桥梁施工组织设计毕业设计之独斜塔斜拉桥施工组织设计

摘 要

　　团泊大桥坐落于团泊健康产业园区西区，跨越团泊快速路独流减河。本文以团泊大桥-独斜塔钢斜拉桥为研究对象，分析桥梁施工的重点和难点，确定了施工组织机构和施工总平面布置，合理编制工程进度计划，并对劳动力、机械设备、建筑材料和资金等资源进行了有效配置。根据工程特点，确定施工总体方案，重点对临时栈桥、水中混凝土箱梁施工平台、钢箱梁安装平台、引桥预应力现浇混凝土箱梁、主桥钢箱梁安装及主塔安装等施工方案和工艺进行了设计。提出了工程质量保证措施，制定详细的冬期、雨期、安全和文明施工管理措施、安全措施和质量保证措施。

　　团泊大桥的施工组织设计，实现了工程施工进度、质量、效益、安全、环保、创新方面的项目管理目标，为同类桥梁的施工提供可借鉴的施工组织设计经验。

　　关键词：独斜塔；斜拉桥；施工组织；施工方案；施工工艺；施工管理

ABSTRACT

　　Tuanbo Bridge is a super-large bridge across Duliujian River which is a part of Tuanbo Expressway,it is located in west zone of Tuanbo health industrial garden area. Based on regarding construction organization design of Tuanbo Bridge-a cable-stayed bridge with a single inclined tower as the research object,the author analyzed carefully the characteristics,key point and difficulty of bridge construction,then presented the solutions against engineering's key point and difficulty.Construction organization and overall construction site plan were fixed up,plan of project schelule was devised scientifically,and the resource such as labor,mechanical equipment,building materials,capital and so on was configurated efficiently.According to engineering characteristics,the author determined overall construction scheme,designed emphatically the construction scheme and construction technology of temporary trestle,underwater concrete box grider construction platform,steel box grider construction platform,approach bridge prestressed cast-in-place concrete box grider,,main bridge steel box grider installation and main tower installation.The quality guatantee measures were established, the detailed project management measures including winter,rainy season,safety and civilized construction,safety measures and quality guarantee measureswere developed.The construction organization design for Tuanbo Bridge not only realized the project management goals of construction progress,quality,benefit,safety, environmental protection and innovation,but also providered referenced experience for similar bridge construction at the same time.

　　Keyword: Single Inclined Tower;Cable-stayed bridge;Construction organization; Construction scheme;Construction technology;Construction management

目 录

　　第一章 绪论

　　1.1 课题背景与研究意义

　　1.1.1 工程概况

　　团泊健康产业园区团泊大桥工程是团泊快速的重要结点项目，也是连接中心城区与团泊健康产业园区的纽带。工程坐落于团泊健康产业园区西区（水库西侧），横跨水面宽度达 1km 的独流减河，桥梁总长度 1296m.团泊大桥主桥采用了独特的"彩针型"独斜塔斜拉桥形式，桥塔与墩柱铰接，主梁与墩柱固结，桥塔向河道中心方向倾斜；引桥采用预应力混凝土连续箱梁。

　　如图 1-1 所示，主桥为单斜塔斜拉桥形式，主跨为 138m,边跨分别为 45m 和 2×30m,主梁采用预应力钢筋混凝土与钢结构的混合结构。主跨结构采用钢箱梁（图1-2），钢梁长 160m,部分边跨结构采用预应力混凝土箱梁，长 37m.主塔为彩针型钢结构，全长 120m,桥塔向主桥方向倾斜 18°。斜拉索为环氧喷涂钢铰线成品索，采用双层 PE 护套。主跨布置 9 对斜拉索，索距 12m,边跨布置 9 对斜拉索，索距 3.75m.

　　主墩为异形桥墩，与主塔铰接，与钢箱梁固结。主墩承台为八面体大体积混凝土结构。边跨墩柱为倒梯形墩柱，承台为普通矩形。水中基础均为直径为 1.8m 的钻孔灌注桩。

　　部分引桥上部结构采用预应力现浇混凝土连续箱梁，河中引桥为一联，跨径为2×55m,岸上引桥 3 联，跨径分别为 25+40+25m、3×30m 和 3×30m.

