空間曲面異型主塔爬模施工技術(shù)

景 明

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司市政分公司，北京100166)

1 工程概況

21世紀(jì)以來，橋梁界設(shè)計(jì)與建造橋梁時(shí)將實(shí)用功能與藝術(shù)構(gòu)思融為一體，充分考慮周邊環(huán)境保護(hù)，使一座座橋梁成為城市中新的旅游風(fēng)景線。懸索橋跨度大、造型優(yōu)美，因此國內(nèi)出現(xiàn)了大量大跨度城市景觀懸索橋，目前索塔形狀基本上為“H”形、“A”形、倒“V”形以及倒“Y”形等塔架，截面多以線型變化居多。

密云西統(tǒng)路潮白河大橋設(shè)計(jì)為獨(dú)塔自錨式懸索橋，主塔為“種子”造型優(yōu)美(圖1)，混凝土主體高度96.325 m，共分為20個(gè)施工節(jié)段。塔柱截面在高度方向沿空間曲線變化、施工難度較大，若采用常規(guī)的爬模施工技術(shù)，操作平臺無法周轉(zhuǎn)使用，施工效率低下、成本較高，通過自行設(shè)計(jì)可循環(huán)的爬架爬模施工，操作便利且成本低廉。

2 主塔模板支架設(shè)計(jì)及施工工藝

索塔采用分段澆筑法施工，混凝土部分共分20個(gè)節(jié)段，采用大塊定型鋼模板依次爬模施工，每個(gè)塔柱模板配置2套可循環(huán)爬架周轉(zhuǎn)，爬架設(shè)計(jì)時(shí)考慮模板分層高度及分塊的空間線型。

2.1 模板設(shè)計(jì)

由于主塔截面沿空間曲線變化，模板設(shè)計(jì)既要考慮符合復(fù)雜的設(shè)計(jì)線型，又要考慮安拆的便利性。

2.1.1 弧面模板的線型設(shè)計(jì)

索塔模板斷面為半徑20 m圓弧，立面為半徑不同變化圓弧，理論上塔柱表面面板無法展開。為滿足側(cè)模板外觀要求，此模板面板采用近似雙曲線墩柱圓弧面板的算料及加工工藝，可保證外觀順滑及幾何尺寸。

2.1.2 模板的循環(huán)配置

傳統(tǒng)的爬模施工按施工循環(huán)配置2套模板，循環(huán)爬升，模板尺寸在空間曲面上不斷變化，因此模板無法周轉(zhuǎn)使用，模板沿塔柱全高配置。每個(gè)循環(huán)施工時(shí)保留上節(jié)施工的模板作為安拆平臺。

2.1.3 模板的分塊設(shè)置

每個(gè)施工節(jié)段模板在豎向分成上下兩層，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段每層模板高度均為2.5 m，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段模板根據(jù)施工節(jié)段高度均分;在斷面方向基本分為外側(cè)模板1塊，兩側(cè)圓弧段模板2塊，兩側(cè)平面模板2塊，內(nèi)側(cè)模板1塊。共計(jì)6大塊。

圖1 索塔正面圖

2.2 外模爬架設(shè)計(jì)

外模爬架其作用主要用于索塔鋼筋綁扎及模板安裝、拆除的操作平臺。爬架主要分為2部分，下部為多榀三角支撐架組成，上部為分段組裝的型鋼腳手架，上下層之間采用鋼管腳手架連接。底部三角架按標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段模板2.5 m高度設(shè)計(jì)，上層型鋼腳手架高度4.8 m，每個(gè)循環(huán)施工時(shí)三角架安裝底層已澆筑混凝土節(jié)段的上層模板背楞上作為整個(gè)爬架的支撐點(diǎn)，型鋼腳手架為本循環(huán)節(jié)段施工的操作平臺。

