嘉紹跨江大橋獨(dú)柱形索塔施工關(guān)鍵技術(shù)

殷力立，王召惠，方龍

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241007）

1 工程概述

嘉紹跨江公路大橋主橋索塔采用獨(dú)柱型構(gòu)造，包括塔柱、托架及塔冠。下塔柱下部外側(cè)面斜率：橫橋向1/24.0，順橋向1/30.0，中、上塔柱順橋向外側(cè)面的斜率均為1/63.158，塔柱其余部位均為直線段。塔柱整體采用空心箱形斷面，另在下塔柱底面、托架處、中上塔柱連接處設(shè)置實(shí)心段。根據(jù)受力和總體高度需要，索塔設(shè)置了箱形斷面“X”形支承托架，其懸臂長(zhǎng)度為21.492m，高度從9m漸變到5m。托架為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。主塔均采用C50高性能海工混凝土[1]。

2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1）主橋橋址處于錢塘江河口尖山河段，河床寬淺、潮強(qiáng)流急、漲落潮明顯。大型施工船舶無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間泊位，施工控制難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

2）施工區(qū)域極端氣候較多，且常年遭遇臺(tái)風(fēng)侵襲，施工受氣候影響較大。

3）獨(dú)柱索塔設(shè)置了多處實(shí)心段，混凝土量大，施工中要采取切實(shí)可行的措施，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，以保證混凝土的耐久性。

4）“X”托架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、懸臂長(zhǎng)度大，支架搭設(shè)和混凝土澆筑工藝復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求較高。

5）為保證結(jié)構(gòu)的耐久性，塔柱在+9.0m以下段采用環(huán)氧涂層鋼筋，其施工工藝要求極高，需采取切實(shí)可行的質(zhì)量保證措施。

6）上塔柱斜拉索錨固區(qū)設(shè)置有環(huán)向預(yù)應(yīng)力束，施工難度較大。

塔柱及托架具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 塔柱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Pylon structure diagram

圖2 托架結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Bracket structure diagram

3 主要施工設(shè)備及機(jī)具

根據(jù)塔柱及“X”托架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)布置情況，主要配置設(shè)備和機(jī)具見(jiàn)表1。

表1 單個(gè)主塔主要施工機(jī)械設(shè)備一覽表Table 1 the main construction machinery and equipment list of the single main tower

上述設(shè)備中，攪拌站是全橋共用，距離施工現(xiàn)場(chǎng)約2 km。履帶吊、汽車吊根據(jù)實(shí)際情況在3個(gè)主塔間交替使用，以最大限度發(fā)揮設(shè)備的使用效率。

4 塔柱施工

4.1 模板系統(tǒng)

塔柱外部用液壓自動(dòng)爬模系統(tǒng)，塔柱內(nèi)腔用懸吊模板系統(tǒng)，塔柱內(nèi)外均由大面積模板組成。因下塔柱內(nèi)腔設(shè)計(jì)了加勁肋且斷面變化頻繁，中塔柱下部設(shè)計(jì)了加勁肋，所以在下塔柱內(nèi)腔及中塔柱內(nèi)腔加勁肋段用滿堂腳手架結(jié)合翻模施工。塔柱模板設(shè)計(jì)施工高度4.5m。

在塔柱空心段，液壓爬模系統(tǒng)及內(nèi)腔懸吊模板系統(tǒng)與預(yù)埋在塔柱內(nèi)的錨錐之間用高強(qiáng)度螺栓連接，錨錐另一頭連接精軋螺紋鋼；內(nèi)外模板之間用φ15mm精軋螺紋鋼做對(duì)拉螺桿。在塔柱實(shí)心段，外模板用圓臺(tái)螺母做錨錐，螺紋鋼做對(duì)拉桿。爬模結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3[2]。

圖3 液壓爬模結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Hydraulic climbing form structure diagram

4.2 塔柱鋼筋制作與安裝

塔柱在浪濺區(qū)以下（+9.0m以下）用環(huán)氧涂層鋼筋，其余部分用普通鋼筋。環(huán)氧鋼筋之間用有環(huán)氧涂層的滾軋直螺紋套筒連接，環(huán)氧鋼筋與普通鋼筋之間綁扎連接。鋼筋在加工場(chǎng)加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)綁扎，鋼筋綁扎前先安裝勁性骨架，再依托勁性骨架接長(zhǎng)主筋，最后綁扎箍筋。為防止環(huán)氧涂層被破壞，環(huán)氧鋼筋吊運(yùn)及安裝時(shí)用軟吊帶做吊索，運(yùn)輸時(shí)在車上鋪設(shè)木方，綁扎時(shí)用土工布包裹勁性骨架，綁扎過(guò)程中隨時(shí)修補(bǔ)破損環(huán)氧涂層。

