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自锚式悬索桥主塔施工方案

第一章概述

1.1概况

本合同段通航孔自锚式悬索桥跨径布置为83+260+83m，双塔双缆面结构，分离式钢箱梁，独柱式桥塔，中跨两根空间主缆交汇于塔顶，吊索间距9m，矢跨比f/L=1/4.5,边跨主缆在中央分隔带内平行布置,不设吊索。

自锚式悬索桥位于0.85%的直线纵坡段上。

PM21#、PM22#索塔为腰圆型空心截面，梁下采用挑臂横梁以设置竖向支座等。

PM21#主塔高度为95.605m，PM22#主塔高度为97.815m。

上塔柱横桥向为4.8m，顺桥向由6m渐变至8m，圆弧半径3m，顺桥向壁厚为0.8m，横桥向壁厚为1.2m；下塔柱横桥向由4.8m按16.034:

1渐变至8.89m（PM21#）和9.166m（PM22#），顺桥向由8m按16.395:

1渐变至12m（PM21#）和12.27m（PM22#），圆弧半径5.1m，顺桥向和横桥向壁厚逐步加厚至1.2m和2.0m；横梁顶上设4m过渡段，圆弧半径由5.1m过渡至3m。

挑臂横梁采用箱型截面，单箱单室，宽6.8m，高度由端部的3m按5：

1斜率向根部变化（根部以3m的圆弧与索塔衔接），标准横断面顶板壁厚0.5m，腹板厚0.9m，底板厚1m。

PM21#、PM22#主塔三维效果图

PM21#主塔主要工程数量表

项目

材料名称

单位

主塔塔身和横梁

混凝土

C50高性能混凝土（下塔柱）

m3

1000.0

C50混凝土（上塔柱和横梁）

m3

2023.0

普通钢筋

kg

471775.6

Φs15.2钢绞线

kg

14163.7

精扎螺纹钢φ32JL785

kg

1197.0

波

纹

管

PE波纹管Φ75mm（内径）

m

373.4

PE波纹管Φ100mm（内径）

466.4

Φ45mm（内径）钢管

m

172.1

锚具

15-9张拉端锚具

套

20

15-19张拉端锚具

32

YGM张拉端锚具

40

YGM自锚端锚具

40

支座

QZ15000DX

个

2

QZ15000SX

2

PM22#主塔主要工程数量表

项目

材料名称

单位

主塔塔身和横梁

混凝土

C50高性能混凝土（下塔柱）

m3

1056.0

C50混凝土（上塔柱和横梁）

m3

2023.0

普通钢筋

kg

479119.0

Φs15.2钢绞线

kg

14163.7

精扎螺纹钢φ32JL785

kg

1197.0

波

纹

管

PE波纹管Φ75mm（内径）

m

373.4

PE波纹管Φ100mm（内径）

466.4

Φ45mm（内径）钢管

m

172.1

锚具

15-9张拉端锚具

套

20

15-19张拉端锚具

32

YGM张拉端锚具

40

YGM自锚端锚具

40

支座

QZ15000DX

个

2

QZ15000SX

2

PM21#、PM22#主塔主要工程数量汇总表

项目

材料名称

单位

主塔塔身和横梁

混凝土

C50高性能混凝土（下塔柱）

m3

2056.0

C50混凝土（上塔柱和横梁）

m3

4046.0

普通钢筋

kg

950894.6

Φs15.2钢绞线

kg

28327.4

精扎螺纹钢φ32JL785

kg

2394.0

波

纹

管

PE波纹管Φ75mm（内径）

m

746.8

PE波纹管Φ100mm（内径）

932.8

Φ45mm（内径）钢管

m

344.2

锚具

15-9张拉端锚具

套

40

15-19张拉端锚具

64

YGM张拉端锚具

80

YGM自锚端锚具

80

支座

QZ15000DX

个

4

QZ15000SX

4

1.2水文条件

桥位仓前水位特征

项目

单位

量值

出现时间

平均高潮位

m

4.21

平均低潮位

m

2.66

平均潮差

m

1.55

最高潮位

m

8.01

1997年8月19日

最低潮位

m

0.40

1955年12月25日

最大潮差

m

5.27

1994年8月22日

平均涨潮历时

h:

min

1:

42

平均落潮历时

h:

min

10:

