斜拉橋水滴形主塔鋼混結(jié)合段施工技術(shù)

鄭文飛,趙果,趙銳,梁斌,聶寧波

（1.中鐵十五局集團(tuán)有限公司一公司,陜西西安710018；2.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,河南洛陽(yáng)471023）

斜拉橋水滴形主塔鋼混結(jié)合段施工技術(shù)

鄭文飛1,趙果2,趙銳1,梁斌2,聶寧波1

（1.中鐵十五局集團(tuán)有限公司一公司,陜西西安710018；2.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,河南洛陽(yáng)471023）

以安徽渦河三橋工程為實(shí)例,介紹了斜拉橋水滴形主塔鋼混結(jié)合段施工技術(shù).針對(duì)水滴形主塔鋼混結(jié)合段的施工特點(diǎn),重點(diǎn)分析了T1-2節(jié)段固定、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段連接、鋼混結(jié)合段測(cè)量、混凝土工程等工藝,為同類工程施工提供經(jīng)驗(yàn).

斜拉橋；水滴形主塔；鋼混結(jié)合段；施工技術(shù)

隨著人們對(duì)橋梁景觀要求的不斷提高,一系列造型新穎的異型斜拉橋得到迅速發(fā)展.在斜拉橋施工中,主塔施工是其關(guān)鍵技術(shù)[1].異型斜拉橋鋼結(jié)構(gòu)主塔基礎(chǔ)一般由混凝土制成,在鋼塔柱與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間設(shè)鋼混結(jié)合段.鋼混結(jié)合段的主要作用是將鋼塔傳遞下來(lái)的荷載傳遞到混凝土中以及為鋼塔安裝提供高精度的基準(zhǔn)面[2].由于混凝土與鋼材的物理特性差別很大,給鋼混結(jié)合段的施工帶來(lái)了很大的困難.近年來(lái)部分學(xué)者對(duì)鋼混結(jié)合段施工技術(shù)進(jìn)行了研究[3-5],但總體來(lái)講對(duì)鋼混結(jié)合段施工技術(shù)的研究仍顯不足.

安徽渦河三橋是國(guó)內(nèi)首座水滴型鋼結(jié)構(gòu)主塔斜拉橋,將水滴形狀賦予到主塔形狀中,充分體現(xiàn)了人與自然的和諧統(tǒng)一.本文結(jié)合安徽省渦河三橋工程,介紹其主塔鋼混結(jié)合段基本情況和施工工藝流程,重點(diǎn)分析了T1-2節(jié)段的固定、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段的連接、鋼混結(jié)合段測(cè)量、混凝土工程等工藝,為同類工程施工提供經(jīng)驗(yàn).

1 工程概況

1.1 渦河三橋概況

渦河三橋?yàn)楠?dú)塔雙跨的雙索面半漂浮體系斜拉橋,橋梁總長(zhǎng)848 m,主橋?yàn)椋?24+124）m,立面布置見(jiàn)圖1.斜拉索采用鍍鋅鋼絞線,主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱梁,主塔采用鋼混組合水滴形橋塔,寓指“上善若水,水善利萬(wàn)物而不爭(zhēng)”之意,如圖2所示.主塔柱總高109 m,橋面以上高86 m,鋼塔柱采用矩形斷面,其中上塔柱采用全鋼塔柱,高度為80 m,中塔柱為實(shí)心混凝土塔柱.全橋鋼塔共劃分37個(gè)節(jié)段,鋼塔單節(jié)段構(gòu)件最高8.4 m,最大節(jié)段重60 t,全橋鋼塔總重2 350 t.

