CN108625286A - 一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程施工领域，具体涉及一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法。包括以下步骤，101～预埋塔座及塔柱钢筋，并且浇筑承台混凝土；102～安装塔座及下塔柱第一节钢筋；103～布置塔柱对拉钢绞线；104～安装模板；105～浇筑塔座及塔柱第一节混凝土，分层施工塔柱第二、三节段；106～下横梁施工；107～预应力分批张拉，并进行预应力监测；108～结构沉降观测。本发明减小了塔座底部应力集中，提高了结构质量，有效地控制了倾斜塔柱的应力变化。

Description

一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程施工领域，具体涉及一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法。

背景技术

目前，高速铁路大跨度斜拉桥工程中的混凝土塔柱一般于下塔柱位置增加强制性约束来保证塔柱浇筑过程中的工况变化不引起结构应力超限而产生表面裂纹。但这种消除倾斜塔柱底部应力集中的方式过于依赖结构设计本身，而实际施工中随着塔柱浇筑节段升高，工况改变引起的应力变化往往容易被忽略；且倾斜塔柱下横梁在预应力张拉前，索塔主要产生拉应力的位置位于塔座与承台交界应力集中位置，预应力张拉后，索塔根部产生拉应力易出现超过混凝土极限抗拉强度值的情况。因此，为解决塔柱底部应力集中的问题，有必要提供一种创新的针对斜拉桥塔柱应力集中问题的控制方法，以克服现有技术缺陷，填补该领域空白。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述塔柱底部应力集中问题，消除结构应力超限产生的表面裂纹，提供一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，使得斜拉桥倾斜塔柱施工安全可靠，效率更高。

本发明采用如下技术方案实现：

斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制方法依照下述步骤进行施工：

101～预埋塔座及塔柱钢筋，浇筑承台混凝土；

102～安装塔座及下塔柱第一节钢筋；

103～布置塔柱对拉钢绞线；

104～安装模板；

105～浇筑塔座及塔柱第一节混凝土，分层施工塔柱第二、三节段；

106～下横梁施工；

107～预应力分批张拉，并进行应力监测；

108～结构沉降观测。

所述的步骤103中，在塔柱柱脚内侧收缩曲面区域均匀布置数组对拉钢绞线，将钢绞线一端沿下塔柱侧面穿设于预先埋设的管道中，另一端与下塔柱另一侧面对拉锚死，下塔柱浇筑段内共布置2层直径为11cm的对拉管，共埋设16根对拉管，对拉管布置完毕后在其内穿19束1×7标准型直径11.1mm钢绞线，然后于下塔柱侧面处埋设对拉管固定端，将对拉管与固定端进行连接，在固定端平面对钢绞线进行锚固。

通过在塔柱柱脚内侧收缩曲面区域均匀布置数组对拉钢绞线，可使塔柱整个斜向受力抵消并以竖向受力的形式垂直传递给承台。塔柱自重与下横梁自重产生的合力、施工过程中产生的应力与张拉过程中产生的应力的反力形成一组反向受力，该组受力可以分解为水平分力与竖向分力，水平分力刚好与下塔柱柱脚处产生的集中应力的水平分力抵消，并将分解后的受力全部转为竖向受力。

所述的步骤105中，塔座采用C40混凝土，下塔柱采用C45混凝土，塔座与下塔柱第一节施工完成后，再进行下塔柱第二节与第三节施工，施工方法与下塔柱第一节相同，施工顺序依次为：安装劲性骨架→安装钢筋→安装预埋件→安装模板→浇筑混凝土。

所述的步骤105中，下塔柱分三节浇筑，每节段的高小于等于2.3m，每节段的单次浇筑方量小于等于205m³。

塔座为大体积混凝凝土施工，采用C40混凝土，下塔柱采用C45混凝土。若塔座与下塔柱分开浇筑，则容易产生由于不同龄期混凝土引起的各种影响，从而导致结构整体受力不均匀，影响结构质量；同时，下塔柱与塔座交界处为集中受力处，且下塔柱内侧收缩曲面承受较大拉应力。为满足结构的整体性要求，采用塔座与下塔柱第一节混凝土一次性浇筑的方式来完成混凝土施工。下塔柱为分离式倾斜塔柱，结构自重大，该结构部分为施工质量控制重点。采取分层浇筑法施工下塔柱有利于塔柱应力控制。