43

100年一遇高水位

m

8.23

50遇高水位

m

7.98

20遇高水位

m

7.64

1.3地质条件

桥位地质土层情况表

土层序号

土层名称

层厚m

层底标高m

1

素填土

0.7～3.0

3.82～5.17

2

江底填土

0.7～5.0

-0.28～4.16

1

砂质粉土

1.0～6.2

-2.2～2.66

2

粉砂夹粘土

8.8～17.5

-16.56～-7.88

砂质粉土夹粘土

2.2～15

-24.83～-16.98

、

1

粘土

7.9～28.5

-45.50～-29.31

2

砂质粉土

2.0～16.5

-58.9～-36.08

3、

1、

2、

3

粉质粘土

8.5～49.5

-66.18～-41.55

1

全风化砂砾岩、泥质粉砂岩

2.1～15.6

-72.01～-56.25

2

强风化砂砾岩、泥质粉砂岩

15.8～39.6

-104.65～-81.28

3

中风化砂砾岩、泥质粉砂岩

3.5～21.4

-104.8～-101.65

4

微风化泥质粉砂岩、砂砾岩

下伏基岩为北垩系下统朝川组下段岩层，岩性为砂砾岩及泥质粉砂岩，岩石单轴极限抗压强度为1～3MPa。

第二章施工组织安排

2.1总体安排

根据工程总体施工计划安排及上部结构施工顺序，通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#两个主塔同时施工，以确保工期。

通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工由经理部一名主管生产的副经理作为总负责，并配备两名技术主管，四名现场技术员。

下设四个作业队、五个配合班组。

作业二队负责通航孔自锚式悬索桥PM22#主塔的施工，作业三队负责通航孔自锚式悬索桥PM21#主塔的施工。

作业二、三队各自下设两个作业组，即基础作业组和钢筋作业组，基础作业组负责主塔横梁现浇支架的搭设、模板的安装以及砼的浇注，钢筋作业组负责主塔钢筋的制作及安装；预应力施工作业队负责主塔横梁预应力的穿束、张拉及压浆、封锚；砼生产作业队负责砼的生产和输送；试验室负责原材料的检验、配合比的设计、现场砼配合比的调整、现场砼配合比的控制以及联系监理工程师进行试验和检验工作，并配备三名试验工；测量组负责主塔放样、复测以及联系监理工程师进行复测工作，并配备三名测量工；电工班负责主塔施工用电配置和现场用电管理，机械组负责配备足够的机械手并进行主塔施工所有机械设备的操作，加工班负责小型设备及主塔模板的加工制作。

2.2劳动力安排

为了满足通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工要求，配备足够的技术工种和其他操作人员，劳动力使用计划见下表。

作业队

工种

砼工

电焊工

吊装工

钢筋工

模板工

架子工

机械工

合计

作业

二队

基础作业组

10

8

8

—

10

15

4

55

钢筋作业组

—

15

8

25

—

8

4

60

作业

三队

基础作业组

10

8

8

—

10

15

4

55

钢筋作业组

—

15

8

25

—

8

4

60

预应力施工作业队

张拉工等15人

砼生产作业队

—

2

—

—

—

—

13

15

加工班

—

18

2

—

—

6

4

30

机械组

—

—

—

—

—

—

10

10

电工班

电工4人

试验室

试验工3人

测量组

测量工3人

2.3机械设备的配备及水电的配置

2.3.1机械设备的配备

根据年度施工计划进度和通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工计划进度安排，主要机械设备安排如下：

通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工机械配备表

序号

施工机械名称

型号

数量（台）

1

拌和站

75m3/h

2

2

混凝土搅拌罐车

8m3

6

3

混凝土输送泵

HBT-60C（1台）、HBT-80C（2台）

3

4

塔吊

JL150

2

5

电梯

SCQ200/200VA

2

6

50T履带吊

QUY50

2

7

30T汽车吊

浦元

1

8

插入式振动棒

—

12

9

电焊机

交流/直流

20

10

钢筋弯曲机

GW40-1

1

11

钢筋切割机

GT4-8

1

12

变压器

800KVA

2

13

发电机

250KW

1

14

千斤顶

YCW400B

4

15

千斤顶

YCW250B

4

16

千斤顶

YG70

2

17

油泵

YG50

10

18

真空压浆机

—

2

19

水泥浆拌和机

—

1

20

合计

78

注:

通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工投入主塔塔身钢木组合体系模板（内外模）两套,主塔横梁钢木组合体系模板（内外模）两套。

2.3.2水电的配置

⑴供水

施工用水采用自来水，加工钢箱作为贮水池。

⑵供电

电源从就近电源接口接入生产区。

沿栈桥边PM21#、PM22#主塔处各安装1台800KVA变压器，以满足通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工用电要求,并配备1台250KW发电机组，以备停电使用。