　　引桥（16#~18#、22#~31#墩）上部以道路中心线为准分成上下行 2 幅。16#~18#墩梁宽为 21.05m,高 3.5m;22#~25#墩梁宽为 21.05m,高 1.85m;25#~31#墩梁宽为 17.25m,高 1.85m.引桥基础采用钻孔桩基础，桥墩均采用倒梯形墩柱。

　　1.1.2 水文和地质条件

　　团泊大桥所在地团泊地区四季分明，属暖温带半湿润大陆季风气候。全年平均气温 13.9℃，最热的 7 月份平均气温为 26℃，最冷的 1 月份平均气温-4℃，年降水量 561.3mm,历年年平均风速 2.7m/s,最大积雪深度 10cm.

　　独流减河是大清河系洪水主要的入海道，流量 3600m3/s,设计行洪水位 7.50m（大沽高程）。北岸堤顶设计高程 10.0m,堤顶宽 10m;南岸设计堤顶高程 9.5m,顶宽 8m,南北堤岸上口间距约 850m,边坡 1:3.滩地为自然地面，高程约 1.14m,在河道两侧距内堤脚 50m外，各挖 1 条深槽，河底宽 100m,河底设计高程-1.93m,边坡 1:5.无通航要求。

　　团泊地区位于华北冲积平原，地质属新华夏构造体系，处于华北沉降带上。土质为亚粘土，地势平坦，地质构造良好，海拔 5m 以上，地耐力 10~15t.规划范围内基地高程为西南高东北低，平均海拔 1~2m.村庄大都建在台地上，平均高程 2~3m,少部分 3~4m.东北部地势低洼，海拔在 1m 以下。

　　根据地质年代及时代成因，共分为 8 个工程地质层，根据各土层特征及工程地质性质进而分为 14 个工程地质亚层。

　　场区浅层地下水属第四系潜水，地下水主要受大气降水及河水补给并以蒸发等方式排泄。水位埋深受河水影响较大，埋深一般为 0.3~0.6m,标高 1.26~2.90m;河中钻孔位置揭示水深 1.16~1.60m,另据宏观调查水深最大约 3m.地下水对混凝土结构具有结晶类弱腐蚀性，分解类无腐蚀性，结晶分解复合类无腐蚀性。综合判定为场区地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，防护等级为一级。

　　1.1.3 工程施工重点和难点

　　1. 工程施工重点

　　（1）工程大部分桩基础、墩台位于独流减河中，桥梁施工受施工条件影响较大。水上临建工程面积大，栈桥、施工平台施工顺利与否制约着整体施工进度。水中承台体积较大，承台施工所选用的围堰形式影响着承台施工的质量和进度。

　　（2）大体积混凝土浇注后，由于混凝土内外温差大，易产生温度裂缝，施工中应采取恰当的降温措施，严格控制裂缝产生。

　　（3）斜拉索是主塔与梁的传力结构，其作用至关重要，因此斜拉索安装施工时应防止 PE 防护套受损，防止索导管和锚头进水。

　　（4）预应力钢铰线、斜拉索、精轧螺纹钢是桥梁的主要受力材料，需精确施加预应力。

　　（5）主桥为钢-混凝土组合箱梁，采用独斜塔斜拉，钢箱梁、钢主塔加工、安装以及焊接均是本工程施工过程中需重点控制的部分。钢梁、主塔需要场外分段加工，安装时分段架设，现场焊接连接。施工过程中应保证现场焊接质量，控制结构拼装次应力，最大限度地减少由施工引起的结构永存內力，以提高桥梁在成桥后运营阶段的安全度。

　　2. 工程施工难点

　　桥塔各关键部位的空间位置、主塔轴线的控制措施是本工程施工的难点。

　　主塔长度 120m,垂直高度 114.13m,塔柱结构大，主塔与主墩铰接，主塔安装时容易受侧向荷载而引起水平偏移；主塔向主桥侧倾斜，桥塔断面与水平面形成夹角，桥塔及桥塔斜拉索锚固区索导管、锚板位置定位困难。为保证成桥后的塔柱各关键部位的平面位置、高程及垂直度满足要求，需要进行高精度的测量监控以及采取相应的微调。

