長沙洪山大橋斜塔施工技術(shù)

賀建平 肖世波

1 工程概況

洪山大橋是一座豎琴式無背索斜塔斜拉橋,主跨206 m,塔高146.6 m,水平傾斜58°,索塔分為塔基、塔座、塔身和塔頂四部分(見圖1)。塔基采用擴(kuò)大基礎(chǔ),塔座為鋼—混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)設(shè)人行通道和電梯通道,塔身為全預(yù)應(yīng)力混凝土箱形結(jié)構(gòu),塔頂設(shè)兩層觀景平臺(tái),外壁為鋼殼,內(nèi)壁為混凝土結(jié)構(gòu)。

2 施工方法

2.1 塔基施工

塔基基礎(chǔ)平面尺寸為31 m(順)×30 m(橫),高11 m,基身下設(shè)25根φ 2.0 m 深5 m的抗滑樁,上為寬28 m、長29 m、高3 m的鋼筋混凝土承臺(tái),抗滑樁和基身采用C20混凝土,承臺(tái)采用C30混凝土,混凝土總量13 398 m3。

基身和承臺(tái)混凝土按大體積混凝土施工方法進(jìn)行施工,澆筑時(shí)采用斜向分層多次澆筑的方法進(jìn)行。通過布置冷卻水管,優(yōu)化配合比,控制水泥用量,摻入減水劑和粉煤灰來降低混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化熱,減小內(nèi)外溫差,防止混凝土開裂。

2.2 塔座施工

塔座為鋼—混凝土結(jié)構(gòu),外壁為鋼殼,鋼殼內(nèi)為微膨脹素混凝土無筋結(jié)構(gòu)(見圖2)。塔座底口平面尺寸為24.5 m×20 m,頂口平面尺寸為14.15 m×8.2 m。塔座采用鋼殼分節(jié)拼裝,殼內(nèi)混凝土分次澆筑的方法施工。

2.2.1 塔座鋼殼施工

塔座鋼殼內(nèi)外壁板之間設(shè)置內(nèi)支架,將鋼殼連成整體。內(nèi)支架不僅是鋼殼的拼裝平臺(tái),同時(shí)還起著臨時(shí)固定鋼殼的作用。壁板與混凝土之間采用φ 19 mm剪力釘和錨固筋加強(qiáng),增加結(jié)合面的錨固力。鋼殼埋入承臺(tái)1.5 m,鋼殼底部與承臺(tái)第一層混凝土中預(yù)埋的型鋼焊接連成一體。

根據(jù)鋼殼分三節(jié)制造的實(shí)際情況,按照先支撐架后鋼殼,由內(nèi)往外,從下往上的順序利用塔吊拼裝。

2.2.2 塔梁連接段混凝土施工

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,塔梁連接段焊接成型后,需在連接段范圍內(nèi)填充混凝土。連接段內(nèi)變截面箱室數(shù)量多,且連接段范圍頂、底部的上下鋼板均設(shè)計(jì)有密集的剪力釘,兩側(cè)內(nèi)外鋼板之間設(shè)計(jì)采用φ 25 mm鋼筋連接,連接段混凝土169 m3,采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行填充。

2.3 塔身施工

塔身為全預(yù)應(yīng)力混凝土箱形結(jié)構(gòu),采用斜爬架爬模施工,其施工工藝流程框圖見圖3。

2.3.1 勁性骨架制作、安裝

根據(jù)塔吊的起重能力和原材料長度,為了方便施工安裝,將塔身4個(gè)面的勁性骨架在地面各分成兩組制作,南北側(cè)6 m一節(jié),東西側(cè)8 m一節(jié)。

索塔勁性骨架是塔身施工的依托,其位置的正確與否直接影響鋼筋、模板、預(yù)應(yīng)力筋的安裝,是索塔施工質(zhì)量和線形控制的關(guān)鍵。勁性骨架在地面胎具上放樣分組制作,制作按盡量在地面完成焊接工作,減少高空作業(yè)的原則進(jìn)行。

Characteristics of an unstable rock mass in Ziyang WANG Han-xu FAN Lei-wei LI Ge(53)

2.3.2 預(yù)應(yīng)力施工

塔身預(yù)應(yīng)力分三種規(guī)格：豎向采用φ 15.24-12鋼絞線,共64束;橫向采用φ 15.24-9鋼絞線,沿塔身間距 80 cm布置;橫系梁采用φ 15.24-3鋼絞線,每個(gè)橫系梁4束。豎向預(yù)應(yīng)力束采用節(jié)段交錯(cuò)錨固接長的方式直至塔頂,3個(gè)節(jié)段循環(huán)一次,用連接器接長,每節(jié)均有2/3的鋼絞線甩在節(jié)段以外。東西側(cè)墻橫向預(yù)應(yīng)力束與塔身方向垂直。