2.4主要原材料的进场计划

2.4.1原材料质量要求

⑴粗集料应符合配合比所提出的要求，每月测试碎石的压碎值、杂质含量和其它有机物含量以及磨耗系数，不符合要求的不得进场。

⑵细集料按JTJ058-94规定的要求选用，按JTJ058-94规定进行砂中杂质的含量测定。

不合格的砂子不得进场。

⑶每批进场水泥都要符合GB1344-92的规定，向监理工程师提供进货单及质保单复印件，说明水泥厂家的品种、标号、出厂日期与数量，连同厂家的品质试验报告等合格证明书，说明这批水泥经过试验分析是符合规范要求的。

对水泥质量怀疑时按照JTJ053-94的有关规定重新取样试验，经监理工程师认可后方可使用。

⑷外掺剂的使用要提供给监理工程师生产厂家的质保单或有关部门的证明。

砼外掺剂在使用前必须经过试验，技术要求符合JC473-477-92的有关规定。

⑸砼拌和用的水要进行水质化验，并符合JTJ058-94规定，否则不得使用。

⑹箱梁所用钢筋的种类、钢号和直径均要符合设计图纸要求。

钢筋的化学成份、物理指标和力学性能应符合GB018-91的规定。

⑺每批使用的钢筋应附有生产厂家对该批钢筋的生产合格证书的有关证明钢筋材料质量的资料，运到工地的每批钢筋都要按照有关JTJ055-83的规定进行抽样检验。

⑻所有进场进行预应力施工的材料，应符合现行国家标准的规定，预应力钢绞线应符合《预应力混凝土钢绞线》（ASTMA416-90a）的要求。

⑼进行预应力施工的材料进场时应分批验收，验收时，除应对其质量证明书，包装、标志和规格等进行检查，实验室还按照相应规范要求对材料进行力学实验检查，合格后方能使用。

⑽进场的预应力筋锚具、连接器应具有可靠的锚固性能、足够的承载能力和良好的适用性，能保证充分发挥预应力筋的强度，安全地实现预应力张拉作业，并应符合现行国家标准《预应力筋锚具、夹具和连接器》（GB/T14307）的要求，同时实验室对于进场的预应力筋锚具和连接器应按照规范作相应实验，合格后方能使用。

⑾预应力管道采用波纹管，波纹管进场时除应按照出厂合格证和质量保证书核对其类别、型号、规格及数量外，实验室还应按照相应规范要求对其进行实验，实验合格，满足规范要求后方能进场。

⑿所有预应力材料进场后，在存放、搬运时均应妥善保管，避免锈蚀、沾污、遭受机械损伤和散失，临时性的防护措施应该不影响安装操作的效果和永久性防锈措施。

所有原材料在箱梁施工前均需进行检验和试验,符合规定要求后方可投入使用；并

2.5主塔施工工效分析

一标准节主塔施工功效分析（高度4.5m）

序号

施工项目

作业时间

（小时）

控制工期

时间（天）

备注

1

绑扎钢筋（一次接长6m）

72

3

连续作业

2

安装主塔内外模板

36

1.5

连续作业

3

浇注主塔混凝土

12

0.5

机械化操作，连续作业

4

主塔混凝土养生

48

2.0

以平均气温20℃计算

5

主塔混凝土凿毛

6

0.25

连续作业

6

不可预见因素

66

2.75

每天按24小时计

21

合计

240

10

说明：

每个主塔完成施工时间按235天控制：

标准节19节共190天+6m高塔冠15天+主塔横梁30天=235天。

2.6施工进度安排

我部将精心组织、精心安排、合理利用资源，通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔施工计划施工总工期为235天。

