蔡家嘉陵江大橋主塔施工關(guān)鍵技術(shù)

王軒

摘 要：以重慶軌道交通六號線二期蔡家嘉陵江大橋為背景，對斜拉橋主塔的施工關(guān)鍵技術(shù)作了較為詳細(xì)的探討和闡述，以積累斜拉橋施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；主塔；施工技術(shù)

1 工程概況及特點

蔡家嘉陵江大橋主橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋， 60m+135m+250m+135m+60m 5跨連續(xù)梁，塔梁固結(jié)。索塔為鋼筋砼菱形橋塔，包括墩柱、下塔柱、中塔柱和上塔柱，塔柱采用空心箱形斷面，單肢為單箱單室，墩柱部分為單箱雙室。斜拉索采用混凝土齒板錨固于上塔柱箱室的梗掖處，上塔柱錨固區(qū)段設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力。主塔塔身設(shè)有勁性骨架以滿足施工需要。

2 總體施工方法

2.1 主塔施工節(jié)段劃分

P5塔柱分34個節(jié)段。其中墩柱4個節(jié)段，首節(jié)段為1.5m，其余均為6m；下塔柱13個節(jié)段，第17節(jié)段為2.909m，其余均為6m；中塔柱8個節(jié)段，第18和25節(jié)段分別為4.591m和3.364m，其余均為6m；上塔柱分9個節(jié)段，其中第26、27、34節(jié)段分別為5.7m、5.2m、3.836m，其余均為4.4m。P4塔柱分33個節(jié)段，沒有首節(jié)段的1.5m，其余與P5相同。具體分節(jié)劃分如圖1。

2.2 主塔總體施工步驟及方法

（1）本工程從墩柱到上塔柱均采用爬模施工，爬模分別配備塔身外模及爬架，外模不包括塔身交匯處及裝飾凹槽處的異形模板。外模采用進(jìn)口維薩板，內(nèi)模采用定型鋼模（倒角模板）和木模結(jié)合的方式。

（2）鋼筋與勁性骨架。塔柱內(nèi)豎向主筋均采用直螺紋套筒機械連接，并采用勁性骨架進(jìn)行鋼筋的空間定位，勁性骨架采用型號不同的角鋼拼成桁架，在地面單片制作、塔上整體拼裝。

（3）橫隔板。橫隔板與塔柱同步施工，采用牛腿支架作支撐。

（4）塔梁固結(jié)段。固結(jié)段與塔柱同步澆筑。

3 主塔施工關(guān)鍵工序

3.1 塔柱施工

本橋共有兩座索塔，分別是P4索塔總高178m，P5索塔總高179.5m，P5塔底比P4塔底矮1.5m，采用等截面處理，其它結(jié)構(gòu)與P4完全相同。其中上塔柱高41.136m，中塔柱高43.955m，下塔柱高75.909m，P5墩柱高18.500m， P4高為17.000m。橋面以上78m，單肢橫寬2.8m，縱寬6m；下塔柱單肢橫寬由2.8m變化到4m，縱寬由6m變化到8.896m；塔底橫寬12.26m，橋面處塔柱橫向總寬19.5m。順橋向側(cè)，墩柱及下塔柱斜率為67.333：1，中、上塔柱為豎直段；橫橋向，墩柱及下塔柱外側(cè)斜率為26.934：1，內(nèi)側(cè)為12.192：1，中、上塔柱斜率為11.104：1。

塔柱采用空心箱形斷面，單肢為單箱單室，墩柱部分為單箱雙室，左右走向塔柱壁厚為1m；前后走向墩柱部分外側(cè)壁厚1.5m，中間腹板厚1m，下塔至橫隔板B外側(cè)壁厚1.5m變化到0.8m，內(nèi)側(cè)均為0.8m，橫隔板B到中塔柱頂，內(nèi)、外側(cè)塔柱壁厚均為0.8m。橫隔板A厚度為2.0m，橫隔板B厚度為0.8m。194.78m高程以下箱室采用C20素砼回填。

3.1.1 勁性骨架施工

為了固定塔柱鋼筋以及增強模板的穩(wěn)定，在塔柱內(nèi)設(shè)置了勁性骨架。按設(shè)計圖紙要求，將各種型號的角鋼焊接成桁架以承受模板、鋼筋、新澆砼的自重水平分力及風(fēng)力。勁性骨架首節(jié)預(yù)埋于承臺混凝土中。勁性骨架的加工和安裝精度直接影響塔柱鋼筋、模板、斜拉索預(yù)埋套管的定位，所以確保勁性骨架的加工和安裝精度是控制主塔施工精度的關(guān)鍵。

