鋼—混疊合塔施工技術(shù)

摘要：馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋左汊主橋?yàn)橹骺?080m的三塔兩跨懸索橋，中塔采用鋼-混疊合、塔梁固結(jié)新結(jié)構(gòu)。文章針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土下塔柱、鋼-混疊合段、塔梁固結(jié)段及重量超過(guò)200t的鋼塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段安裝、線形控制等施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析說(shuō)明，供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江公路大橋；疊合塔；鋼塔安裝；線形控制

中圖分類號(hào)：TU9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）08-0049-02

1 工程概況

馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋左汊主橋?yàn)槿煽鐟宜鳂颍鐝浇M成為360m+2×1080m+360m=2880m，中塔橫向?yàn)殚T式框架結(jié)構(gòu)，由上下塔柱、塔頂裝飾段及上下橫梁組成。

下塔柱按照預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高37.5m，橫橋向?qū)挾?.2～12m，順橋向?qū)挾?7～25m，塔柱頂設(shè)置7.5m高實(shí)體段，截面采用單箱單室結(jié)構(gòu)。單個(gè)塔柱配有110束Φs15.2～19mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線束。

上塔柱高127.8m，橫橋向?qū)挾?.0m，順橋向?qū)挾?～11m，塔柱共劃分為21個(gè)節(jié)段（T1-T21），節(jié)段長(zhǎng)度為5.0～9.55m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度為6m?？紤]到索塔安裝中的誤差調(diào)整，在J1、J5、J11、J16處設(shè)置調(diào)整接頭。

下橫梁為塔、梁固結(jié)的一部分，梁高6.5m，上橫梁由上、中、下梁三部分組成。

鋼上塔柱根部的壓力通過(guò)鋼塔柱底座板傳遞到混凝土下塔柱中，而拉力則通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線索傳遞到混凝土下塔柱中，單個(gè)塔柱疊合面布置110根Φs15.2～37體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線索。單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線索恒載時(shí)預(yù)應(yīng)力為5000kN。

2 施工關(guān)鍵點(diǎn)分析

2.1 下塔柱施工

下塔柱結(jié)構(gòu)尺寸大，單個(gè)塔柱內(nèi)布置有220束鋼絞線，除常規(guī)的鋼筋、混凝土施工外，塔柱內(nèi)預(yù)應(yīng)力孔道的定位是下塔柱施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2 鋼-混疊合、塔梁固結(jié)段施工

鋼-混疊合、塔梁固結(jié)段是疊合塔結(jié)構(gòu)受力最復(fù)雜的部位，疊合段高2m，需在T1節(jié)段架設(shè)后施工，其中大面積封閉條件下混凝土與底座板接觸面的密貼、鋼塔T1節(jié)段定位、塔梁固結(jié)施工順序的安排是施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.3 鋼塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段安裝

鋼塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段最大重量達(dá)213.5t，此前國(guó)內(nèi)類似項(xiàng)目采用進(jìn)口的塔吊安裝，其吊重不能超過(guò)160t，明顯不能滿足本項(xiàng)目要求，需重新選擇安裝設(shè)備，也是施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.4 鋼塔線形控制

鋼塔安裝需重現(xiàn)工廠制造精度，采取有效措施恢復(fù)工廠匹配制造時(shí)相連節(jié)段的相對(duì)幾何位置和相連節(jié)段端面的金屬接觸率，有嚴(yán)格的驗(yàn)收指標(biāo)，如何做好控制工作，也是施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 疊合塔施工技術(shù)

3.1 預(yù)應(yīng)力孔道定位

下塔柱內(nèi)布置有220束預(yù)應(yīng)力束，采用直徑110mm、254mm鋼管預(yù)埋形成孔道，其定位精度要求為2mm，針對(duì)這一要求，參照斜拉橋索導(dǎo)管定位技術(shù)，利用勁性骨架進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道定位，成功解決這一難題。

勁性骨架采用角鋼、型鋼分節(jié)制作，為保證預(yù)應(yīng)力孔道定位準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)裝置和定位鋼板。

勁性骨架分塊吊裝，安裝時(shí)先放出勁性骨架安裝控制點(diǎn)，每片勁性骨架最少放出4個(gè)角點(diǎn)，并做出標(biāo)記，焊好定位點(diǎn)，定位點(diǎn)標(biāo)高與勁性骨架下口一致，平面位置位于骨架外側(cè)，安裝時(shí)用尺校核安裝精度，穿入預(yù)埋鋼管后利用調(diào)整裝置進(jìn)行精確定位，焊接定位鋼板將管道與勁性骨架定位牢固。