具体进度安排如下：

PM21#主塔下塔柱施工：

2007年5月28日～2007年7月8日，共42天；

PM21#主塔横梁施工：

2007年7月9日～2007年8月7日，共30天；

PM21#主塔上塔柱施工：

2007年8月8日～2007年12月15日，共130天；

PM21#主塔塔冠施工：

2007年12月16日～2007年12月31日，共15天；

PM22#主塔下塔柱施工：

2007年6月5日～2007年7月26日，共52天；

PM22#主塔横梁施工：

2007年7月27日～2007年8月25日，共30天；

PM22#主塔上塔柱施工：

2007年8月26日～2008年1月2日，共130天；

PM22#主塔塔冠施工：

2008年1月3日～2008年1月17日，共15天；

第三章施工方案、施工工艺

3.1主塔总体施工工艺

3.1.1概述

下塔柱采用主塔横梁现浇钢管支架（用于钢筋定位和支撑）配合爬模现浇施工，塔身内侧空心段采取搭设碗扣钢管支架的方法进行施工。

横梁对应位置的塔柱节段与横梁一起浇筑。

主塔横梁采用搭设钢管支架的方法现浇施工，横梁预应力采用后张法施工。

上塔柱采用塔吊提升爬模现浇施工，在塔身空心段内壁预埋钢板，焊接牛腿及型钢，搭设操作平台，安装临时桁架（用于钢筋定位和支撑）。

爬模系统及其它材料设备的吊装采用JL150型固定式塔吊，人员上下采用电梯。

3.1.2主塔施工流程图

PM21#、PM22#主塔施工流程图

3.1.3分节浇筑主塔砼

通航孔自锚式悬索桥单个主塔共分为22个节段进行浇筑施工：

①～⑥、⑨～

节为标准节，标准节高度为3.0m～4.5m；横梁对应位置的塔柱⑦、⑧节段与横梁一起浇筑；

节为塔冠，高度为6m。

主塔浇筑砼分节布置具体情况详见附图。

3.1.4索塔施工主要辅助设施

索塔施工辅助设施主要包括塔吊、电梯等。

电梯、塔吊均布置在主塔纵桥向两侧，塔吊布置在PM21#～PM22#主塔之间，电梯布置在PM20#墩～PM21#主塔之间和PM22#主塔～PM23#墩之间。

由于受主缆位置的影响，所以在塔柱施工完成后须将塔吊移至索塔横桥向侧面布置并放在钢箱梁上（跟设计院正在沟通，沟通后再确定）。

施工电梯是索塔施工时施工人员上下的主要交通工具，单个主塔拟采用一台SCQ200/200VA单笼式斜爬电梯沿塔柱纵桥向侧面布置，每7.5m设一道附墙架。

单个主塔采用一台JL150型塔吊，布设于索塔纵桥向桥轴线上，并随塔柱增高而升高，每18m设一道附墙架，总高度为118m，臂长40m。

塔吊、电梯布置见下图。

PM21#索塔施工时塔吊、电梯平面布置图

PM21#索塔施工完成后塔吊、电梯平面布置图

PM22#索塔施工时塔吊、电梯平面布置图

PM22#索塔施工完成后塔吊、电梯平面布置图

索塔施工时塔吊、电梯总体布置图

3.2主塔塔柱施工

3.2.1概述

PM21#主塔高度为95.605m，其中上塔柱高度为62.815m，下塔柱高度为32.79m；PM22#主塔高度为97.815，其中上塔柱高度为62.815m，下塔柱高度为35.0m。

上塔柱横桥向为4.8m，顺桥向由6m渐变至8m，圆弧半径3m，顺桥向壁厚为0.8m，横桥向壁厚为1.2m；下塔柱横桥向由4.8m按16.034:

1渐变至8.89m（PM21#）和9.166m（PM22#），顺桥向由8m按16.395:

1渐变至12m（PM21#）和12.27m（PM22#），圆弧半径5.1m，顺桥向和横桥向壁厚逐步加厚至1.2m和2.0m；横梁顶上设4m过渡段，圆弧半径由5.1m过渡至3m。

下塔柱采用主塔横梁现浇钢管支架（用于钢筋定位和支撑）配合爬模现浇施工，在塔身空心段内壁预埋钢板，焊接牛腿及型钢，搭设操作平台，安装临时桁架（用于钢筋定位和支撑）。

横梁对应位置的塔柱节段与横梁一起浇筑。

根据爬模起步施工的需要，将下塔柱分为塔柱起步段和起步段以上两部分。

起步段下塔柱采取标准节段模板进行立模施工，无法安装爬架。

起步段以上的下塔柱采用爬模系统施工。

主塔横梁现浇钢管支架钢管布置图（用于下塔柱钢筋定位和支撑）

上塔柱采用塔吊提升爬模现浇施工，在塔身空心段内壁预埋钢板，焊接牛腿及型钢，搭设操作平台，安装临时桁架（用于钢筋定位和支撑）。

通航孔自锚式悬索桥PM21#、PM22#主塔塔柱施工作业内容主要包括：

临时桁架制作与安装，钢筋骨架制作与安装，模板支立，砼浇筑，砼养生等。

PM21#、PM22#主塔塔柱施工工艺框图

3.2.2塔柱模板的设计与施工

⑴塔柱模板的设计

塔柱外模采用悬臂模板，利用塔吊进行提升，即由悬臂模板和塔吊组成的爬模系统。

塔柱内模采用钢木组合体系，直线段采用钢模板（面板采用4mm钢板，加劲肋采用型钢[6.3、63×5mm钢板带，标准间距为40cm,在模板外侧设立2[12型钢背楞），倒角异形部分采用木模板（面板采用18mm厚胶合板，竖向背楞采用9.5×9.5cm的方木，标准间距为25cm,并在木方背楞外设立横向2[12型钢背楞），在内侧模板之间采用φ48钢管带顶拖支撑。

