高塔柱施工方案選型

李璘琳

（中鐵大橋局第五工程有限公司，江西 九江 332000）

高塔柱施工方案選型

李璘琳

（中鐵大橋局第五工程有限公司，江西 九江 332000）

本文以福州瑯岐閩江大橋4#主塔為例，從塔柱施工模板方案選型、橫梁施工方案選擇、混凝土泵送方案選擇、塔柱施工塔吊、電梯設(shè)備選型等方面，較全面地介紹了高塔柱結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)和施工方案確定。

塔柱；橫梁；爬模；混凝土；塔吊；電梯

1 工程概況

福州瑯岐閩江大橋主橋跨徑布置為60+90+150+680+150+ 90+60m=1 280m，4#墩主橋塔柱位于閩江主河道內(nèi)。

4＃主塔為鉆石型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由下、中、上塔柱及下、中、上橫梁6部分組成，塔高為223m，橋面以上塔高162.435m。塔柱順橋向?qū)挾葹?.2～12m，橫橋向?qū)挾葹?.8～9m。

塔座高3m，下塔柱高48.6m，橫橋向?qū)?.8～9m，順橋向?qū)?2m，采用單箱單室截面，基本壁厚為1.2m。中塔柱高97.9m，橫橋向?qū)?.8m、順橋向?qū)?.434～12m，采用單箱單室截面，基本壁厚為1.0m。上塔柱高73.5m，橫橋向?qū)?.8m、順橋向?qū)?.2～9.434m，采用單箱單室截面，基本壁厚橫橋向?yàn)?.0m，順橋向?yàn)?.5m，上塔柱內(nèi)設(shè)有斜拉索錨塊。

下橫梁為等高梁與塔柱交接區(qū)設(shè)圓弧過(guò)渡段，橫梁標(biāo)準(zhǔn)截面高7.0，寬12m，單箱單室截面。中橫梁為變高預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，中橫梁跨中梁高5.0m，寬8.2m。上橫梁位于塔柱頂端，將兩塔柱連成整體，跨中梁高5.0m，實(shí)心矩形截面。

塔柱設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土構(gòu)件，豎向主筋采用直徑32mm的鋼筋。下橫梁、中橫梁、上橫梁設(shè)計(jì)均為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。斜拉索錨固區(qū)截面布置直徑32mm預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗鋼筋。

塔柱工程量為鋼筋：3 129t，混凝土總方量：17 243立方米，φ15.2mm鋼絞線108.3t，φ32mm精軋螺紋粗鋼筋：106.6t。

4#墩塔柱結(jié)構(gòu)示意詳見(jiàn)圖1所示。

圖1 4#塔柱結(jié)構(gòu)示意圖

2 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 高塔柱模板方案選型為本項(xiàng)目難點(diǎn)

主塔墩塔柱高達(dá)223m，索區(qū)鋼筋預(yù)應(yīng)力束布置密集，受力復(fù)雜，施工時(shí)材料運(yùn)輸、高空作業(yè)、混凝土的內(nèi)實(shí)外美要求對(duì)施工工藝和機(jī)械設(shè)備要求較高，施工工期影響總工期。如何通過(guò)優(yōu)選塔柱模板施工方案，確保塔柱混凝土澆筑質(zhì)量及主塔施工工期為本項(xiàng)目的難點(diǎn)。

2.2 塔柱橫梁施工方案選型為本項(xiàng)目難點(diǎn)

塔柱共設(shè)有三道橫梁，分別為下橫梁、中橫梁、上橫梁。各橫梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼筋密集，橫梁施工與塔柱施工相互干擾因素多。如何通過(guò)優(yōu)選塔柱橫梁施工方案，確保塔柱橫梁混凝土澆筑質(zhì)量及主塔施工工期為本項(xiàng)目的難點(diǎn)。

2.3 超高塔柱混凝土泵送設(shè)備選型為本項(xiàng)目特點(diǎn)

塔柱高223m，混凝土總方量達(dá)到1.7萬(wàn)立方米，塔柱設(shè)計(jì)為C50高性能混凝土，塔柱高度大、混凝土澆筑方量大、混凝土澆筑質(zhì)量要求高，混凝土泵送影響因素多。如何通過(guò)優(yōu)選塔柱混凝土泵送方案，確保塔柱混凝土澆筑質(zhì)量為本項(xiàng)目的特點(diǎn)。

2.4 高塔施工起重設(shè)備選型及布置為本項(xiàng)目難點(diǎn)

