《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《塔梁固结体系混合梁超大跨径斜拉桥施工关键技术研究》​

本期项目简介

完成单位: 中交一公局集团有限公司、 中交一公局厦门工程有限公司、福州东南绕城高速公路有限公司

主要完成人: 杨天伟、 陈康、 黄宇、 何润、黄玉凡、 黄志彬、 邱超、 牛海喜、 肖广生、 林高鹏

项目简介

　　(一)项目背景

　　目前,国内采用塔梁墩固结体系斜拉桥主要为混凝土梁,且跨度一般不超过300米。且多为单塔塔梁墩固结,超过500米跨径的双塔塔梁墩固结体系混合梁斜拉桥在国内施工领域无可借鉴案例,塔梁墩固结体系对大跨径斜拉桥抗风具有良好效果。尤其在跨海大桥和沿海地带斜拉桥具有推广意义。

　　塔梁墩固结段是双塔固结斜拉桥中构造和受力最复杂,施工难度最高的关键受力部位由于塔、梁、墩固结节点区域的横梁除了承受巨大的轴向力和弯矩之外。还承受由主梁传递的较大垂直力和扭矩,这使得该固结节点局部区域的受力和构造都异常复杂,可能在桥梁合龙或运营阶段产生结构性裂缝,故塔梁墩固结段的设计及施工是双塔固结斜拉桥成败的关键之一。

　　本项目依托工程为长门特大桥,桥跨布置(35+44+66)m+550m+(66+44+35)m,全长848m,为双塔双索面混合梁斜拉桥,是跨径居同类型桥梁国内第一位、世界第二位的斜拉桥。该研究以长门特大桥项目为依托,开展双塔固结斜拉桥塔梁墩固结段研究,总结出斜拉桥塔梁墩固结的一系列关键控制技术,为类似工程提供重要依据,填补相关研究领域的空白空间,创造良好的经济和社会效益。

　　(二)技术概况

　　本课题主要研究:(1)传统塔梁墩固结段施工汇总研究分析;(2)长门特大桥塔梁墩固结段施工技术研究;(3)长门特大桥后续施工对塔梁墩固结的影响的研究。后续施工对塔梁墩固结段产生影响,通过对塔梁墩固结段的应力应变进行监控,分析研究施工过程的影响程度,对塔梁墩固结段受力状况进行系统性、科学性研究,确保固结段受力状况处于可控状态,获得关键技术。针对塔梁墩固结段施工关键技术展开研究:通过BIM技术对塔梁墩固结段碰撞点检查和施工工艺的模拟优化,合理配备资源,科学组织现场施工;对固结段受力状况展开一系列的试验研究,验证固结段整体结构的可靠性和安全性;对下横梁支架设计进行优化,采用主动拉杆、钢牛腿、型钢卸荷装置等施工技术,确保支架牢固可靠、快捷施工。固结段采用竖向分三层的施工工艺,减轻施工压力,将复杂的固结段进行简单化;完成第一层混凝土浇筑后,张拉部分底板预应力,承担上层结构施工时传递下来的部分荷载,避免固结段底部产生有害裂缝;优化U型预应力束整体吊装和底板支架场地安装、分块进行拼装的施工工艺,降低高空作业的风险,提高效率;对塔梁墩固结段进行应力应变进行监控,确保后续施工对固结段的影响处于可控状态。

　　(三)适用范围

　　应用范围:塔梁墩固结体系斜拉桥。

　　应用前景:塔梁墩固结体系对大跨径斜拉桥抗风具有良好效果,尤其在跨海大桥和沿海地带斜拉桥具有推广意义措施和建议。本成果可直接使用于固结段斜拉桥施工,为该类型桥梁提供借鉴经验,类似桥梁施工时应注意结合现场实际情况,可在本成果的基础上再次进行优化创新。