根據(jù)施工精度及減少高空塔上作業(yè)量的需要，勁性骨架的制作與安裝盡量在地面將一切工作做好。骨架采用地面單塊制作、塔上整體拼裝的方式施工。因混凝土分層高度為6m，考慮骨架整體拼裝的輕便性，單塊骨架的制作安裝高度取為 3m。每節(jié)勁性骨架制作時，先加工各單塊骨架，再按各側(cè)組合成單側(cè)骨架，最后將四面單側(cè)骨架拼成整體。為了保證勁性骨架的加工精度， 首先對地表進(jìn)行整平處理，然后澆注混凝土面層，水平高差在±3mm以內(nèi)，以此作為勁性骨架的加工平臺。勁性骨架在地面上的所有制作工序均在此加工平臺上完成，采用平臥法加工。為保證單塊骨架加工精度及制作方便，根據(jù)骨架制作的重復(fù)性，在平臺上實樣劃出各大小片的尺寸和角鋼布置位置，通過采取設(shè)置焊接胎架及勁性夾具的措施來控制骨架焊接變形，以減小加工誤差。加工完單塊骨架，再將各單塊骨架按每側(cè)組拼成單側(cè)組合骨架。根據(jù)塔柱尺寸和設(shè)計圖紙要求畫出骨架側(cè)向截面整體尺寸于平臺上。用垂球和全站儀校核垂直度，然后完成單塊骨架的拼裝。確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全和垂直精度，勁性骨架利用現(xiàn)場施工塔吊起吊安裝。勁性骨架在地面單塊制作安裝好以后，利用塔吊吊裝，在塔柱施工節(jié)段就位。第一節(jié)在承臺混凝土施工時預(yù)埋，以上各節(jié)的連接采用搭接，搭接長度為0.3m，搭接位置設(shè)節(jié)點板焊接連接。各單塊骨架間的水平連接采用焊接。勁性骨架的空間位置采用全站儀通過確定各角點的三維空間位置來調(diào)節(jié)，符合要求后，將骨架互相連接、焊牢。本橋塔柱均有傾斜度，安裝時勁性骨架需要設(shè)置一定量的預(yù)偏。

3.1.2 鋼筋施工

塔柱主筋為直徑Φ32mm和Φ28mm的螺紋鋼筋， 主筋全部采用CABR鋼筋等強直螺紋接頭連接。在承臺施工時預(yù)埋墩柱第一節(jié)段的勁性骨架及豎向鋼筋。墩柱段鋼筋綁扎之前要先用Φ48mm×3·5mm鋼管搭設(shè)腳手架（包括塔柱內(nèi)外腳手架）。鋼筋綁扎應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙和規(guī)范進(jìn)行，同時注意要將所有埋設(shè)的預(yù)埋件按設(shè)計位置埋設(shè)準(zhǔn)確。索塔在上塔柱有12Φj15·24環(huán)向預(yù)應(yīng)力和斜拉索預(yù)埋索套管，主筋接長前要先把這些預(yù)埋件的位置在勁性骨架上放出并做標(biāo)記，注意主筋與箍筋綁扎時把預(yù)埋件的位置避開留出（以免安裝預(yù)埋件時要切割較多鋼筋）待預(yù)埋件安裝完成后再行安裝綁扎。主筋連接時將扳手鉗頭咬住連接鋼筋，垂直鋼筋軸線均勻加力，嚴(yán)禁鋼筋絲頭未擰入連接套筒就用扳手連接鋼筋。否則會損壞接頭絲扣，造成鋼筋連接質(zhì)量事故。主筋的上端用扎絲與勁性骨架綁扎牢固。主筋接好并檢查所有接頭合格后，進(jìn)行箍筋綁扎。每一層箍筋由下而上綁扎，箍筋平直部分與豎向鋼筋交叉點，可每隔一根箍筋相互成梅花式扎牢。綁扎高度按每次砼澆筑高度進(jìn)行。鋼筋綁扎時應(yīng)將模板對拉螺桿的位置留出，保證對拉螺桿能順利對穿。

3.1.3 拉索導(dǎo)管定位施工

拉索導(dǎo)管是斜拉索的主要預(yù)埋構(gòu)件，其安裝精度在施工中要求很高，必須嚴(yán)格保證其定位的精度。拉索導(dǎo)管安裝采用先粗略定位，再精確定位加固的方法施工。其定位作業(yè)程序與方法如下：（1）安裝勁性骨架并定位。（2）首先用水平尺、鋼尺和垂球等，將導(dǎo)管的概略位置放樣在勁性骨架上。（3）在勁性骨架的導(dǎo)管位置上焊設(shè)定位架。（4）將導(dǎo)管置于固定架上，使之基本就位并初步穩(wěn)定。（5）由控制點上的全站儀直接測量導(dǎo)管上口的A、B兩點及下口F點的三維坐標(biāo)，并由實測坐標(biāo)計算O和O′的三維坐標(biāo)及兩中心間距。（6）將導(dǎo)管調(diào)整到設(shè)計位置并檢測。可用手拉葫蘆分別吊住導(dǎo)管的兩端，調(diào)整時僅可移動一端，另一端不動。（7）由實測坐標(biāo)（調(diào)整到位后）、斜拉索的空間方向余弦（設(shè)計值）和兩中心間距計算管口中心的設(shè)計坐標(biāo)。（8）將管口中心調(diào)整到設(shè)計位置并檢測，然后計算實測點位至斜拉索軸線的垂距（偏差值）。（9）復(fù)測并再次調(diào)整。（10）重復(fù)⑥～⑨，直至滿足定位精度要求。具體情況見圖2所示。