塔柱高223m，鋼筋、鋼絞線、預(yù)應(yīng)力粗鋼筋及勁性骨架等主體結(jié)構(gòu)總吊裝量約4 000t，另加各類臨時(shí)結(jié)構(gòu)安裝、拆除工程量，整個(gè)塔柱施工期間總結(jié)構(gòu)吊裝工作量約為10 000t。塔柱施工吊裝工程巨大，塔柱結(jié)構(gòu)高度大，吊裝工作受天氣影響因素多，塔柱施工工期緊。如何通過(guò)優(yōu)選塔柱起重設(shè)備選型及布置，確保塔柱施工過(guò)程中減小受起重工作因素影響，保證塔柱施工工期及施工安全為本項(xiàng)目難點(diǎn)。

2.5 塔柱人員通道布置及設(shè)備選型為本項(xiàng)目難點(diǎn)

塔柱施工期間，施工人員數(shù)量約有300人，每天塔柱人員上下總量達(dá)到1 300人次以上，且人員集中在上下班時(shí)間段，塔柱結(jié)構(gòu)高度大，人員上下通道受天氣影響因素大。如何通過(guò)優(yōu)選塔柱人員通道布置及設(shè)備選型，確保塔柱施工過(guò)程中人員上下安全，減小受人員通道因素影響，保證塔柱施工工期為本項(xiàng)目難點(diǎn)。

3 解決方法及措施

3.1 高塔柱模板方案選型

結(jié)合4#墩塔柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，塔柱模板方案選型可以考慮采用爬模、滑模和翻模施工方案。

滑模體系采用液壓或機(jī)械動(dòng)力進(jìn)行提升，可以將施工平臺(tái)及防護(hù)體系和模板結(jié)合，有較高的安全性，但由于受到滑模體系自身工作原理影響，模板提升需在已澆筑混凝土初凝后、終凝前進(jìn)行，此時(shí)間節(jié)點(diǎn)受各類因素影響，實(shí)際控制較難，如模板提升時(shí)間過(guò)早則容易出現(xiàn)面層混凝土脫落，外觀差；如模板提升時(shí)間過(guò)晚則容易出現(xiàn)模板提升困難情況。

翻模體系采用起重設(shè)備將模板逐層向上提升，翻模模板可采用鋼模板，澆筑混凝土外觀質(zhì)量好、模板倒用次數(shù)多，但由于翻模每次提升均需利用起重設(shè)備，起重工作較大，工作效率較低，更為主要的是在高塔施工中由于受到其結(jié)構(gòu)高度影響，翻模安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

爬模體系采用液壓動(dòng)力進(jìn)行提升，將施工平臺(tái)及防護(hù)體系和模板結(jié)合，有較高的安全性，模板脫模時(shí)間及爬升時(shí)間均無(wú)特別要求。液壓爬?？烧w爬升，也可單組爬升，爬升穩(wěn)定性好，操作方便，安全性高，可節(jié)省大量工時(shí)和材料；除了因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的要求(如結(jié)構(gòu)面突然縮進(jìn)或形狀突變)需要對(duì)模架改造之外,一般情況下爬模架一次組裝后,一直到頂不落地；爬模施工的主要工序都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，操作簡(jiǎn)便，易于管理。

通過(guò)比選，4#塔柱模板體系采用爬模系統(tǒng)分節(jié)澆筑。爬模施工塔柱分節(jié)需要考慮塔柱第一節(jié)澆注高度要滿足爬模安裝要求（至少4.1m）；橫梁下倒角底口及上倒角頂口位置；塔柱截面突然變化處；上塔柱合攏段一起澆注完成；在爬模設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)最大澆注高度；分節(jié)高度盡可能一致（模板上爬錐預(yù)留孔位置不變）。整個(gè)塔柱共分38節(jié)施工，塔柱分節(jié)示意及爬模布置詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 4#塔柱分布示意圖

3.2 塔柱橫梁施工方案選型

瑯岐閩江大橋塔柱設(shè)有下橫梁、中橫梁、上橫梁三道橫梁。下橫梁為等高梁，與塔柱交接區(qū)設(shè)圓弧過(guò)渡段，橫梁標(biāo)準(zhǔn)截面高7.0，寬12m，長(zhǎng)度約41m，單箱單室截面，距離承臺(tái)底高約45m。中橫梁跨中梁高5.0m，寬8.2m，長(zhǎng)度約24m，距離下橫梁頂面約84m。上橫梁位于塔柱頂端，將兩塔柱連成整體，跨中梁高5.0m，實(shí)心矩形截面，距離中橫梁頂面約62m。