所述的步骤107中，在施工下横梁完成后，张拉全部横向索的2/3，待上横梁施工完成后，张拉余下的1/3并封锚，应力监测通过预先于下塔柱第一节浇筑时埋设的应力监测线连接应力监测仪来完成，分别将8个应力点测得的数据计入统计表中用于进行横、纵向对比及应力计算。

所述的步骤107中，针对索塔下横梁预应力张拉过程中对塔根部的影响，通过计算表明，索塔下横梁在预应力张拉前，索塔主要产生拉应力的位置位于塔座与承台交界应力集中位置，最大拉应力为-0.17MPa，小于C50的极限拉应力2.79MPa，预应力张拉后，索塔根部产生拉应力3.27MPa，大于C40的极限拉应力2.79Mpa。计算结果表明下横梁预应力张拉过程中造成下塔柱根部产生拉应力，易造成塔柱根部开裂，因此，在下横梁预应力分批张拉，并在后期张拉过程中对塔柱根部进行观测。

应力监测通过预先于塔柱第一节浇筑时埋设的八根应力监测线连接应力监测仪进行应力测试，分别将8个应力点测得的数据计入统计表中用于进行横向对比，纵向对比以及应力计算，并与理论计算书比较，从中可以看处两塔柱是否受力均匀，偏差程度是否在设计允许偏差之内，以达到应力控制的目的。施工过程中应采取措施保证元件损坏率不得大于20%。监测结果每边平均应力误差应小于±15%，当应力水平达到80%材料允许强度或超过上述误差范围时应提供预警。

所述的步骤108中，在下横梁顶面取线路中心、隔板中心外1.85m位置3个截面，编号为S1、S2、S3；顺桥向每个截面测中心及左右侧3.2m处底板3点，编为S左、S中、S右形成一个沉降观测网。分下横梁、下塔柱沉降观测两个方面分别阐述本发明的沉降监测方法。

1、下横梁沉降观测：

下横梁支架施工完成后于下横梁下部布设沉降观测点，下横梁沉降观测采用二等水准测量，预压过程中随着加载重量的增加而进行相应的观测，测量得出的标高数值经过计算可得出下横梁的永久变形量及弹性变形量，根据计算得出的数值来调整下横梁预拱度。对于下横梁前期已进行过堆载预压的区段，待预压块卸载完成后记录好观测值，整理出预压沉降结果，根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求，预拱度按二次抛物线线形通过调整碗扣支架顶托的标高进行设置。调整底模标高公式为：底模顶面标高=梁底设计标高+δ2的平均值。

2、下塔柱沉降观测：

主塔下塔柱施工过程中由于上部结构自重逐步加大，易产生不均匀沉降，因此采用预先埋设的沉降观测标进行沉降观测，以便了解塔柱沉降情况。观测原理大致为在引入相对正负零或绝对标高后，通过基准点与结构物观测点的相对变化来判断结构物的下沉、倾斜及位移情况。测量过程中主要通过使用全站仪及水准仪对预设的沉降观测点进行观测，并将观测数据进行收集和整理，最后通过计算来确定塔柱的沉降及位移情况。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、减小了塔座底部应力集中，提高了结构质量；

2、有效地控制了倾斜塔柱的应力变化；

3、为塔柱应力变化提供了可靠的数据支持，加强了施工过程的可控性。

附图说明

图1为本发明实施流程图；

图2为本发明三维立体图；

图3为本发明主视图；

图4为本发明侧视图；

图5为本发明第一批预应力张拉示意图；

图6为本发明第二批预应力张拉示意图；

图7为本发明观测点布置示意图；

图中：1-承台；2-塔座；3-下塔柱；4-下横梁；5-中塔柱；6-钢绞线。

具体实施方式

一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，包括以下步骤，

101～预埋塔座及塔柱钢筋，并且浇筑承台混凝土。

102～安装塔座及下塔柱第一节钢筋。

103～布置塔柱对拉钢绞线；所述的步骤103中，在塔柱柱脚内侧收缩曲面区域均匀布置数组对拉钢绞线6，将钢绞线6一端沿下塔柱3侧面穿设于预先埋设的管道中，另一端与下塔柱3另一侧面对拉锚死，下塔柱3浇筑段内共布置2层直径为11cm的对拉管，共埋设16根对拉管，对拉管布置完毕后在其内穿19束1×7标准型直径11.1mm钢绞线6，然后于下塔柱3侧面处埋设对拉管固定端，将对拉管与固定端进行连接，在固定端平面对钢绞线6进行锚固。