3.1.4 模板施工

塔柱外模板為專門設(shè)計制作的定型組合模板，主要由豎楞、背楞、面板及對拉螺桿等組成， 豎楞用工字木梁（或幾型鋼），背楞采用槽鋼，為保證混凝土外觀的平整光潔，模板面板采用進(jìn)口維薩板。塔柱內(nèi)模板采用鋼模和木模組合的形式。倒角處采用定型鋼模，直線段采用竹膠板、方木和槽鋼加工的木模。塔柱內(nèi)腔尺寸隨高度一直在變化中，通過逐層裁剪直線段木模的方式進(jìn)行匹配。模板組合方式見圖3所示。由于塔柱截面一直處于變化中，因此內(nèi)、外模板應(yīng)隨截面尺寸增減做相應(yīng)調(diào)整。調(diào)整方式為在原有模板尺寸的基礎(chǔ)上直接加寬或裁剪。其模板配置如下：塔柱橫橋向：從塔底至分肢處，每節(jié)由三塊模板構(gòu)成（MB1正、MB2和MB1反）；分肢部分，每個分肢各由1塊模板構(gòu)成，分別為MB1正和MB1反；上塔柱部分，前兩個施工節(jié)段，每節(jié)由三塊模板構(gòu)成（MB1正、MB4和MB1反），其余節(jié)段均由MB1正和MB1反兩塊模板構(gòu)成。塔柱順橋向：從塔底到頂部外側(cè)均由MB3和MB3反兩塊模板構(gòu)成，其中橫梁預(yù)應(yīng)力處采用竹膠板自制；分肢內(nèi)側(cè)模板采用MB4和MB2改兩塊模板構(gòu)成。模板支好后，用三維坐標(biāo)法進(jìn)行模板驗收測量，復(fù)核模板頂口平面位置及高程，此時還應(yīng)測出模板四角點的實際標(biāo)高，如果實際標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高差值超出一定范圍，對塔柱的分段尺寸施工有顯著影響時，應(yīng)重新放樣，調(diào)整模板高度，待合格后方可澆筑混凝土。

圖3 內(nèi)模組合示意圖

3.1.5 混凝土施工

主塔墩柱和下塔柱砼強度等級采用C50，中塔柱和上塔柱砼強度等級采用C55，并能滿足高空泵送要求。塔柱混凝土的垂直輸送，由一臺HBC80E型拖泵來完成，一次泵送至塔柱模板內(nèi)?；炷链怪陛斔凸苎仨槝蛳蚝涌鐐?cè)的塔柱上鋪設(shè)，用“Ω”型卡固定在專用架上，并間隔一定距離用鋼絲繩吊掛于塔柱的原模板對拉螺栓上。輸送管的直徑為125mm，隨塔身上升而上升，工作面上采用水平管或三通截止閥外接軟管布料?；炷翐接幸欢ū壤耐鈸絼?，以改善混凝土的性能，提高混凝土高距離的可泵性。同時減少水泥用量，推遲水化熱的峰值?？刂扑涠葹?4-16cm；初凝時間8-10h。每段混凝土分層澆筑分層厚度30cm?；炷潦┕r應(yīng)注意以下幾點：（1） 因主塔砼均采用商品砼，應(yīng)對其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。塔身砼配合比進(jìn)行優(yōu)化選擇，材料采用同一廠家、同一品牌的水泥，砂石料和外摻劑等亦采用相同的產(chǎn)品，不得變更。砼攪拌均勻，保證其工作性能，確保塔身砼整體上色澤一致。（2）因主塔存在內(nèi)傾角和內(nèi)倒角，混凝土振搗過程中特別注意這些部位混凝土的分層，并保證振搗不出現(xiàn)漏振和過振現(xiàn)象。（3）上塔柱有預(yù)應(yīng)力束及齒塊，所以在混凝土下料及振搗過程中都應(yīng)避免直接沖擊預(yù)應(yīng)力管道，以防止損傷波紋管。振搗要密實，個別部位必要時要在模板上開洞振搗。（4）做好混凝土的終凝后的灑水養(yǎng)護工作?；炷琉B(yǎng)護采用在爬架平臺上沿塔身結(jié)構(gòu)界面布設(shè)一圈不銹鋼管，鋼管下口每隔10cm設(shè)置一直徑約8mm下水眼，利用此下水眼出水對塔身進(jìn)行養(yǎng)生。養(yǎng)護時采用嘉陵江水，利用高壓水泵往塔身輸送，泵管采用高強鋼帶管，管線沿塔吊塔身布設(shè)。到中上塔后，在橋面上安置水箱，設(shè)置二級泵。

