《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第二部分橋梁《塔梁固結(jié)體系混合梁超大跨徑斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究》?

本期項目簡介

完成單位: 中交一公局集團(tuán)有限公司、 中交一公局廈門工程有限公司、福州東南繞城高速公路有限公司

主要完成人: 楊天偉、 陳康、 黃宇、 何潤、黃玉凡、 黃志彬、 邱超、 牛海喜、 肖廣生、 林高鵬

項目簡介

　　(一)項目背景

　　目前,國內(nèi)采用塔梁墩固結(jié)體系斜拉橋主要為混凝土梁,且跨度一般不超過300米。且多為單塔塔梁墩固結(jié),超過500米跨徑的雙塔塔梁墩固結(jié)體系混合梁斜拉橋在國內(nèi)施工領(lǐng)域無可借鑒案例,塔梁墩固結(jié)體系對大跨徑斜拉橋抗風(fēng)具有良好效果。尤其在跨海大橋和沿海地帶斜拉橋具有推廣意義。

　　塔梁墩固結(jié)段是雙塔固結(jié)斜拉橋中構(gòu)造和受力最復(fù)雜,施工難度最高的關(guān)鍵受力部位由于塔、梁、墩固結(jié)節(jié)點區(qū)域的橫梁除了承受巨大的軸向力和彎矩之外。還承受由主梁傳遞的較大垂直力和扭矩,這使得該固結(jié)節(jié)點局部區(qū)域的受力和構(gòu)造都異常復(fù)雜,可能在橋梁合龍或運(yùn)營階段產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫,故塔梁墩固結(jié)段的設(shè)計及施工是雙塔固結(jié)斜拉橋成敗的關(guān)鍵之一。

　　本項目依托工程為長門特大橋,橋跨布置(35+44+66)m+550m+(66+44+35)m,全長848m,為雙塔雙索面混合梁斜拉橋,是跨徑居同類型橋梁國內(nèi)第一位、世界第二位的斜拉橋。該研究以長門特大橋項目為依托,開展雙塔固結(jié)斜拉橋塔梁墩固結(jié)段研究,總結(jié)出斜拉橋塔梁墩固結(jié)的一系列關(guān)鍵控制技術(shù),為類似工程提供重要依據(jù),填補(bǔ)相關(guān)研究領(lǐng)域的空白空間,創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　(二)技術(shù)概況

　　本課題主要研究:(1)傳統(tǒng)塔梁墩固結(jié)段施工匯總研究分析;(2)長門特大橋塔梁墩固結(jié)段施工技術(shù)研究;(3)長門特大橋后續(xù)施工對塔梁墩固結(jié)的影響的研究。后續(xù)施工對塔梁墩固結(jié)段產(chǎn)生影響,通過對塔梁墩固結(jié)段的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)控,分析研究施工過程的影響程度,對塔梁墩固結(jié)段受力狀況進(jìn)行系統(tǒng)性、科學(xué)性研究,確保固結(jié)段受力狀況處于可控狀態(tài),獲得關(guān)鍵技術(shù)。針對塔梁墩固結(jié)段施工關(guān)鍵技術(shù)展開研究:通過BIM技術(shù)對塔梁墩固結(jié)段碰撞點檢查和施工工藝的模擬優(yōu)化,合理配備資源,科學(xué)組織現(xiàn)場施工;對固結(jié)段受力狀況展開一系列的試驗研究,驗證固結(jié)段整體結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性;對下橫梁支架設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,采用主動拉桿、鋼牛腿、型鋼卸荷裝置等施工技術(shù),確保支架牢固可靠、快捷施工。固結(jié)段采用豎向分三層的施工工藝,減輕施工壓力,將復(fù)雜的固結(jié)段進(jìn)行簡單化;完成第一層混凝土澆筑后,張拉部分底板預(yù)應(yīng)力,承擔(dān)上層結(jié)構(gòu)施工時傳遞下來的部分荷載,避免固結(jié)段底部產(chǎn)生有害裂縫;優(yōu)化U型預(yù)應(yīng)力束整體吊裝和底板支架場地安裝、分塊進(jìn)行拼裝的施工工藝,降低高空作業(yè)的風(fēng)險,提高效率;對塔梁墩固結(jié)段進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)控,確保后續(xù)施工對固結(jié)段的影響處于可控狀態(tài)。

　　(三)適用范圍

　　應(yīng)用范圍:塔梁墩固結(jié)體系斜拉橋。

　　應(yīng)用前景:塔梁墩固結(jié)體系對大跨徑斜拉橋抗風(fēng)具有良好效果,尤其在跨海大橋和沿海地帶斜拉橋具有推廣意義措施和建議。本成果可直接使用于固結(jié)段斜拉橋施工,為該類型橋梁提供借鑒經(jīng)驗,類似橋梁施工時應(yīng)注意結(jié)合現(xiàn)場實際情況,可在本成果的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。