104～安装模板。

105～浇筑塔座及塔柱第一节混凝土，分层施工塔柱第二、三节段。所述的步骤105中，塔座2采用C40混凝土，下塔柱3采用C45混凝土，塔座2与下塔柱3第一节施工完成后，再进行下塔柱3第二节与第三节施工，施工方法与下塔柱3第一节相同，施工顺序依次为：安装劲性骨架→安装钢筋→安装预埋件→安装模板→浇筑混凝土。下塔柱3分三节浇筑，每节段的高小于等于2.3m，每节段的单次浇筑方量小于等于205m³。

106～下横梁施工。

107～预应力分批张拉，并进行预应力监测。在施工下横梁完成后，张拉全部横向索的2/3，待上横梁施工完成后，张拉余下的1/3并封锚，应力监测通过预先于下塔柱3第一节浇筑时埋设的应力监测线连接应力监测仪来完成，分别将8个应力点测得的数据计入统计表中用于进行横、纵向对比及应力计算。

为监控塔柱应力应变情况，于每个塔柱柱脚处布置一组应力监测线，共8根，用于监测塔柱应变情况。当塔柱应力变化值超过规范要求时对下塔柱施工采取相应措施来保证塔柱受力。

1）应力监测过程

应力监测通过预先于塔柱第一节浇筑时埋设的八根应力监测线连接应力监测仪进行应力测试，分别将8个应力点测得的数据计入统计表中用于进行横向对比，纵向对比以及应力计算，并与理论计算书比较，从中可以看处两塔柱是否受力均匀，偏差程度是否在设计允许偏差之内，以达到应力控制的目的。

2）仪器精度及测量要求

应力及温度监测技术要求：应变测量误差小于±0.5%，年漂移量小于±0.5%，温度漂移小于±0.25%/10℃，温度测量仪器误差小于±1℃。

应采取措施保证元件损坏率不得大于20%。监测结果每边平均应力误差应小于±15%，当应力水平达到80%材料允许强度或超过上述误差范围时应提供预警。

应力传感器参数表

序号	项目	BGK-4000表面式传感器	BGK-4200埋入式传感器
				1	灵敏度	1με	1με
2	最大量程	3000με	3000με
				3	标距	150mm	150mm
4	温度范围	-20~80℃	-20~80℃

108～结构沉降观测。

一、下横梁沉降观测

所述的步骤108中，在下横梁4顶面取线路中心、隔板中心外1.85m位置3个截面，编号为S1、S2、S3；顺桥向每个截面测中心及左右侧3.2m处底板3点，编为S左、S中、S右，形成一个沉降观测网。

1）监测点设在横梁顶面钢筋网片上，使铁钉头部露出下横梁设计混凝土面标高，然后采用水准仪分别在钢筋安装后、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后等施工阶段对各监测点位进行观测。

2）预压观测采用二等水准测量。采用DZS2级水准仪和配套直尺进行，配备专业测量人员4人分两班作业。

3）加载过程中的测量：用电子精密水准仪观测加载前的各高程控制点的标高（H0）做好详细记录。

4）加载到设计荷载的50%后，待1小时后对各高程控制点进行第二次测量（H1）并做好详细的测量记录。

5）接着加载到设计荷载的75%后，待1小时后对各高程控制点进行第三次测量（H2）并做好详细的测量记录。

6）接着加载到设计荷载的100%后，待1小时后对各高程控制点进行第四次测量（H3）并做好详细的测量记录。

7）最后加载到设计荷载的110%，立即进行第五次测量（H4）并做好详细的观测记录。随后每2小时观测一次，12小时以后每4小时观测一次，当沉降无增加值（沉降稳定），即12小时范围内无沉降增加即视其预压稳定，即可卸载。