三角架在塔柱截面布置水平間距120 cm，與模板水平拉桿位置保持一致，由于塔柱截面在空間位置及大小沿豎曲線變化，上下節(jié)段的三角架在平面上位置不能對應(yīng)，因此上部腳手架制作成分段組裝構(gòu)架吊裝，以便于循環(huán)利用。

2.2.1 底部三角撐設(shè)計(jì)

三角撐是爬架的基礎(chǔ)，主要承受上部支架荷載及人群荷載，采用各個(gè)構(gòu)件之間采用銷子連接，便于拆卸。橫梁及豎桿采用8#槽鋼，內(nèi)側(cè)豎桿雙拼槽鋼，上下橫梁通過銷軸與內(nèi)側(cè)豎桿連接，斜撐為平臺調(diào)節(jié)裝置，橫梁可通過調(diào)節(jié)斜撐調(diào)整至水平位置，以適應(yīng)塔柱的弧面變化，確保支架穩(wěn)定。豎桿上焊接φ48鋼管，安裝完畢后安放安全防護(hù)鋼管。壓緊螺栓與鋼模背楞連接形成整體，模板背楞通過水平拉桿與塔身混凝土緊固形成整體，從而形成三角架通過模板固定在已澆筑的塔身混凝土內(nèi)，保證支架的穩(wěn)定性。內(nèi)側(cè)豎桿上端設(shè)置卡位板，用于三角架和模板背楞連接定位。三角架固定在上層已澆筑砼的模板上，采用拉桿與模板背帶相連接，以保證平臺整體穩(wěn)定性。

2.2.2 分段組裝的型鋼腳手架設(shè)計(jì)

爬架上層是分段組裝的型鋼腳手架，由槽鋼、鋼管、扣件等組成，主要用于鋼筋綁扎，模板安裝拆除以及砼澆筑為工人提供操作平臺。腳手架與三角撐連接采用扣件連接，以便于安裝及拆卸。由于主塔塔柱為空間曲面造型，為了與塔柱斷面形狀保持一致，腳手架分成5段制作，各段之間采用腳手架連接成整體。

腳手架底座由［14槽鋼與∠6.5角鋼構(gòu)成。制作時(shí)槽鋼槽口向上，以便在安裝上部腳手架時(shí)增強(qiáng)其安全性。在底座按120 cm焊接一節(jié)100 cm長48 mm鋼管，作為底座與腳手架的連接件，底座與腳手架采用鋼管搭接連接，搭接部分采用三道扣件連接。

上層鋼管腳手架共三層，第一層及二層布置結(jié)構(gòu)為:水平間距1.2 m，縱向間距為1 m，步距為1.8 m。第三層只搭設(shè)外層防護(hù)鋼管，高度為1.2 m。

2.3 爬模施工工藝流程及要點(diǎn)

2.3.1 爬模施工流程

根據(jù)索塔施工的工序及爬模支架設(shè)計(jì)，每一循環(huán)施工分為10個(gè)步驟施工。

(1)在已澆筑的混凝土上節(jié)模板上安裝三角支撐架;

(2)分段吊裝型鋼腳手架安裝在三角支撐架上，各段支架采用鋼管扣件連接。型鋼腳手架外側(cè)底部布設(shè)2道水平鋼管，利用此鋼管分別和底部三角撐預(yù)留豎向鋼管、型鋼腳手架豎向鋼管以扣件方式連接;

(3)以1、2步驟安裝的支架作為施工平臺安裝本節(jié)段鋼筋;

(4)鋼筋安裝完成后拆除上部的型鋼腳手架，此時(shí)施工人員以三角支撐架作為操作平臺安裝本循環(huán)下節(jié)模板并焊接模板拉桿;

(5)下節(jié)模板安裝完成后在模板背楞上掛設(shè)型鋼三角架作為施工平臺安裝上節(jié)模板并掛設(shè)上層三角架。掛設(shè)三角架時(shí)首先在模板背楞上安裝好壓緊螺栓，然后利用卡位板先把三角架掛設(shè)在模板水平背楞上，最后及時(shí)緊固壓緊螺栓的螺帽;