　　(四)获奖情况

　　通过塔梁固结体系混合梁超大跨径斜拉桥施工关键技术的研究,研究发表发明专利2项、实新专利3项,省部级工法3项、企业级工法7项,《桥梁建设》论文1篇,第二届中国建设工程BIM大赛1项,提高工程建设质量QC成果16项,技术成功应用于长门特大桥,为项目节约直接经济费用达970万元。通过本项目系统的研究,降低该类型桥梁结构施工过程的风险,解决超大跨径塔梁固结体系斜拉桥施工中塔梁墩固结区受力复杂、塔柱结构变化多、临时结构多样,以及超高超宽超重现浇箱梁施工、水文状况复杂、气候多变、高空作业多、安全风险高等诸多技术难题,为主桥结构的完成起到了关键性的作用。

　　2018年5月27日《腾讯·大闽网》重点报道长门特大桥建造情况,公众为我公司建造国内同体系最大跨度桥梁的精湛技术、攻坚精神点赞,彰显“交融天下,建者无疆冶国企风范。该研究填补我国在500m以上超大跨径塔梁固结体系混合梁斜拉桥施工技术的空白,为我国类似工程的建设提供了施工经验的借鉴,进一步促进跨海大桥施工领域科技进步,对于国内塔梁固结体系桥梁施工具有非常强的指导价值和现实意义。

项目创新点

　　本项目对塔梁固结体系混合梁超大跨径斜拉桥施工关键技术开展了充分的理论分析与工程实践,总结课题的研究过程和主要结论,包括以下创新点:

　　(1)通过塔梁墩固结结构仿真计算/模型试验,结合其传力机理和受力特点,制定混凝土箱梁分层分段浇筑、塔梁墩结构整体施工,并采用无劲性无配重的温度配切合龙方案,有效实现了设计目标。

　　(2)中跨侧塔梁固结段箱梁采用大角度斜支架、顶部设置预应力,型钢卸荷装置增加支座的重复使用率,提高了支架的适用性和安全性,保证了梁体的施工质量。

　　(3)首次在索塔施工中使用曲线电梯,提高施工效率,降低安全风险。

同类项目比较

　　目前世界上建成的500m以上塔梁墩固结体系混合梁斜拉桥只有诺曼底大桥一座,国内采用塔梁墩固结体系斜拉桥主要为混凝土梁,跨度不超过350m,且多为单塔塔梁墩固结,跨度500m以上的塔梁墩固结体系混合梁斜拉桥在我国建桥史上仍是一片空白。世界上该体系的混合梁斜拉桥并不多。而对于塔梁墩固结体系混合梁超大跨径斜拉桥施工关键技术研究处于始发阶段,取得的成果并不多(见表1)。

应用案例

　　以长门特大桥施工经验为基础,通过对塔梁墩固结段受力性能研究,对传统与新型斜拉桥固结段施工工艺的对比研究,形成了一套较为完善的固结段施工工艺和质量验收体系,填补我国在500m以上超大跨径塔梁固结体系混合梁斜拉桥施工技术的空白,为我国类似工程的建设提供了施工经验的借鉴。

社会效益与经济效益

　　已通过本项目系统的研究,据此制定了经济、科学、合理的施工技术方案,降低该类型桥梁结构施工过程的风险,应用于福州绕城A5项目长门特大桥项目中,取得970万元的经济效益,解决了长门特大桥大跨径塔梁固结体系斜拉桥施工中塔梁墩固结区受力复杂、塔柱结构变化多、临时结构多样,以及超高超宽超重现浇箱梁施工、水文状况复杂、气候多变、高空作业多、安全风险高等诸多技术难题,为主桥结构的完成起到了关键性的作用,最终长门特大桥建成比原计划提速半年。

　　结合现场实际情况,本着高效安全完成施工任务的目标,持续课题专研创新、不断优化施工方案,采用新技术、新工艺,探索出一套符合超大跨径的塔梁固结体系斜拉桥施工关键技术,填补国内500m跨度以上塔梁固结体系桥梁技术空白。