4.3 混凝土澆筑

塔柱混凝土為C50，采用海工混凝土配合比設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)材料組成見(jiàn)表2。

表2 混凝土設(shè)計(jì)材料組成Table2 Concrete design material composition

混凝土在陸地?cái)嚢枵緮嚢韬?，用輸送車送至現(xiàn)場(chǎng)，泵送至塔柱上的中央集料斗，再由集料斗分料入倉(cāng)，此法與泵管沿澆筑斷面四周布置的澆筑方法相比，布料均勻，不會(huì)產(chǎn)生施工冷縫且工效高。

4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

因塔柱施工工藝、高度原因，塔柱在拆模后養(yǎng)護(hù)不能包裹塑料薄膜保濕，而在混凝土表面改涂養(yǎng)護(hù)液。在冬季施工時(shí)，混凝土澆筑結(jié)束后，在混凝土表面覆蓋土工布、帆布保溫，在模板側(cè)面包裹石棉被保溫。待模板拆除后，在混凝土表面噴涂養(yǎng)護(hù)液，包裹石棉被保溫。保溫時(shí)間不低于7 d[3]。

在夏季施工時(shí)，混凝土澆筑結(jié)束，待混凝土終凝后在其表面覆蓋土工布然后灑水保濕；待模板拆除后在混凝土表面噴涂養(yǎng)護(hù)液。

4.5 實(shí)心段溫度控制

從塔柱受力狀態(tài)考慮，設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)心段，即塔柱起始段、中下塔柱連接段（連接“X”托架）、中上塔柱連接段。以上均為大體積混凝土，內(nèi)外溫差較大，極易產(chǎn)生溫差引起的結(jié)構(gòu)裂縫，本工程采用布設(shè)冷卻水管、通循環(huán)水的方法來(lái)降低混凝土內(nèi)部溫度，控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。

根據(jù)監(jiān)控單位要求，在混凝土實(shí)心段內(nèi)部埋設(shè)鋼質(zhì)冷卻水管，冷卻水管水平間距為0.8m，層距為0.75m，單根管長(zhǎng)不超過(guò)200m。出水口和進(jìn)水口集中布置、統(tǒng)一管理。

根據(jù)溫控標(biāo)準(zhǔn)，夏季施工時(shí)，在原材料上部設(shè)置遮陽(yáng)棚；加冰水做拌合水；溫度低于30℃時(shí)澆筑混凝土；混凝土泵管覆蓋土工布并灑水降溫。在冬季施工時(shí)，用熱水拌合混凝土；在混凝土輸送車外包裹保溫被；泵管用雙層土工布包裹，防止混凝土受凍?；炷僚浜媳戎屑尤氲V粉、粉煤灰等低水化熱的膠凝材料，另外加入聚羧酸類緩凝高性能減水劑以降低水灰比[3]。

實(shí)心段施工過(guò)程中，通過(guò)采取以上措施且經(jīng)過(guò)觀測(cè)驗(yàn)證，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到溫控標(biāo)準(zhǔn)，并且混凝土有害裂紋數(shù)量及寬度都得到了有效控制。

5 “X”托架施工

5.1 支架設(shè)計(jì)

托架支架系統(tǒng)采取整體落地結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)由鋼管支撐、平聯(lián)、卸荷塊、主橫梁、貝雷梁、主分配梁、次分配梁、面板等組成。3排φ1000×12mm鋼管支撐為主要受力構(gòu)件，底部全部與固定在承臺(tái)及塔座上的預(yù)埋件固結(jié)，外側(cè)兩排立柱設(shè)計(jì)為斜樁。為平衡托架混凝土澆筑過(guò)程中向外的水平分力，在支架和塔柱之間設(shè)置了扶墻作為水平持載構(gòu)件。支架布置詳見(jiàn)圖4。

圖4 托架支架布置Fig.4 Bracket arrangement

5.2 支架搭設(shè)及預(yù)壓

支架搭設(shè)全部由現(xiàn)場(chǎng)900 t·m塔吊和80 t履帶吊實(shí)現(xiàn)，支架按照由底至頂?shù)捻樞蛞来未钤O(shè)，所需材料均在平臺(tái)上加工成型再起吊安裝，施工中嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量，主要受力構(gòu)件空間位置全部由測(cè)量放樣確定，盡量減小惡劣環(huán)境條件對(duì)支架搭設(shè)精度的影響。