圖2 渦河三橋主塔概貌及節(jié)段劃分Fig.2 Main tower and segments division of Guohe Bridge

1.2 主塔鋼混結(jié)合段構(gòu)造

鋼混結(jié)合段設(shè)在鋼主塔下部混凝土墩柱與上部鋼塔之間,是將鋼塔荷載（小截面、高應(yīng)力）向混凝土（大截面、低應(yīng)力）中傳遞的樞紐,是塔柱從柔變剛的變截面點(diǎn),也是鋼塔的基礎(chǔ).鋼混結(jié)合段傳遞的軸向力非常大,同時(shí)還伴隨有彎矩和扭矩.如何將這些內(nèi)力順暢地由鋼塔柱傳遞到混凝土墩柱是結(jié)合段設(shè)計(jì)必須解決的問(wèn)題.本工程在結(jié)合段混凝土澆筑前安裝底座定位件預(yù)埋件,同時(shí)在結(jié)合段內(nèi)設(shè)置剪力釘來(lái)擴(kuò)散應(yīng)力和增加延性,剪力釘型號(hào)為Φ 22×140.為確保在不利荷載作用下鋼混結(jié)合段處于受壓狀態(tài),在結(jié)合段內(nèi)設(shè)置錨固預(yù)應(yīng)力鋼束,規(guī)格為16股鋼絞線.

鋼混結(jié)合段由鋼主塔的T1節(jié)段和T2組成,如圖3和圖4所示.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工需要,將T1節(jié)段變更為兩節(jié)施工,分別為T1-1節(jié)段和T1-2節(jié)段,以方便運(yùn)輸及吊裝施工.

圖3 鋼混結(jié)合段示意 Fig.3 Steel-concrete combined section diagram

圖4 鋼混結(jié)合段縱斷面Fig.4 Longitudinal section of steel-concrete combined section

2 鋼混結(jié)合段施工流程

鋼混結(jié)合段施工流程見(jiàn)圖5.

圖5 鋼混結(jié)合段施工流程Fig.5 Construction process of steel-concrete combined section

3 鋼混結(jié)合段施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)

3.1 T1-2節(jié)段的固定

鋼混結(jié)合段是鋼塔柱的起始段,安裝定位精度直接影響后續(xù)塔柱安裝精度和整體線型,同時(shí)由于混凝土的施工可能形成的對(duì)結(jié)合段位置精度的影響,因此結(jié)合段在精確定位上必須采取可靠的固定措施[6].由于T1-2自重較大,現(xiàn)場(chǎng)圓弧段外模板無(wú)法達(dá)到T1-2節(jié)段所要求的承重能力,所以在圓弧段墩柱最后一次施工時(shí)采用了預(yù)埋槽鋼的形式來(lái)保證T1-2節(jié)段有足夠的支撐點(diǎn),如圖6和圖7所示.

圖6 預(yù)埋件縱斷面Fig.6 Longitudinal section of embedded anchors

圖7 預(yù)埋件平面Fig.7 The plan of embedded anchors

砼塔座施工時(shí),應(yīng)提前將鋼塔柱的結(jié)合段預(yù)埋在砼中.結(jié)合段預(yù)埋件在鋼結(jié)構(gòu)制作加工廠內(nèi)要提前加工好.由于結(jié)合段T1-1,T1-2,T2段分別重52.3、46.0、51.67 t,為此安裝時(shí),采用350 t汽車吊,起重吊裝就位固定.鋼塔結(jié)合段安裝前,先要將預(yù)埋件的砼塔柱內(nèi)的型鋼支撐預(yù)埋件按要求做好,為結(jié)合段預(yù)埋件安裝提供一個(gè)操作平臺(tái).然后,將塔座結(jié)合段安放在預(yù)埋件頂部,位置基本確定之后,在勁性骨架頂部安裝4個(gè)8～10 t的千斤頂,并在側(cè)面水平位置安裝2個(gè)8～10 t千斤頂,通過(guò)不斷的測(cè)量,采用千斤頂調(diào)整預(yù)埋件的空間位置,達(dá)到精確定位的目的.吊裝前應(yīng)先對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行精密處理,根據(jù)實(shí)際高程對(duì)預(yù)埋件支撐點(diǎn)處理.

3.2 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段的連接

鋼混結(jié)合段由T1-1節(jié)段、T1-2節(jié)段和T2節(jié)段組成,T1-1節(jié)段與T1-2節(jié)段采用焊接,T1節(jié)段與T2節(jié)段之間的連接采用高強(qiáng)度螺栓.

