节段位置后，先用24 高强螺栓连接，利用 2mm 和 1mm 钢垫板调整标高及轴线位置（微调），测量合格后，然后用高强螺栓拧

11、紧固定，间隔 4 小时后重新测量较核。钢塔高空定位工作，是钢塔对接的重点，它的定位精度直接影响钢塔成品的精度，计划分两步，第一步：粗定位。先用 SCC4000 履带吊吊至节段钢塔安装位置，用定位绳索粗步定位；第二步：精确定位。用冲钉对两个节段的钢塔进行精确定位。钢塔安装测量采用一台全站仪进行，测量工作贯穿钢塔安装全过程，并详细记录观测时间，天气情况，但测量成果以早上 6：00-8：00；下午 17：00-18：00 测量成果为准，以此作为下一节段安装调整依据。钢塔安装误差严格按下表控制：6项目 检查项目 具体要求 钢塔安装 横桥向倾斜度 纵桥向倾斜度 底座中心纵向偏差 底座中心横向偏差 两侧底

12、座顺桥向相对值 底座预埋高程 不大于 1/4500 不大于 1/6000 3mm 1mm 1.5mm 1.5mm 钢塔架设完成 断面最大间隙 钢塔垂直度 0.2mm 1/4000 2 焊接（1）钢塔节段环焊缝工作平台安装钢塔的焊接施工平台是在钢塔外围悬挂的操作平台，主要承受工人重量。操作平台安装 沿塔四周焊接角钢，采用75 和50 角钢，平台走道宽度 90cm，平台结构高度 1m，顶部再加 1m 轻质围护结构；底部及踢脚板采用 2.75mm 花纹钢板，踢脚板高度 200mm。操作平台拆除 拆除前提：当层作业面本工序施工完毕，且质量检测合格；移除平台内非作业必须的工具，平台下方与作业无关的人员退

13、至安全区域。拆除步骤：1）用塔吊吊钩挂好平台的吊装绳索，起钩让吊装绳索与平台同时受力；2）拆除人员割除平台与钢塔的连接处；3）平台与钢塔分离，打磨焊口；（2）钢塔节段焊接及质量控制1）满足钢塔安装误差要求方可焊接，钢塔焊接应遵循先内后外，对称施焊，采用坡口焊接，钢塔内部贴陶瓷衬垫，保证焊缝饱满密实。2）钢塔安装的焊接采用焊接变形较小和焊缝收缩小的 CO2 气体保护焊，焊接时做好防风措施，采用多层多道焊，并采取边焊边调的方式，控制焊接焊接变形。3）每一节钢塔焊接完成后，先自检，采用超声波和射线探伤无损检测，合格后通知第三方 7检测验收，第三方验收合格后，在焊接部位涂刷防腐漆，方可拆除操作平台、进

14、入下一节钢塔安装。图 5.2.7-2 钢塔实体安装完成5.3 劳动力组织劳动力组织 表 5.3.1 劳动力组织表 序号 工程 人数 责任范围 1 技 术 员 4 现场技术管理及技术资料收集 2 质 检 员 3 质量监督、检查 3 试 验 员 2 钢材检验等 4 安 全 员 3 安全、文明施工检查 5 起 重 工 8 模板、钢塔吊装施工 6 电 焊 工 16 钢塔焊接工作 7 电 工 2 电气操作、线路维护检查 86 材料与设备 6.1 工程材料工程材料 表 6.1.1 主要工程材料 节段编号（设计）节段重量（T）节段数量（件）节段高度（m）备注 GT1 24.852 2 5.850 GT2 2

15、1.263 2 5.499 GT3 39.140 1 4.300 GT4 27.828 1 3.300 GT5 26.648 1 3.300 GT4、GT5 在工厂已合并拼接 GT6 26.190 1 3.315 GT7 24.061 1 3.000 GT6、GT7 在工厂已合并拼接 GT8 24.285 1 3.158 GT9 23.776 1 3.200 GT8、GT9 在工厂已合并拼接 GT10 67.261 1 9.300 GT11 36.595 1 8.515 6.2 工程机械设备工程机械设备 表 6.2.1-1 主要施工机械设备 序号 设备名称 规格型号 数量 备注 1 SANY

16、液压履带吊 SCC4000 1 台 2 汽车吊 300 吨 1 台 安装用 3 汽车吊 100 吨 1 台 钢塔翻身用 4 汽车吊 50 吨 2 台 安装、拆卸用 5 电焊机 12 台 30KW 6 全站仪 拓普康GTS-101N 1 台 7 水准仪 苏州一光 2 台 8 气割设备 2 套 7 质量控制 7.1 质量控制要求质量控制要求 7.1.1 本工法执行公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）7.1.2 本工法执行公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）97.2 质量控制措施质量控制措施 7.2.1 GT1 安装精度决定后续节段安装精度，必须做好劲性骨架及 GT1