　　1.1.4 课题研究意义

　　施工组织设计作为指导工程全过程的技术、经济纲领性文件，是施工技术和项目管理的依据，具有综合性强、时序性高、地域性固定、风险大等特点，在工程施工过程中发挥着巨大的作用。施工组织设计通常是以单项工程为研究对象进行编制的，要求编制人员有专业的建筑工程理论和丰富的实践经验。施工组织设计的编制应全面考虑拟建项目的施工环境、施工条件，设计合理的实施方案，确定施工方法、施工工序；通过组织手段、管理手段，统筹安排各资源的供应与使用；规划确定临时设施、机械设备、周转材料的规格、数量、用途及在施工现场上的布置方案；合理分析施工中可能发生的各种工况，做好预控预防，为项目的顺利实施提供保障。

　　施工组织设计必须针对工程项目的特点，结合自身的重点、难点和合同文件要求、投标承诺，依据国家有关法律、法规、标准及地方规范的要求进行编制。施工组织设计编制最基本要求为对拟建项目施工过程起到事先指导和事中控制作用，在项目实施中起到纲领性指导作用，有效的发挥技术措施、经济措施、组织措施、管理措施的功能，组织好机械设备、材料、劳动力、资金等资源的均衡有序应用。施工组织设计编制的合理，并在施工中认真贯彻落实，可以保证拟建项目的顺利实施，取得好、快、省、安全、环保的效果，实现施工效益与经济效益双赢的目标。

　　团泊大桥为独斜塔空间非对称单索面斜拉桥，钢桥塔与墩柱铰接，主梁与墩柱固结，主梁采用预应力钢筋混凝土与钢结构的混合结构体系，存在主塔形式新颖、结构受力复杂，施工难度大等问题。桥梁跨越独流减河，水上临建工程面积大，施工条件受自然条件制约；采用预应力钢筋混凝土与钢结构的混合结构体系，大跨度、宽桥面、超重的钢箱梁安装和钢结构拼装次应力控制难度大；施工中采取措施平衡独斜塔塔柱自重的水平分力平衡，确保塔柱安装安全、可靠也是工程的建设难题。

　　此外，大体积混凝土温度裂缝控制，斜拉索、预应力筋精确施加预应力，高精度的测量监控及微调塔柱线型等关键控制必不可少。这些因素在其他类型桥梁建设施工中不会同时出现，因此需要认真分析，制定合理可行的施工组织设计方案，以便更妥善地处理施工中可能出现的各种问题，也可以为后续同类桥梁的建设提供一些参考。

　　1.2 国内外研究现状

　　国外关于施工组织设计的理论研究已经比较成熟和完善，它不仅注重在技术方面的要求，而且考虑方案的经济性、合理性，把工程项目从施工进度、工程质量、施工成本等来统筹安排[1-5].

　　施工组织设计方法逐渐形成、发展且日趋完善。1928 年，世界上第一套完善的、应用于前苏联聂伯尔大型水电站施工组织设计方案问世[6].此后，苏联工程师详细地研究了这项技术，标志着工程施工组织设计的基本理论和方法初步形成[7].

　　随着现代大型结构工程的实施，新材料、新技术、新工艺的出现，对施工组织设计编制要求也越来越高[8-10].要求对可能影响施工安全、质量和进度的各种不利因素进行风险评估和管理[11-14].

　　20 世纪中期，美国学者Bellmen提出了一种施工组织设计的动态优化方法[15].

　　开创了施工组织设计静态从预控向全过程动态优化的先河。

　　刘志芳从工程单价及基础造价出发，对工程的造价与工程施工组织方案之间的内在联系进行了阐述，提出了合理确定施工组织设计方案的基本原则以及方法[16-19].目前的公路施工组织设计方案中存在技术水平偏低、缺乏可操作性、不易实施等缺点，在施工组织设计编制中缺乏侧重点，深度不够等不足之处[19-24].

　　有学者指出，工程施工组织设计应将各种因素统筹规划、综合考虑、将施工管理与技术结合，通过科学合理的管理手段及方法将施工方案与各项计划具体实施，才能最终实现工程的最终目标。工程施工组织方案是承包商进行工程项目管理的依据，施工组织设计与项目管理之间相互影响，关系密切，施工组织设计与项目管理相关理论互相促进[25-26].周新湘、段夏林从工程施工组织设计对施工进程的影响出发，提出通过不断完善施工组织设计方案，实现社会影响及经济效益的最大化[27-28].