支架分兩段進(jìn)行堆載預(yù)壓，預(yù)壓荷載為恒荷載的110%，首段預(yù)壓綜合考慮兩層恒載重量取值，待首段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并張拉完成后，進(jìn)行末段支架預(yù)壓，預(yù)壓荷載與實(shí)際施工荷載基本一致。

5.3 模板施工

托架外模板由塔座大塊定型模板改制而成，4個(gè)肢共配備兩套，兩兩對(duì)稱施工，再周轉(zhuǎn)使用到另外兩個(gè)肢使用。

托架內(nèi)腔構(gòu)造復(fù)雜，倒角多且不規(guī)則，內(nèi)模采用組拼小鋼模，按不同規(guī)格采購(gòu)，方便內(nèi)腔倒角拼裝，規(guī)格尺寸包括60 cm×20 cm、120 cm×30 cm，150 cm×30 cm等，小鋼模在施工平臺(tái)上拼裝成大塊模板，再起吊安裝，便于操作和拼裝精度控制，內(nèi)模通過(guò)拉桿與外模對(duì)拉固定。

5.4 鋼筋混凝土施工

5.4.1 托架鋼筋施工

托架鋼筋主要有φ25、φ20、φ16三種，其中，主筋（即縱向鋼筋）φ25需在塔柱施工時(shí)提前預(yù)埋，托架鋼筋施工時(shí)直接鑿出連接套筒接長(zhǎng)。托架與塔柱連接的混凝土施工縫需要深度地鑿毛，確保連接效果。

5.4.2 托架混凝土施工

托架混凝土澆筑時(shí)利用托架內(nèi)外側(cè)腳手架作為施工平臺(tái)。托架單肢布置1臺(tái)拖泵，按照對(duì)稱下料、分層布料的原則進(jìn)行，在下層混凝土初凝前完成上層混凝土的布料及振搗。單肢托架分3次澆筑。

6 關(guān)鍵施工技術(shù)

嘉紹大橋主塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，施工工序繁雜，其中運(yùn)用了新穎技術(shù)和工藝，下面分別進(jìn)行介紹。

6.1 真空輔助壓漿工藝

真空輔助壓漿技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工中大力推廣的一項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)的壓漿技術(shù)相比，它提高了預(yù)應(yīng)力孔道灌漿的飽滿度和密實(shí)度，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和使用性能。嘉紹大橋索塔預(yù)應(yīng)力管道均采用真空壓漿[4]。

6.1.1 原理簡(jiǎn)介

真空輔助壓漿的基本原理：在孔道的一端采用真空泵對(duì)孔道進(jìn)行真空處理，使之產(chǎn)生-0.08～-0.1MPa真空度。然后用灌漿泵將優(yōu)化后的水泥漿從孔道的另一端灌入，直至充滿整條孔道，并加以小于0.8MPa的正壓力，以提高預(yù)應(yīng)力孔道的飽滿度和密實(shí)度。

6.1.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)[4]

1）在近似真空狀態(tài)下，孔道內(nèi)的空氣、水分及水泥漿中的氣泡大部分被消除，減少了孔隙及泌水現(xiàn)象。

2）灌漿過(guò)程中孔道具有良好的密封度，使?jié){體保證充滿整個(gè)孔道。

3）工藝及漿體的優(yōu)化，消除了裂縫的產(chǎn)生，使灌漿飽滿性及強(qiáng)度得到保證。

4）真空輔助灌漿是一個(gè)連續(xù)且迅速的過(guò)程，大大縮短了灌漿時(shí)間，提高了工效。

6.1.3 施工工藝

真空輔助壓漿的工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 真空輔助壓漿工藝流程圖Fig.5 Process flow diagram of vacuum aid grouting technology

壓漿過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：

1）真空泵接好之后，應(yīng)先啟動(dòng)真空泵抽取真空，使真空度達(dá)到-0.08～-0.1MPa并保持穩(wěn)定。

2）灌漿過(guò)程中，真空泵應(yīng)保持連續(xù)工作，中途不能停頓。

3）漿體攪拌時(shí)間不得少于1min。

6.2 環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)

為了平衡斜拉索的水平分力和增強(qiáng)混凝土塔柱與鋼錨箱的連接，在斜拉索錨固區(qū)設(shè)置了15-12環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束，單個(gè)主塔計(jì)80束，每束呈“U”形布置，每?jī)墒鵀?組，對(duì)稱布置，詳見(jiàn)圖6。