弧形段鋼管在后場(chǎng)放大樣，事先彎制成形，彎制時(shí)管內(nèi)灌砂，防止變形。

3.2 塔梁固結(jié)段施工順序

按設(shè)計(jì)要求，下塔柱施工完成并張拉結(jié)束后，安裝鋼定位架，架設(shè)T1、T2節(jié)段和下橫梁，完成連接后進(jìn)行疊合段施工，通過(guò)前期分析，存在如下問(wèn)題：

3.2.1 采用鋼定位架支撐T1節(jié)段，疊合段作業(yè)空間被定位架分割，將大大增加疊合段施工難度，T1節(jié)段調(diào)整裝置安裝也有問(wèn)題。

3.2.2 先將塔柱與下橫梁固結(jié)，再澆筑疊合段，施工過(guò)程中因溫度變形引起的下橫梁內(nèi)力經(jīng)建模分析將達(dá)到3000t，定位架與T1間連接相對(duì)較弱，加上下橫梁支架也存在溫度變形的問(wèn)題，實(shí)際上在疊合段施工前，鋼塔結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

基于以上原因，為保證疊合段施工質(zhì)量，提高鋼塔起始節(jié)段定位精度，減少溫度應(yīng)力影響，實(shí)施時(shí)對(duì)施工方案、順序做如下調(diào)整：

采用定位柱、調(diào)整裝置替代定位架，合理利用疊合段內(nèi)空間，先利用落地支架架設(shè)橫梁，再架設(shè)T1節(jié)段，調(diào)整完成后進(jìn)行疊合段施工，固定鋼塔起始段位置，再架設(shè)T2節(jié)段，張拉無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束后進(jìn)行塔梁固結(jié)，如此可成功避免以上問(wèn)題。

3.3 T1節(jié)段定位

鋼-混疊合段共布置6個(gè)鋼筋混凝土定位柱，定位柱平面尺寸為80×80cm，高為1.98m，頂上設(shè)鋼板，鋼板上開有錨桿孔、混凝土澆筑孔等。

定位柱位置由測(cè)量組放樣確定，平面位置偏差小于10mm，預(yù)留孔偏差小于10mm，頂面標(biāo)高低于設(shè)計(jì)鋼-砼疊合面10～20mm。

T1與立柱通過(guò)在定位柱上的4個(gè)錨固螺桿鎖定，定位柱施工時(shí)在相應(yīng)位置用直徑100mm鋼管預(yù)留孔洞，在T1節(jié)段精確調(diào)整后插入錨桿，注入支座壓漿料完成標(biāo)高、位置的鎖定。

為精確調(diào)整T1節(jié)段位置，在下塔柱頂設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)現(xiàn)平面、豎向調(diào)整，系統(tǒng)由豎向、水平向千斤頂、鋼墊塊、滑動(dòng)裝置等組成，可方便調(diào)節(jié)T1節(jié)段位置。

T1節(jié)段安裝時(shí)先落到定位柱上，利用4臺(tái)500t豎向頂調(diào)整標(biāo)高，再利用50t橫向頂精確調(diào)整位置，檢查其空間位置，控制定位誤差小于1mm，最后鎖定，完成T1節(jié)段安裝。

3.4 疊合段施工

T1節(jié)段高5.8m，底座板尺寸為15.9×7.8m，下塔柱頂平面尺寸為17.0×9.2m，疊合段混凝土澆筑時(shí)，大部分面積均位于T1節(jié)段底座板下。

疊合段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何保證混凝土頂面與鋼座板底面的密貼，以有效傳遞壓力，保證結(jié)構(gòu)安全是疊合段施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

為解決這一問(wèn)題，在廣泛收集相似結(jié)構(gòu)施工資料的基礎(chǔ)上，提出鋼-混疊合段試驗(yàn)方案，通過(guò)1/4模型試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)施效果，試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

3.4.1 通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證大面積底座板下鋼板與混凝土的密實(shí)性與密貼性。

3.4.2 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)研究，確定混凝土配合比、施工工藝等，為正式結(jié)構(gòu)施工提供參考數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)時(shí)采用多種原材料，不斷優(yōu)化配合比，經(jīng)過(guò)上百次試驗(yàn)后得出以下結(jié)論：采用混凝土進(jìn)行疊合段施工，表面密貼度只能達(dá)到70%以上，混凝土自身含氣及頂部密封是造成混凝土頂面與鋼板接觸面存在較多氣泡的原因，混凝土自身含氣量可以通過(guò)措施減少但不能徹底消除，頂板粘附的氣泡在混凝土流動(dòng)的情況下有減少，但因混凝土在封閉條件下流動(dòng)性差，易形成固定通道而效果不明顯。

在此基礎(chǔ)上，借鑒大型支座壓漿效果較好的實(shí)際情況，決定對(duì)模型表面與頂板接觸處5cm高度用高強(qiáng)度砂漿填充，檢查其頂部的接觸情況。