8）卸载过程中的测量：卸载到设计荷载的100%后要对高程控制点进行测量，做好详细的测量记录。

9）荷载全部卸载后，对各控制点进行最后一次高程点测量（H5），以确定托架的弹性变形值和非弹性变形值。

10）数据分析整理

11）测量人员用专用表格对每次测量数据进行详细记录，根据现场采集的数据进行计算、分析、整理、修正，得出系统变形量。

12）根据测量出各测量点标高值，计算出各观测点的变形如下：

（1）永久变形（即非弹性变形）δ1=H0-H5。通过试压后，可认为支架、模板、方木等的非弹性变形已经消除。

（2）弹性变形δ2=H5-H4。根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求。

（3）根据H1、H2、H3的差值，可以大体看出持续荷载对支架变形的影响程度。观测必须全过程进行，若发现变形量异常立即停止下一步工作并作应急处理，查找原因处理后才能继续进行。

13）调整预拱度

对于下横梁前期已进行过堆在预压的区段，待预压块卸载完成后记录好观测值，整理出预压沉降结果，根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求，预拱度按二次抛物线线形通过调整碗扣支架顶托的标高进行设置。

调整底模标高公式为：底模顶面标高=梁底设计标高+δ2的平均值。

二、下塔柱沉降观测

所述的步骤108中，主塔下塔柱施工过程中由于上部结构自重逐步加大，易产生不均匀沉降，因此采用预先埋设的沉降观测标进行沉降观测，以便了解塔柱沉降情况。

1）沉降观测点的布设

在承台第二层混凝土浇筑前在承台四个角向内50cm处各布置一个沉降观测标用于基础及上部结构沉降观测，沉降观测标漏出承台2cm，承台浇筑完成后通过自制铁盒，外包木盒进行保护处理，可以确保塔尺的每次立尺位置准确、位置唯一。

2）观测原理

在引入相对正负零或绝对标高后，通过基准点与结构物的观测点的相对变化来判断结构物的整个下沉及倾斜等两项位移情况。

3）沉降观测点的测量与要求

（1）水准基点能够互相校核，能够稳固地保存到主体完工。建立的水准基点网要定期的进行高程检测、复核，及时发现基点的位移或变形，确保基础工作、基础数据的正确性。

（2）观测点本身应牢固稳定，确保点位安全，能够长期保存。不能建立在低洼、易积水，受动载影响范围内。

（3）观测点的上部为突出的半球形状或有明显的突出之处，与柱 身及外侧的30㎜厚度的保温板能够有一定的距离。

（4）在点上能垂直立尺和良好的通视条件。

（5）观测点离开水准基点的距离要小于100米，以保证观测的精 度。

（6）承台中埋入的部分要大于外露的部分，确保点位的牢固， 确保不受其它外力作用而明显变形，造成观测数据的错误。

4）塔柱沉降观测的方法和一般规定：

（1）塔柱沉降观测要求根据现场施工情况而定，当有重要施工工序是时加高沉降观测频次。

（2）施工中间停工较长，应该在停工时和复工前进行观测。

（3）塔柱沉降观测要求仪器的望远镜的放大倍数不得小于24倍，气泡灵敏度不得大于15″/2㎜，塔尺读数经过水准仪左右盘复核后要小于1㎜。在第一次沉降观测期间，应该根据已有结构物的造型及合理规划场地的材料码放情况，及时调整规划观测路线。经过第一次的观测及规划为以后的观测及布置观测路线做好基础。逐步提高每一次的观测精度。等待参与的人员熟练各自的操作要点后，然后开始正式的观测。在同一天内观测完所有的观测点，不能分开几天来进行读数；以免由于中间倒换数字或观测的失误造成错误。观测应在成像清晰、读数稳定时进行。