3.2 .1 塔柱下橫梁施工方案選型

下橫梁跨度大，截面大，單位面積荷載大，距離承臺(tái)頂高度較大，采用支承在承臺(tái)頂面的落地支架方案。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)落地式支架可考慮采用大密度的滿堂支架和大直徑鋼管樁貝雷梁支架兩種方案。

大密度的滿堂支架構(gòu)件小、拼裝方便、在場(chǎng)地較為空曠位置拼裝速度較快，但其單根鋼管荷載較小，鋼管數(shù)量要求多，滿堂支架拼裝高度一般不宜超過(guò)20m，且根據(jù)塔柱實(shí)際施工場(chǎng)地情況，滿堂支架拼裝與塔柱施工相互干擾太大，如采用滿堂支架法施工下橫梁，將嚴(yán)重制約塔柱施工工期。

大直徑鋼管樁貝雷梁支架，單個(gè)構(gòu)件大，拼裝均需采取起重設(shè)備進(jìn)行安裝，結(jié)構(gòu)受力明確，鋼管樁數(shù)量少，在起重設(shè)備充沛的情況下，拼裝速度快，支架拼裝高度大。

通過(guò)比選，塔柱下橫梁支架系統(tǒng)，確定采用大直徑鋼管樁貝雷梁支架體系，主受力鋼管樁采用φ1 000*10mm，靠近塔柱附近采用依附在塔柱的受力牛腿支承，鋼管樁頂布置2*HN700*300型鋼分配梁，分配梁上布置貝雷梁，然后布置下橫梁底模系統(tǒng)。下橫梁鋼管樁貝雷梁落地支架方案布置見(jiàn)圖3所示。

圖3 下橫梁支架布置示意圖

3.2 .2 塔柱中、上橫梁施工方案選型

中橫梁跨度約24m，距離下橫梁頂面約84m，上橫梁跨度約5m，距離中橫梁頂面約62m。由于中橫梁跨度適中、截面大、可考慮采用支承在下橫梁頂面的鋼管樁貝雷梁支架方案或依附在塔柱上的整體支架方案進(jìn)行施工。

支承在下橫梁頂面的鋼管樁貝雷支架，結(jié)構(gòu)受力明確、跨度可以任意調(diào)整，各類結(jié)構(gòu)受力相對(duì)較小，但由于中橫梁距離下橫梁頂面約84m，如采用支承在下橫梁頂面鋼管樁方案，支架高度太大，支架結(jié)構(gòu)受力影響因素增多，支架安裝風(fēng)險(xiǎn)大，支架安拆工作量巨大。

依附在塔柱上的整體支架，其結(jié)構(gòu)受力明確、跨度不能調(diào)整，主要桿件受力大，單位面積支架結(jié)構(gòu)重量大，對(duì)起重設(shè)備要求較高，但由于其采用了模板、支架整體結(jié)構(gòu)形式，主要工作均可在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)制造完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作較小，安裝質(zhì)量可控，安裝風(fēng)險(xiǎn)小。

通過(guò)比選塔柱中橫梁支架體系，確定采用依附在塔柱上的整體支架結(jié)構(gòu)，主受力桿件采用HN500*200型鋼，靠近塔柱附近采用依附在塔柱的受力牛腿支承，支承牛腿上布置2*HN700*300型鋼分配梁，分配梁上放置支架體系，為減小單塊支架的重量，將中橫梁支架沿著縱橋向每2m分為一個(gè)單元件，單元件吊裝就位后采用螺栓連接成為一個(gè)整體。中橫梁整體支架方案布置見(jiàn)圖4所示。

上橫梁支架施工方案選型與中橫梁選型基本一致，采用依附在塔柱上整體支架方案。

圖4 中橫梁支架布置圖

3.3 超高塔柱混凝土泵送設(shè)備選型

塔柱混凝土施工主要需要解決的難點(diǎn)為：超高混凝土泵送困難。

塔柱混凝土施工方案需要考慮的因素有：（1）選用高壓輸送泵，如果輸送泵能力強(qiáng)則不設(shè)接力泵，直接將混凝土輸送至塔頂；（2）若輸送泵能力弱：設(shè)置接力泵，以達(dá)到所需要的泵送高度。

瑯岐閩江大橋4#主塔輸送泵選型及輸送泵管布置：（1）輸送泵及泵管均布置兩套，以策保險(xiǎn)；輸送泵采用HBT90C高壓輸送泵，直接將混凝土輸送至塔頂；（2）輸送泵管沿塔柱外側(cè)上升，穿過(guò)爬模支架到達(dá)塔柱各施工面。