内模拆除后采用焊接方式临时固定在临时桁架上，利用塔吊将内模和桁架一起提升安装。

内模具体布置详见附图。

悬臂模板主要由以下几部分组成：

模板、主背楞桁架、斜撑、后移装置、受力三角架、上平台、主平台、吊平台、埋件系统。

两榀悬臂支架作为一个单元块整体施工。

悬臂模板总体布置图

悬臂模板施工照片

外模板由面板、木工字梁、型钢背楞、调节器、吊钩、连接爪、螺钉组装而成，配置高度为4.65m。

外模板的面板采用18mm（圆弧段）和21mm（直线段）厚的芬兰进口维萨胶合板，竖向背楞采用高度为20cm的木工子梁，标准间距为28cm，横向背楞采用2[12型钢，标准间距为120cm，对拉杆采用的是D20高强螺杆。

主塔模板试拼照片

①外模板受力计算

a.混凝土侧压力的计算

混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。

侧压力达到最大值的浇筑高度为混凝土的有效压头。

通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：

F=0.22γct0β1β2V1/2

F=γcH

式中F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力；

γc------混凝土的重力密度，取24kN/m3；

t0------新浇混凝土的初凝时间,可按实测确定。

当缺乏实验资料时，可采用t=200/（T+15）计算，t=200/（25+15）=5h；

T------混凝土的温度，取25°；

V------混凝土的浇注速度，取1.76m/h；

H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度，取4.65m；

β1------外加剂影响修正系数，掺外加剂时取1.2；

β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取1；110—150mm时，取1.1；取1.15。

F=0.22γct0β1β2V1/2

=0.22×24×5×1.2×1.15×1.761/2

=48.3kN/m2

F=γcH

=24×4.65

=111.6kN/m2

取二者中的较小值，F=48.3kN/m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒和振捣混凝土产生的水平载荷标准值4kN/m2，则作用于模板的总荷载设计值为：

q=48.3+4=52.3kN/m2

b.面板验算

Ⅰ.强度验算：

将面板视为两边支撑在木工字梁上的多跨连续板计算，面板长度取最小板板长1220mm，板宽度b=1000mm，面板为18mm厚进口维萨板,木工字梁间距为l=300mm。

面板承受的均布荷载为q1=q×b=52.3×1=52.3KN/m

面板最大弯矩：

Mmax=q1l2/8=（52.3×3002）/8=0.588×106N.mm

面板的截面系数：

W=1/6bh2=1/6×1000×182=0.54×105mm3

应力：

ó=Mmax/W=0.588×106/0.54×105=10.9N/mm2<[ó]=13N/mm2满足要求

其中：

[ó]-木材抗弯强度设计值，取13N/mm2

Ⅱ.变形验算：

面板采用芬兰进口的维萨板,弹性模量为8730N/mm2,厚度18mm,模板高度为4.65m,取砼侧压力最大的最下边1m高度计算，均布压力52.3kN/m,面板对z轴惯性矩Iz=4.86×105mm4,取其中的5跨进行验算。

计算模式

利用力学求解器计算结果如下图：

各跨最大挠度一览表

跨数

1

2

3

4

5

挠度（mm）

0.64

0.15

0.15

0.15

0.64

fmax=0.64mm<[f]=0.75mm满足要求

[f]-容许挠度，[f]=L/400,L=300mm

c.木工字梁I20验算

木工字梁I20断面图

Ⅰ.强度验算：

木工字梁作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距，间距最大为L=1200mm，木工字梁间距为l=300mm。

单根木工字梁上承受的荷载为：

q2=ql=52.3×0.30=15.69N/mm

单根木工字梁承受的最大弯矩：

Mmax=q2L2/8=（15.69×12002）/8=2.82×106N.mm

木工字梁截面系数：

W=1/6H×[BH3-（B-b）h3]

=1/（6×200）×[80×2003-（80-30）×1203]

=46.1×104mm3

应力：

ó=Mmax/W=2.82×106/（46.1×104）=6.1N/mm2<[ó]=13N/mm2满足要求

Ⅱ.变形验算：

木工字梁对z轴惯性矩Iz=4.61×107mm4,弹性模量为9500N/mm2,次背楞间距为1.2m,木工字梁间距0.3m，则砼最大侧压力为52.3×0.3=15.69kN/m。

计算模式

利用力学求解器计算结果如下图：

各跨最大挠度一览表

跨数

1

2

3

4

5

6

7

挠度（mm）

0.02

0.13

0.08