（4）前后视距要尽可能相等，一般不超过15米，以减小读数的误差。必要时在塔尺上使用手电筒照明，使水准仪镜头内读数清晰。

（5）前后视时塔尺要使用同一根尺子。

（6）前视各点观测完毕后，应该回视后视点，最后闭合于水准基点。

（7）采用ⅱ等水准测量的方法测量，往返测量的误差不得超过±Γ（N为测站数）。

5）沉降观测的精度及成果整理

（1）每一站点前视与后视互相校核后误差必须在1㎜内。

（2）每次观测时，看镜与记录必须在2人以上，互相检查，以防度数与记录出现明显的错误。

（3）在下横梁预压过程中，根据加载时间、加载荷重、沉降变形等数据编制出沉降变形曲线。

Claims (6)

1.一种斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

101～预埋塔座及塔柱钢筋，并且浇筑承台混凝土；

102～安装塔座及下塔柱第一节钢筋；

103～布置塔柱对拉钢绞线；

104～安装模板；

105～浇筑塔座及塔柱第一节混凝土，分层施工塔柱第二、三节段；

106～下横梁施工；

107～预应力分批张拉，并进行预应力监测；

108～结构沉降观测。

2.根据权利要求1所述的斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，其特征在于：所述的步骤103中，在塔柱柱脚内侧收缩曲面区域均匀布置数组对拉钢绞线（6），将钢绞线（6）一端沿下塔柱（3）侧面穿设于预先埋设的管道中，另一端与下塔柱（3）另一侧面对拉锚死，下塔柱（3）浇筑段内共布置2层直径为11cm的对拉管，共埋设16根对拉管，对拉管布置完毕后在其内穿19束1×7标准型直径11.1mm钢绞线（6），然后于下塔柱（3）侧面处埋设对拉管固定端，将对拉管与固定端进行连接，在固定端平面对钢绞线（6）进行锚固。

3.根据权利要求1所述的斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，其特征在于：所述的步骤105中，塔座（2）采用C40混凝土，下塔柱（3）采用C45混凝土，塔座（2）与下塔柱（3）第一节施工完成后，再进行下塔柱（3）第二节与第三节施工，施工方法与下塔柱（3）第一节相同，施工顺序依次为：安装劲性骨架→安装钢筋→安装预埋件→安装模板→浇筑混凝土。

4.根据权利要求3所述的斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，其特征在于：所述的步骤105中，所述的步骤下塔柱（3）分三节浇筑，每节段的高小于等于2.3m，每节段的单次浇筑方量小于等于205m³。

5.根据权利要求1所述的斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，其特征在于：所述的步骤107中，在施工下横梁完成后，张拉全部横向索的2/3，待上横梁施工完成后，张拉余下的1/3并封锚，应力监测通过预先于下塔柱（3）第一节浇筑时埋设的应力监测线连接应力监测仪来完成，分别将8个应力点测得的数据计入统计表中用于进行横、纵向对比及应力计算。

6.根据权利要求1所述的斜拉桥倾斜塔柱底部应力控制施工方法，其特征在于：所述的步骤108中，在下横梁（4）顶面取线路中心、隔板中心外1.85m位置3个截面为观测点，编号为S1、S2、S3；

下横梁沉降观测：

下横梁支架施工完成后布设沉降观测点，下横梁沉降观测采用二等水准测量，预压过程中随着加载重量的增加而进行相应的观测，测量得出的标高数值经过计算可得出下横梁的永久变形量及弹性变形量，根据计算得出的数值来调整下横梁预拱度，对于下横梁前期已进行过堆载预压的区段，待预压块卸载完成后记录好观测值，整理出预压沉降结果，根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求，预拱度按二次抛物线线形通过调整碗扣支架顶托的标高进行设置，调整底模标高公式为：底模顶面标高=梁底设计标高+δ2的平均值；

顺桥向每个截面测中心及左右侧3.2m处底板3点为观测点，编为S左、S中、S右形成一个沉降观测网，

下塔柱沉降观测：

引入相对正负零或绝对标高，通过基准点与结构物观测点的相对变化来判断结构物的下沉、倾斜及位移情况，测量过程中通过使用全站仪及水准仪对预设的沉降观测点进行观测，并将观测数据进行收集和整理，最后通过计算来确定塔柱的沉降及位移情况。