　　独塔斜拉桥国内发展滞后于双塔斜拉桥，1981 年建成的四川金州县曾达大桥是国内第一座独塔斜拉桥，随后发展比较迅速，据统计国内目前已建成独塔斜拉桥 104座，约为斜拉桥总数的 1/3,其中广东西江的金马大桥[29]、浙江宁波的招宝山大桥[30]

　　是国内比较大的 2 座独塔混凝土协作体系斜拉桥，主跨分别为 283m、258m.随着混凝土斜拉桥的发展国内学者先后对斜拉索索力控制[31-33]、斜拉桥的温度效应（索梁温差、桥面日照、桥塔日照）[34-36]、塔索施工技术[37]等进行了研究，但对施工组织、临时辅助工程研究相对较少。已建成的独塔钢斜拉桥较少，单索面独塔混合梁斜拉桥修建的更少，国内近年建成的最大的独塔混合梁斜拉桥是天津丹拉海河大桥，跨径 310+210m;团泊大桥为国内首创建成的彩针形独斜塔钢混混合梁空间索面大跨度斜拉桥。

　　1.3 本文主要工作

　　本文以团泊大桥-独斜塔钢斜拉桥为研究对象，通过分析大桥施工的特点，对工程施工组织、施工方案、施工管理和技术措施等进行研究，重点对临时栈桥、水中混凝土箱梁施工平台、钢箱梁安装平台、引桥预应力现浇混凝土箱梁、主桥钢箱梁安装及主塔安装等施工方案和工艺进行了设计。

　　施工组织：结合单位实际情况合理设计组织机构，做出施工总体部署；依据总工期要求，按照均衡、有序、保证工期的原则，合理设计进度计划，做好劳动力、机械设备、材料、资金等资源的配置。

　　施工方案设计是施工组织设计的核心内容，直接关系到项目实施的成败和安全与否，需要专业技术人员结合实践经验应用专业知识进行分析确定。主要包括设计原则，整体施工方案设计和关键部位的施工方法、施工工艺设计等内容。

　　施工管理与质量保证措施，与施工组织、施工方案设计密不可分，是落实施工组织和施工方案的预控对策；主要包括工程质量保证措施、冬期施工、雨期施工、安全生产、文明施工、环保施工等内容。

　　第二章 施工组织
　　2.1 施工组织机构设置
　　2.2 施工总平面布置
　　2.3 施工进度安排
　　2.4 劳动力配置
　　2.5 机械设备配置
　　2.6 材料供应
　　2.7 资金需求
　　2.8 本章小结

　　第三章 施工方案与工艺设计
　　3.1 施工方案设计原则
　　3.2 总体施工方案设计
　　3.2.1 跨河临时设施施工总体方案
　　3.2.2 桥梁施工总体方案
　　3.3 临时栈桥的施工方案与工艺
　　3.3.1 临时栈桥设计计算
　　3.3.2 栈桥施工工艺

　　3.4 水中混凝土箱梁施工平台的施工方案与工艺
　　3.4.1 混凝土箱梁施工平台的设计计算
　　3.4.2 混凝土箱梁施工平台施工工艺
　　3.5 水中钢箱梁施工平台的施工方案与工艺
　　3.5.1 钢箱梁施工平台的施工方案
　　3.5.2 钢箱梁施工平台的施工工艺

　　3.6 引桥施工方案与工艺
　　3.6.1 引桥现浇预应力混凝土连续箱梁施工顺序
　　3.6.2 满堂红支架搭设施工
　　3.7 主桥钢箱梁安装方案与工艺
　　3.7.1 钢箱梁的安装方案
　　3.7.2 钢箱梁安装工艺

　　3.8 主塔及斜拉索安装
　　3.8.1 主塔的制作
　　3.8.2 钢铰支座和铸钢塔身安装
　　3.8.3 钢塔塔身安装
　　3.8.4 塔身安装工艺
　　3.9 本章小结