圖6 環(huán)向預(yù)應(yīng)力平面布置圖Fig.6 layout of circum prestress

6.2.1 波紋管及鋼束的定位安裝

由于環(huán)向預(yù)應(yīng)力在塔內(nèi)是“U”形布置，波紋管的安裝必須確保每隔1m即有一個(gè)“井”字形或倒“U”形鋼筋包箍，以保證混凝土澆筑振搗過(guò)程波紋管的牢固。接頭采用波紋管專用的“大小頭”結(jié)構(gòu)，并用膠帶纏繞固定。

由于環(huán)向預(yù)應(yīng)力呈“U”形布置，鋼束的穿行難度較大。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況和以往施工經(jīng)驗(yàn)，本工程采用逐根穿行的方法，并用膠帶裹住端頭，防止刮傷波紋管管壁。待鋼束穿完后需安排專人檢查波紋管破損情況，并及時(shí)修復(fù)。

6.2.2 防劈鋼筋的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

由于環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束曲率半徑很小，為防止混凝土劈裂，在彎曲鋼束部分沿徑向設(shè)置防劈裂鋼筋，且采用雙筋布置。具體布置見(jiàn)圖7。

圖7 環(huán)向預(yù)應(yīng)力防劈鋼筋布置示意圖Fig.7 Arrangement of circum prestress prevent split rebar

需要強(qiáng)調(diào)的是，防劈鋼筋的設(shè)置是為了防止預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)鋼束彎曲段混凝土被拉裂，所以數(shù)量上必須滿足，且要布滿整個(gè)彎曲段。與主筋連接部位做成勾狀，并焊接牢固，確?；炷琳駬v過(guò)程中不脫落。

6.2.3 深埋錨施工技術(shù)

為保證張拉質(zhì)量，避免預(yù)應(yīng)力錨具布置切斷主筋和景觀需要，預(yù)應(yīng)力采用深埋錨工藝，即錨墊板栓接一段鋼套筒（或盒型裝置）。預(yù)應(yīng)力的張拉、封錨均在外接套筒內(nèi)完成。這種工藝方法有效避免了受力鋼筋被切斷，封錨修補(bǔ)后的混凝土外表情況良好，詳見(jiàn)圖8。

在深埋錨張拉、壓漿過(guò)程完成后，預(yù)埋的套筒可能較深，后期填芯混凝土?xí)r需在套筒內(nèi)安設(shè)鋼筋網(wǎng)片并確保一定的保護(hù)層厚度，然后采用與主體結(jié)構(gòu)相同標(biāo)號(hào)的混凝土填筑。

圖8 深埋錨施工現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.8 Embedded anchor construction site

7 結(jié)語(yǔ)

嘉紹跨江大橋與國(guó)外內(nèi)其他斜拉橋相比，具有主橋規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高。嘉紹大橋主塔施工運(yùn)用一系列新材料、新工藝、新方法，完美地完成了6個(gè)主塔的施工任務(wù)，為惡劣水域環(huán)境索塔施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步推動(dòng)了大跨徑橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。

[1] 嘉興至紹興跨江公路通道嘉紹大橋施工設(shè)計(jì)圖[M].北京：中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，2009.Construction design drawing of Jiaxing-Shaoxing Bridge of the Jiaxing-Shaoxing River-Crossing Highway paths[R].Beijing：CCCC Highway Consultants Co.，Ltd.，2009.

[2] 橋梁高塔（墩）液壓爬模施工工法[Z].武漢：中交第二航務(wù)工程局有限公司，2005.Hydraulic climbing form construction method of high towers（or piers）of bridges[Z].Wuhan：CCCC Second Harbor Engineering Co.，Ltd.，2005.

[3] 李維洲，文兆全.杭州灣跨海大橋南航道橋主塔施工關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2008（4）：50-55.LI Wei-zhou，WEN Zhao-quan.Construction of main pylon of south navigable bridge of Hangzhou Bay Sea-crossing Bridge[J].China Harbour Engineering，2008（4）：50-55.

[4] 李堅(jiān)，胡炎生，顧強(qiáng).奉浦大橋主橋橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[C]//’95預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和剛構(gòu)橋?qū)W術(shù)會(huì)議論文集.北京：中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)，1995.LI Jian，HU Yan-sheng，GU Qiang.Main bridge pier foundation design of Fengpu Bridge[C]//Academic conference proceedings of prestressed concrete continuous beams and rigid frame bridges in 1995.Beijing：China Civil Engineering Society，1995.