17、的定位工作。7.2.2 气体保护焊在风速超过 2 米/秒，手工电弧焊在风速超过 8 米/秒时，采取有效的围挡防风措施；采用 C02 气体保护焊的气体纯度应不小于 99.9%；7.2.3 定位焊缝长度视钢板厚度可为 50mm100mm；间距 400mm600mm，板厚大于 50mm 的长大构件间距为 300mm500mm；焊脚尺寸应 4mmK8mm。定位焊缝应距设计焊缝端部 30mm 以上,不得存在裂纹、夹渣、气孔、焊陆等缺陷。7.2.4 构件的焊接预热温度及道间温度应按照焊接工艺评定执行，并要求有可靠的加热和测定方法。7.2.5 施焊前必须彻底清理待焊区的铁锈、氧化铁皮、油污、水份等杂质，焊接

18、时严禁在母材的非焊接部位引弧。焊后必须清理熔渣及飞溅物，所有的对接焊缝应顺应力方向打磨匀顺，所有的角焊缝均应顺焊接方向打磨匀顺。8 安全措施 8.1 吊机回转至承托点(投影)上方时，徐徐落下。起吊时抬吊机垂直起吊，一般情况下吊臂不应变幅严禁向下(即不安全方向)变幅，双机抬吊糸数【20%】因向下变幅容易产生超负荷状态。如向上变幅时，所产生的分力较大也容易产生超荷载失稳。8.2 构件起吊上升至超过支承点高度，应十分注意吊臂的强度。必须按照使用说明书的规定控制伸臂长度，不得盲目伸长吊臂，以免出现拆臂造成事故。8.3 注意检查卷扬机钢丝绳长度是否足够，其与滑轮组的倍率必须满足该项吊装作业的使用要求。吊

19、装时必须统一指挥，由指挥员确定吊机摆设的位置。多台吊机同时操作时，每机必须配一名联络员传达指挥员的指令，并注意支腿有无下陷和浮动等危险状况。当吊机力矩接近额定力矩时，联络员应立即报告指挥员，由指挥员做出安全指令，确保吊装安全。8.4 不得在大风、雨雾、冰雪等恶劣天气条件下进行钢塔吊装，风力超过 5 级时严禁作业。9 环保措施 9.1 施工垃圾要及时清运，清运前，适量洒水减少扬尘。9.2 泥和其它易飞扬的细颗粒散体材料应尽量安排库内存放。露天存放时要严密苫盖，运输 10和卸运时防止遗洒飞扬，以减少扬尘。9.3 施工现场要制定洒水降尘制度，配备专用洒水设备及指定专人负责，在易产生扬尘的季节，施工场

20、地采取洒水降尘。9.4 防止施工噪音污染 9.4.1 合理安排施工进度，对易产生噪声（震动）的施工机械应采取有效控制措施，减轻噪声拓展。9.4.2 在每天晚 22 时至次日早 6 时，严格控制噪声作业，对电焊机、吊机、发电机等强噪音设备，以隔间棚遮挡，实现降噪。9.4.3 钢塔安装吊装时，轻拿轻放，上下、左右有人传递。10 资源节约 该工法施工设备简单、操作简便、施工工期短、成本相对较低、施工质量好，符合国家环保节能的建设理念。同时也为今后的类似工程施工提供参考依据，节约资源。11 效益分析 10.10.1 1 施工质量提高。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，大大提高钢塔整体安

21、装精度。10.10.2 2 施工成本降低。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，大大地减少人工消耗和机械设备的投入，成本节约显著。10.10.3 3 施工工效高。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，工效提高显著，钢塔第一节安装仅 2 小时即可完成作业，而常规安装至少需要 16 小时。10.10.4 4 施工安全性提高。该工法与常规钢塔安装对比，利用劲性骨架，工序优化，避免在吊装过程中对位插入预埋钢筋，施工安全性大大提高。以平湖市黄姑塘桥及道路接线工程项目为例，以一节钢塔 GT1 为效益分析单元，同常规安装工艺对比：常规吊装 GT1 需消耗 16 小时，人工投入 12

22、个，利用劲性骨架消耗 2 小时，人工投入 4 个；机械：常规吊装 GT1 需消耗 AC300 吊机 2 个台班，利用劲性骨架消耗 0.25 台班。因此人工以 30元/小时，AC300 吊机租费为 8000 元/台班，得利用劲性骨架施工方法吊装一节 GT1 可节省费用：（16*12*30-2*4*30）+（2-0.25）*12000=26520 元。11 表 10.1 劲性骨架吊装钢塔 GT1 经济效益分析对比表 序号 工法 人工 机械 费用合计 1 常规吊装 12 人 16 小时 AC300 吊机 2 个台班 29760 元 2 劲性骨架吊装 4 人 2 小时 AC300 吊机 0.25 个台班 3240 元 3 效益差/26520 元 12 应用实例 工程实例一 黄姑塘特大桥及道路接线工程位于 101 省道 K106-K107 位置处，路线全长 773.745 米，其中黄姑塘特大桥全长约 416 米，路基全长约 358 米。黄姑塘特大桥起讫桩号为 K0+172.187K0+581.137，全桥跨径组合为：（225）m+（75+160+75）m+（225）m，其中（225）m 跨为预应力混凝土简支箱梁，（75+160+75）m 为三跨斜拉桥，为双塔双索面，共有钢塔 44 节，采用劲性骨架的施工工法后，在计划工期内安全、高效、优质的完成钢塔安装任务，得到了业主的一致好评。