3.4 高塔施工起重設(shè)備選型及布置

塔柱為高聳結(jié)構(gòu)，為滿足施工過(guò)程的吊裝作業(yè)，需要選用適合的塔吊。塔吊的選型及布置方案主要需要考慮的因素：（1）塔吊吊重曲線，需要滿足最大吊重和最遠(yuǎn)吊距要求；（2）塔吊位置盡量不要侵入主梁范圍內(nèi)；（3）塔吊附墻后允許最大自由懸高；（4）方便物資裝卸與運(yùn)輸；（5）需要塔吊數(shù)量；（6）塔吊拆除方案；（7）經(jīng)濟(jì)適用性。

綜合考慮確定：瑯岐大橋4#墩性能較大塔吊選用波坦MC480，最大吊重25t，最大彎矩約為480t·m，塔吊附墻后最大懸臂高度67m，選用55m長(zhǎng)度吊臂；性能較小塔吊選用波坦MC230，最大吊重10t，最大彎矩約為230t·m，塔吊附墻后最大懸臂高度42m，選用45m長(zhǎng)度吊臂。

波坦MC480塔吊使用時(shí)間較短，布置在塔柱大里程上游側(cè)，波坦MC480塔吊在塔柱施工完成后進(jìn)行拆除，拆除工況塔吊吊臂朝向?yàn)榭v橋向，將塔吊自降至承臺(tái)面進(jìn)行拆除。波坦MC230塔吊使用至斜拉索安裝完成，布置在塔柱小里程下游側(cè)，波坦MC280塔吊在斜拉索施工完成后進(jìn)行拆除，拆除工況塔吊吊臂朝向?yàn)榭v橋向，將塔吊自降至承臺(tái)面進(jìn)行拆除。

為避免兩塔吊發(fā)生碰撞，將MC230塔吊布置在MC480塔吊下方，兩塔吊始終保持10m以上高差，塔吊立面布置示意見(jiàn)圖5。

圖5 塔吊布置立面圖

3.5 塔柱人員通道布置及設(shè)備選型

塔柱施工人員上下人次巨大，塔柱高度高，為方便人員上下在塔柱外側(cè)布置施工用臨時(shí)電梯作為塔柱人員主要通道，另考慮塔柱施工期間意外停電、電梯機(jī)械事故等原因致使電梯無(wú)法工作，在塔柱內(nèi)側(cè)利用塔柱永久檢修通道作為塔柱人員通行的應(yīng)急通道。

瑯岐閩江大橋4#塔柱電梯選型及布置：電梯選型選用齒輪齒條爬升、帶自動(dòng)抱緊裝置的施工電梯；電梯布置布置應(yīng)避開(kāi)塔吊附墻撐桿，一般布置在遠(yuǎn)離塔吊的一側(cè)，尤其是電梯吊籠。

瑯岐閩江大橋4#塔柱施工電梯方案：在進(jìn)行下塔柱施工階段時(shí)施工人員通過(guò)利用下橫梁支架搭設(shè)人員上下施工通道，進(jìn)行中塔柱施工后開(kāi)始布置電梯。電梯選用SCQ200GD傾斜電梯，傾斜角度與塔柱傾斜角度相適應(yīng)。

塔柱施工時(shí)，在上下游兩面各布置一臺(tái)斜電梯，上游側(cè)電梯底平臺(tái)布置在下橫梁外側(cè)，下游側(cè)電梯底平臺(tái)布置在承臺(tái)頂面，電梯跟隨塔柱的升高而接高，電梯布置在遠(yuǎn)離塔吊側(cè)。另外配套布置人員通道平臺(tái)，保證施工人員可以通過(guò)電梯抵達(dá)各施工作業(yè)面。瑯岐閩江大橋4#塔柱施工電梯布置詳見(jiàn)圖6所示。

圖6 塔柱電梯布置圖

4 結(jié)束語(yǔ)

瑯岐閩江大橋4#塔柱以其結(jié)構(gòu)高聳，塔柱截面變化大、位于閩江干流中心等特點(diǎn)使得施工非常困難。本文從塔柱施工模板方案選型、橫梁施工方案選擇、混凝土泵送方案選擇、塔柱施工塔吊、電梯設(shè)備選型等方面，全面地介紹了高塔柱結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)和施工方案確定。

實(shí)踐證明，在此類結(jié)構(gòu)施工通過(guò)優(yōu)化施工方案，統(tǒng)籌考慮整個(gè)施工過(guò)程的模板、橫梁施工方案選型、混凝土泵送、塔柱施工塔吊、電梯設(shè)備選型等方案，是保證整個(gè)施工過(guò)程按照工期計(jì)劃順利進(jìn)行完成的途徑。

TU722

A

1003-5168(2014)03-0142-03