　　(四)獲獎情況

　　通過塔梁固結(jié)體系混合梁超大跨徑斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)的研究,研究發(fā)表發(fā)明專利2項、實新專利3項,省部級工法3項、企業(yè)級工法7項,《橋梁建設(shè)》論文1篇,第二屆中國建設(shè)工程BIM大賽1項,提高工程建設(shè)質(zhì)量QC成果16項,技術(shù)成功應(yīng)用于長門特大橋,為項目節(jié)約直接經(jīng)濟(jì)費(fèi)用達(dá)970萬元。通過本項目系統(tǒng)的研究,降低該類型橋梁結(jié)構(gòu)施工過程的風(fēng)險,解決超大跨徑塔梁固結(jié)體系斜拉橋施工中塔梁墩固結(jié)區(qū)受力復(fù)雜、塔柱結(jié)構(gòu)變化多、臨時結(jié)構(gòu)多樣,以及超高超寬超重現(xiàn)澆箱梁施工、水文狀況復(fù)雜、氣候多變、高空作業(yè)多、安全風(fēng)險高等諸多技術(shù)難題,為主橋結(jié)構(gòu)的完成起到了關(guān)鍵性的作用。

　　2018年5月27日《騰訊·大閩網(wǎng)》重點報道長門特大橋建造情況,公眾為我公司建造國內(nèi)同體系最大跨度橋梁的精湛技術(shù)、攻堅精神點贊,彰顯“交融天下,建者無疆冶國企風(fēng)范。該研究填補(bǔ)我國在500m以上超大跨徑塔梁固結(jié)體系混合梁斜拉橋施工技術(shù)的空白,為我國類似工程的建設(shè)提供了施工經(jīng)驗的借鑒,進(jìn)一步促進(jìn)跨海大橋施工領(lǐng)域科技進(jìn)步,對于國內(nèi)塔梁固結(jié)體系橋梁施工具有非常強(qiáng)的指導(dǎo)價值和現(xiàn)實意義。

項目創(chuàng)新點

　　本項目對塔梁固結(jié)體系混合梁超大跨徑斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)開展了充分的理論分析與工程實踐,總結(jié)課題的研究過程和主要結(jié)論,包括以下創(chuàng)新點:

　　(1)通過塔梁墩固結(jié)結(jié)構(gòu)仿真計算/模型試驗,結(jié)合其傳力機(jī)理和受力特點,制定混凝土箱梁分層分段澆筑、塔梁墩結(jié)構(gòu)整體施工,并采用無勁性無配重的溫度配切合龍方案,有效實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。

　　(2)中跨側(cè)塔梁固結(jié)段箱梁采用大角度斜支架、頂部設(shè)置預(yù)應(yīng)力,型鋼卸荷裝置增加支座的重復(fù)使用率,提高了支架的適用性和安全性,保證了梁體的施工質(zhì)量。

　　(3)首次在索塔施工中使用曲線電梯,提高施工效率,降低安全風(fēng)險。

同類項目比較

　　目前世界上建成的500m以上塔梁墩固結(jié)體系混合梁斜拉橋只有諾曼底大橋一座,國內(nèi)采用塔梁墩固結(jié)體系斜拉橋主要為混凝土梁,跨度不超過350m,且多為單塔塔梁墩固結(jié),跨度500m以上的塔梁墩固結(jié)體系混合梁斜拉橋在我國建橋史上仍是一片空白。世界上該體系的混合梁斜拉橋并不多。而對于塔梁墩固結(jié)體系混合梁超大跨徑斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究處于始發(fā)階段,取得的成果并不多(見表1)。

應(yīng)用案例

　　以長門特大橋施工經(jīng)驗為基礎(chǔ),通過對塔梁墩固結(jié)段受力性能研究,對傳統(tǒng)與新型斜拉橋固結(jié)段施工工藝的對比研究,形成了一套較為完善的固結(jié)段施工工藝和質(zhì)量驗收體系,填補(bǔ)我國在500m以上超大跨徑塔梁固結(jié)體系混合梁斜拉橋施工技術(shù)的空白,為我國類似工程的建設(shè)提供了施工經(jīng)驗的借鑒。

社會效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　已通過本項目系統(tǒng)的研究,據(jù)此制定了經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理的施工技術(shù)方案,降低該類型橋梁結(jié)構(gòu)施工過程的風(fēng)險,應(yīng)用于福州繞城A5項目長門特大橋項目中,取得970萬元的經(jīng)濟(jì)效益,解決了長門特大橋大跨徑塔梁固結(jié)體系斜拉橋施工中塔梁墩固結(jié)區(qū)受力復(fù)雜、塔柱結(jié)構(gòu)變化多、臨時結(jié)構(gòu)多樣,以及超高超寬超重現(xiàn)澆箱梁施工、水文狀況復(fù)雜、氣候多變、高空作業(yè)多、安全風(fēng)險高等諸多技術(shù)難題,為主橋結(jié)構(gòu)的完成起到了關(guān)鍵性的作用,最終長門特大橋建成比原計劃提速半年。

　　結(jié)合現(xiàn)場實際情況,本著高效安全完成施工任務(wù)的目標(biāo),持續(xù)課題專研創(chuàng)新、不斷優(yōu)化施工方案,采用新技術(shù)、新工藝,探索出一套符合超大跨徑的塔梁固結(jié)體系斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù),填補(bǔ)國內(nèi)500m跨度以上塔梁固結(jié)體系橋梁技術(shù)空白。