塔身豎、橫向預(yù)應(yīng)力束以勁性骨架為依托進(jìn)行定位安裝。豎向束安裝前先在地面制作好擠壓頭,穿好波紋管,利用塔吊整束安裝。橫向束采用先整束吊裝,定位后在塔上安裝P錨,制作擠壓頭。橫系梁預(yù)應(yīng)力束采用人工單根穿束安裝。

預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí),為消除鋼絞線自重下垂的影響,先用單束給每根鋼絞線施加5 MPa初應(yīng)力,然后用穿心式千斤頂分級(jí)張拉到位,張拉采取張拉力與伸長量雙參量控制,壓漿由低端向高端進(jìn)行。

2.3.3 索導(dǎo)管安裝

斜拉索是連接主塔和主梁并使之構(gòu)成斜拉橋的重要組成部分,索導(dǎo)管是將斜拉索兩端分別錨固于主梁和索塔的重要構(gòu)件。為了確保對(duì)稱索塔兩側(cè)的各斜拉索位于同一設(shè)計(jì)平面內(nèi),并防止斜拉索與索導(dǎo)管管口發(fā)生摩擦損壞斜拉索,索導(dǎo)管必須精確定位。

2.3.4 爬架系統(tǒng)

洪山大橋塔身傾斜58°,爬架設(shè)計(jì)為導(dǎo)軌與平臺(tái)構(gòu)架分離的桁架式電控液壓爬升結(jié)構(gòu)。因爬架在塔身4個(gè)面的受力情況不同,爬架設(shè)計(jì)成相互獨(dú)立的4組架體。東西面爬架導(dǎo)軌與塔身傾斜角度一致,爬架桁架豎直掛在導(dǎo)軌上,南北面爬架導(dǎo)軌與桁架在同一豎直面內(nèi)。東西面爬架各設(shè)5根導(dǎo)軌,南面設(shè)4根導(dǎo)軌,導(dǎo)軌每個(gè)點(diǎn)用單錨固螺栓通過錨固座錨固。北面爬架采用6根導(dǎo)軌,導(dǎo)軌每個(gè)點(diǎn)用雙錨固螺栓通過錨固座錨固。爬架導(dǎo)軌與桁架設(shè)計(jì)成自爬自鎖式,爬架爬升時(shí),先將錨固座用錨固螺栓錨固牢靠,通過桁架上電控液壓油頂將導(dǎo)軌爬升一個(gè)節(jié)段,固定于錨固座上,然后分面(東、西、南、北)通過油頂整體爬升桁架,到位后用鋼銷將桁架固定于錨固座上。

2.4 塔頂施工

洪山大橋塔頂設(shè)兩層觀景平臺(tái),塔頂外壁為鋼殼結(jié)構(gòu),內(nèi)壁為混凝土結(jié)構(gòu)。施工時(shí),先安裝塔頂勁性骨架,鋼殼在地面分塊制造,噴涂防腐后,通過塔吊以勁性骨架為依托進(jìn)行拼裝焊接。鋼殼焊接完成后,綁扎內(nèi)壁鋼筋,利用鋼殼做外模進(jìn)行塔頂混凝土澆筑。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

1)塔梁平橫施工技術(shù)。洪山大橋主鋼箱梁采用臨時(shí)墩懸臂頂推法施工到位后,施工索塔,索塔施工采用塔身節(jié)段與掛索同步的方法進(jìn)行,索塔的自重通過斜拉索用鋼梁的重量來平衡。

2)斜塔斜爬架成套施工技術(shù)在洪山大橋上的成功應(yīng)用,驗(yàn)證了斜塔斜爬模系統(tǒng)的可行性,解決了預(yù)應(yīng)力混凝土斜塔施工的難題。

3)自密實(shí)混凝土在鋼殼及塔梁連接段的成功應(yīng)用,不僅為今后橋梁施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn),也為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更廣闊的空間。

4 結(jié)語

長沙洪山大橋是一座豎琴式無背索斜塔斜拉橋,在同類型橋梁中跨度為世界第一,其主塔為全預(yù)應(yīng)力混凝土斜塔,施工技術(shù)十分復(fù)雜。它的成功建設(shè),開創(chuàng)了我國無背索斜塔斜拉橋施工的先河,為后續(xù)同類型橋梁施工提供了有力的借鑒,積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。