從試驗(yàn)結(jié)果看，采用砂漿進(jìn)行疊合段頂面5cm的壓注，可以大大改善頂面氣泡的逸出條件，頂面氣泡小、數(shù)量少，疊合段頂面與鋼板接合良好。

為驗(yàn)證工藝的可靠性和可重復(fù)性，保證在同樣的施工方法下實(shí)現(xiàn)混凝土頂面與鋼板的密貼，進(jìn)行了第二次試驗(yàn)，通過(guò)檢查，采用混凝土加砂漿方案，頂面密貼度達(dá)92%以上，可以滿足施工需要。

實(shí)施時(shí)嚴(yán)格按試驗(yàn)確定的工藝進(jìn)行，保證疊合段施工質(zhì)量。

3.5 鋼塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段架設(shè)

鋼塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段最大重量為213t，安裝重量達(dá)235t，當(dāng)時(shí)無(wú)相應(yīng)安裝設(shè)備，前期通過(guò)大量的研究調(diào)查工作，中鐵大橋局決定與中聯(lián)重科聯(lián)合進(jìn)行D5200-240塔吊的研制工作，其理由如下：

3.5.1 塔吊技術(shù)成熟，使用方便，與鋼塔的連接簡(jiǎn)單，可以通過(guò)平衡重消除其對(duì)鋼塔線形的影響。

3.5.2 不需要配浮吊進(jìn)行節(jié)段的轉(zhuǎn)運(yùn)工作，可以直接從船上吊裝。

3.5.3 安裝、拆除簡(jiǎn)單，施工風(fēng)險(xiǎn)較少。

3.5.4 國(guó)內(nèi)研發(fā)技術(shù)、材料、制造水平、檢測(cè)技術(shù)能夠滿足研制要求。

3.5.5 以前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中超重、超大、超高的塔式起重機(jī)全部被進(jìn)口品牌壟斷，研制出最大起重力矩達(dá)到5000t·m以上、起重240t載荷時(shí)起升高度達(dá)200m以上的上回轉(zhuǎn)塔機(jī)是橋梁裝備研制的一次新突破，將為我國(guó)懸索橋、斜拉橋、高聳建筑等的建造提供強(qiáng)有力的技術(shù)裝備支撐，打破了國(guó)外同類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)大型工程中的壟斷地位。

隨著D5200塔吊的研制并成功應(yīng)用，順利完成本橋中塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段架設(shè)工作，并創(chuàng)造鋼塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段架設(shè)速度2.3天/節(jié)段的施工記錄。

3.6 鋼塔線形控制

塔柱架設(shè)是再現(xiàn)工廠制造精度的過(guò)程，核心問(wèn)題是采取有效措施恢復(fù)工廠匹配制造時(shí)相連節(jié)段的相對(duì)幾何位置和相連節(jié)段端面的金屬接觸率。

鋼塔制造精度是決定鋼塔安裝精度的最主要因素，鋼塔節(jié)段廠內(nèi)制造時(shí)端面機(jī)加工完成后進(jìn)行逐段預(yù)拼，檢查金屬接觸率、接頭相對(duì)幾何位置，符合驗(yàn)收要求后做出控制基線，作為架設(shè)時(shí)測(cè)量控制基點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)3道主動(dòng)橫撐進(jìn)行線形控制，測(cè)量人員全程跟蹤測(cè)量，及時(shí)反饋信息，利用調(diào)整接頭消除安裝累積誤差，取得較好成果。

4 實(shí)施效果

疊合塔施工技術(shù)在馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋左汊主橋中塔施工中得到應(yīng)用，中塔于2011年1月份開始施工，至2012年2月全部結(jié)束，歷時(shí)14個(gè)月，混凝土強(qiáng)度、張拉質(zhì)量、鋼塔線形控制等各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著橋梁技術(shù)的發(fā)展，懸索橋、斜拉橋跨度越來(lái)越大，塔柱高度也越來(lái)越高，大跨度橋梁的上塔柱一般采用柔性結(jié)構(gòu)，以減少因彎矩引起的塔柱內(nèi)力，但在橋面以下的塔柱則需提供強(qiáng)大的支撐，又有一定的剛度要求。因此，塔柱設(shè)計(jì)有下剛上柔的特點(diǎn)，采用鋼混疊合塔的形式可以較好地發(fā)揮材料性能，節(jié)省工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，具有廣闊的應(yīng)用前景，本文所述疊合塔的施工技術(shù)，對(duì)類似工程具有參考意義。

作者簡(jiǎn)介：吳義龍（1971—），男，中鐵大橋局集團(tuán)第四工程有限公司高級(jí)工程師，研究方向：鐵道工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）