3.1.6 預(yù)應(yīng)力施工

主塔的上塔柱布置為12Φj15·24環(huán)向預(yù)應(yīng)力。根據(jù)設(shè)計要求，本工程采用塑料波紋管，安裝時應(yīng)每隔1m左右用定位筋固定好，起彎處應(yīng)加密，并做好波紋管的保護，特別是接頭位置及鋼筋電焊區(qū)域應(yīng)防止波紋管破壞。波紋管預(yù)埋注意保證位置的準(zhǔn)確和線形平順以及施工時要加強保護，防止電焊火花燒傷。預(yù)應(yīng)力筋的張拉需在混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的90%以上時進(jìn)行。環(huán)向預(yù)應(yīng)力M1、M2鋼束均為兩端張拉，M3鋼束采用單端張拉。采用二次張拉工藝。二次張拉錨固后，錨杯螺紋與外環(huán)支承螺母螺紋咬合應(yīng)大于5牙扣。預(yù)應(yīng)力管道在張拉結(jié)束后24h內(nèi)必須壓漿。壓漿使用真空活塞式壓漿機，在壓漿前切割鋼束應(yīng)用砂輪切割機，鋼束外露錨環(huán)不小于3cm，然后用高標(biāo)號砂漿堵封錨環(huán)。待砂漿達(dá)到一定強度后，用壓漿機壓注高壓水對全部管道進(jìn)行沖洗，然后抽真空采用正確的壓漿順序，對下層管道先壓注。壓注使出漿口冒出濃漿時，關(guān)閉出漿口閥門，持荷3 min-5min，然后進(jìn)行第二次補壓。一般情況下壓力為0.5 Mpa-0.7 Mpa，壓注速度為5m/min-15m/min，水泥漿的稠度控制在14s-18s之間。壓漿后的48 h內(nèi)必須保證氣溫在5℃以上。

3.2 橫隔板施工

索塔設(shè)有5到橫隔板，分別為A、B、C、D、E。橫隔板與塔柱同步施工，如圖4所示。爬模及塔柱骨架和鋼筋一步到位（6m），但混凝土分兩級澆筑，一級砼澆筑至橫隔板下倒角底部，然后拆除內(nèi)模，進(jìn)行牛腿支架安設(shè)，隨即綁扎橫隔板鋼筋，支設(shè)橫隔板以上部分內(nèi)模，最后進(jìn)行二級砼澆筑。砼滿足強度要求后，爬模正常爬升。

圖4 橫隔板與塔柱同步施工（左圖為一級砼，右圖為二級砼）

4 結(jié)束語

4.1 本橋主塔的高寬比較大、預(yù)埋件多，中、下塔柱均為變截面，且塔柱與橫隔板同步施工，現(xiàn)場存在的較多交叉作業(yè)要求能夠及時地協(xié)調(diào)解決，這些都給施工增加了較大的難度。

4.2 主塔各節(jié)段均采用液壓爬模施工，液壓爬模的爬架主要靠在每一塔柱面在上一節(jié)段已澆筑混凝土內(nèi)預(yù)埋的4套錨錐和其連接的精軋螺紋鋼筋受力，所以每一節(jié)段施工時要特別注意預(yù)埋錨錐的位置和標(biāo)高的準(zhǔn)確性，并要定期對已多次周轉(zhuǎn)使用的錨錐進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁使用已損壞的錨錐，保證液壓爬模安全使用。

4.3 主塔預(yù)埋件種類較多， 主要包括設(shè)計要求和施工需要兩大部分，對各種預(yù)埋件將單獨匯圖編冊。預(yù)埋件預(yù)埋時注意保留2-3cm的保護層，使后期可以進(jìn)行封漿防腐處理，使用期間外露鋼件要用防銹漆涂抹，以免銹水污染塔身。

4.4 上塔柱錨索區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)造物較多，且斜拉索為空間結(jié)構(gòu)，鋼套管角度變化幅度較大，拉索錨固齒塊施工采用包裹鋼板配合組合鋼模板作為上塔柱錨索區(qū)內(nèi)模。需要注意的一點是：隨著齒塊角度的減小，施工時包裹鋼板下面混凝土不易振搗密實，需特別注意，可在包裹頂面開孔振搗，使齒塊混凝土密實。

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