(6)拆除模板中部的型鋼腳手架;

(7)模板加固完成后在上部三角架平臺上澆筑本循環(huán)節(jié)段混凝土;

(8)養(yǎng)護(hù)混凝土至拆模強(qiáng)度后拆除上一循環(huán)模板。模板拆除時(shí)，首先施工人員利用拆除段模板上的三角架作為操作平臺松開水平拉桿，然后在上一節(jié)三角架上掛設(shè)吊籃拆除模板上下層模板間豎向連接螺栓，最后把模板及三角架作為整體吊裝拆除。

(9)繼續(xù)拆除本循環(huán)下節(jié)模板。利用吊籃繼續(xù)拆除本循環(huán)下節(jié)模板水平拉桿，然后施工人員在上部三角架平臺上拆除上下層模板間的豎向連接螺栓。

(10)進(jìn)入下一循環(huán)。

2.3.2 施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

(1)支架搭設(shè)完成后及時(shí)滿鋪腳手板，四周掛設(shè)密目網(wǎng);

(2)當(dāng)截面尺寸變化超過200 cm時(shí)，對上部型鋼腳手架的長度進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)變化;

(3)因支架未通過模板與混凝土拉結(jié)，上層的三角架頂部嚴(yán)禁堆放鋼筋等材料及大型機(jī)具，此時(shí)平臺僅用于操作人員通行;

(4)混凝土澆筑完成后未形成強(qiáng)度前嚴(yán)禁在三角架頂部堆放鋼筋等材料及大型機(jī)具，此時(shí)平臺僅用于操作人員通行;

(5)支架與模板、混凝土拉結(jié)成整體后每榀三角架設(shè)計(jì)荷載20 kN，施工過程中每榀支架最大荷載按15 kN控制;

(6)每2榀支架間均采用鋼管扣件連接;

(7)三角架頂面保持水平，若因截面變化導(dǎo)致頂面傾斜時(shí)及時(shí)調(diào)整斜撐螺桿;

(8)模板拆除前采用塔吊掛住模板吊點(diǎn)并拉緊鋼絲繩，最后一道模板間連接螺栓拆除后平移提升;

(9)非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)(單層模板高度小于2.5 m)施工時(shí)三角架固定在下兩層模板背楞上，模板拆除時(shí)至少保留2層。

3 結(jié)束語

(1)傳統(tǒng)爬模適用于線型變化且截面一致的塔柱施工，模板和操作平臺支架設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，僅須配置2個(gè)節(jié)段的模板支架即可開展循環(huán)施工;本橋塔柱截面沿高度方向變化，所有節(jié)段模板須全部配置，因此設(shè)計(jì)為組合式的平臺支架可按截面尺寸配置三角支撐架、靈活多變、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

(2)本橋塔柱截面沿空間曲線變化，傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)的平臺支架安裝后無法保支架處于豎直狀態(tài)，因此將三角支撐架設(shè)計(jì)為鉸接結(jié)構(gòu)，利用斜桿絲杠可調(diào)整支撐頂橫梁處于水平位置，以保證上部支架豎直度。

(3)三角支撐架設(shè)計(jì)了獨(dú)特的卡位板裝置及單向緊固的壓緊螺栓，安拆簡便快捷，保證了施工操作的便利性，降低了操作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)通過施工過程來看操作簡便、安全可靠，不僅節(jié)省了大量的支架費(fèi)用，而且加快了施工循環(huán)周期。和落地腳手架方案相比，可周轉(zhuǎn)爬架施工節(jié)約支架數(shù)量90%;每循環(huán)期可節(jié)約2天，15個(gè)循環(huán)施工整整節(jié)約工期1個(gè)月，由此產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益80萬元以上。本工程由于無經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，在爬架設(shè)計(jì)時(shí)考慮比較保守，自重稍大，在以后的同類工程施工中可以加以改進(jìn)。

［1］JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［2］GB 500017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］