　　第四章 施工管理与质量保证措施
　　4.1 工程质量保证措施
　　4.1.1 质量方针
　　4.1.2 质量等级及质量目标
　　4.1.3 质量保证体系
　　4.1.4 工程重点质量保证措施
　　4.1.5 工程难点的质量保证措施
　　4.2 冬期施工质量保证措施

　　4.3 雨期施工质量保证措施
　　4.4 安全生产
　　4.5 文明施工
　　4.6 环保施工
　　4.7 本章小结

第五章 结论与展望

　　5.1 结论

　　本文以团泊健康产业园区团泊大桥的施工组织设计为载体，就独斜塔斜拉桥单索面非对称空间索面钢塔桥施工组织设计进行了探索，总结出如下结论：

　　（1）通过对团泊大桥合理设置施工组织机构和部署施工总平面；有效安排进度、配置劳动力、机械设备、建筑材料、资金等资源配置，实现了工程项目的工期和成本目标。

　　（2）施工方案的设计是施工组织设计的核心内容，直接关系到工程实施的成败和顺利与否。团泊大桥的顺利实施为同类桥梁工程临时工程（钢管桩、栈桥、钢箱梁施工平台、满堂红支架）设计提供了案例。

　　（3）钢箱梁安装设计的快速滚轮装置，可以提高超宽、超大、超重钢箱梁安装的速度，缩短工期，节约建设成本。

　　（4）钢斜塔斜拉桥塔柱分段悬拼，采用支架临时连接和斜拉桥背索张拉平衡塔柱自重水平力相结合的工艺，精确地控制塔柱的整体线形；加快了塔柱悬拼安装进度，缩短了工期；提高了塔柱安装的安全性；成功地节约了大量钢管支架，降低了施工成本。

　　（5）高效的项目管理和合理的技术措施，可以保证拟建工程顺利实施，取得好、快、省、安全、环保的效果，实现进度、质量、效益、安全、环保、创新方面的管理目标。

　　团泊大桥的竣工通车，证明了该项目的施工组织设计是可行的，与实际工况是符合的，给后续同类桥梁建设施工提供可供借鉴的施工组织设计经验。

　　5.2 展望

　　本文以团泊大桥为工程背景，对独斜塔斜拉桥施工组织设计做了一些分析，希望对后续同类独斜塔斜拉桥施工组织设计起到抛砖引玉的作用，但实际工程中各种不确定因素都会使施工组织设计产生新的问题，但问题仍然集中在以下方面的工作：

　　（1）合理的施工组织。施工组织是工程实施的前提，应注意合理设置项目组织机构，做好施工总平面图布置，保证劳动力、机械设备、材料和资金等资源节奏流畅、有序、均衡配置。

　　（2）合理的方案设计。方案设计是工程实施成败的关键，施工方案、施工工艺与临时结构、临时平台的做法是千变万化的，应注意按照工程特征因地制宜地设计方案，注意理论与创新相结合。

　　（3）合理的项目管理和技术措施。项目管理和技术措施是施工组织和施工方案落实的保障，应注意做好规范化管理、标准化管理采取有效的质量保证措施，落实好季节性施工、安全施工、文明施工、环保施工和技术创新等方面工作。

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致 谢

　　本文是在导师李忠献教授悉心指导下完成的。导师严谨务实的治学精神，理论联系实际的作风使我在求学中感受颇深，受益匪浅，在此，我对李忠献老师表示衷心的感谢！在论文从选题至定稿的过程中，学院的诸多领导、老师均给予了很大的帮助和指导，在此，一并表示衷心的感谢！

　　感谢天津大学丁阳教授在我论文写作期间给于的宝贵修改意见和指导，使论文更加完善。

　　感谢我的企业导师韩振勇博士长期以来对我工作和学习的知道和关怀。

　　论文的写作过程是对团泊大桥施工组织设计的总结和梳理，也是对未知领域的探索和研究，每项工程的圆满完成，都和工作团队成员的集体智慧和努力是分不开的，在此我对所有的同事和参与团泊大桥相关课题研究的同仁表示诚挚的谢意！

　　最后，谢谢在我求学过程中曾经指导、帮助过我的所有老师、同事、前辈和家人，是你们的支持和帮助，使我得以完成学业。

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