3.2.1 T1-1節(jié)段與T1-2節(jié)段的連接 T1-1與T1-2節(jié)段接口處為全焊結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)T1-1節(jié)段就位后,根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行固定,隨即進(jìn)行箱室內(nèi)部焊接.箱室內(nèi)部的縱橫向?qū)雍缚p均為I級(jí)熔透焊縫,應(yīng)盡量采用熔敷金屬量少、焊后變形小的坡口.通過(guò)焊接性試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)確定焊前預(yù)熱溫度,測(cè)溫在距焊縫30～50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行,預(yù)熱范圍一般為焊縫每側(cè)100 mm以上.修補(bǔ)時(shí),碳弧氣刨前預(yù)熱溫度應(yīng)該與施焊時(shí)溫度一致.為防止T型接頭出現(xiàn)層狀撕裂,在焊前預(yù)熱中,必須注意厚板一側(cè)的預(yù)熱效果[7].內(nèi)外腹板以及內(nèi)外面板的橫向環(huán)焊縫的焊接工藝能使許可的焊縫間隙在一定范圍內(nèi)調(diào)整,從而可以減少部分制造、安裝誤差.

3.2.2 T1節(jié)段與T2段的連接 鋼混結(jié)合段T1與T2節(jié)段之間的環(huán)口連接,采用10.9 S高強(qiáng)度螺栓.開(kāi)始拼裝時(shí)注意所有的高強(qiáng)度螺栓不能全部擰緊,待節(jié)段框架形成后,再用已經(jīng)標(biāo)定好的扭力扳手,嚴(yán)格按照規(guī)范和相關(guān)規(guī)定進(jìn)行,嚴(yán)禁漏擰.同時(shí)派專人檢查所有的高強(qiáng)度螺栓.

3.3 鋼混結(jié)合段測(cè)量

3.3.1 鋼混結(jié)合段定位測(cè)量 鋼塔各節(jié)段經(jīng)機(jī)加工、立式匹配后幾何形態(tài)已經(jīng)確定,現(xiàn)場(chǎng)拼裝過(guò)程中側(cè)重于控制鋼塔的姿態(tài)和垂直度,對(duì)其線形不能進(jìn)行局部調(diào)整.因此,鋼混結(jié)合段的安裝定位精度是保證鋼塔成塔線形的關(guān)鍵所在.鋼混結(jié)合段從下到上分為底座定位件、底座和錨固箱3部分,平面定位偏差和頂面標(biāo)高定位偏差不得超過(guò)±2 mm.由于受場(chǎng)地的限制,只能在距離塔柱較近的控制點(diǎn)或在塔柱內(nèi)部架設(shè)全站儀采用內(nèi)控法進(jìn)行定位測(cè)量.

底座定位件和底座的施工關(guān)鍵在于軸線點(diǎn)的測(cè)設(shè)和頂面傾斜度的調(diào)整.為了調(diào)整平面位置在底座頂面橫軸線點(diǎn)上布設(shè)樣沖眼,調(diào)整過(guò)程如下[8].

（1）在下橫梁上控制點(diǎn)處架設(shè)全站儀,用極坐標(biāo)法調(diào)整底座端口的平面位置,偏差控制在5 mm；

（2）在底座頂面幾何中心處架設(shè)精密水準(zhǔn)儀,用精密鋼尺量取距離,測(cè)量特征點(diǎn)的高程,在此基礎(chǔ)上計(jì)算頂面傾角,并對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)整；

（3）重復(fù)上述步驟,直至符合要求.

底座定位完成后開(kāi)始澆筑底座混凝土,待混凝土凝固后可按照類似方法進(jìn)行錨固箱的定位.

3.3.2 T2節(jié)段拼裝測(cè)量 根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)精度逐級(jí)遞減原則,除鋼塔T2段的平面拼裝精度與鋼混結(jié)合段要求一致外,T2段以上各節(jié)段的拼裝測(cè)量精度按1∶4 000遞減,即鋼塔每升高1 m,平面定位精度要求降低0.25 mm[9].

隨著塔的升高,視線受到阻礙,在下橫梁處控制點(diǎn)上無(wú)法實(shí)施各節(jié)段的拼裝測(cè)量.因此,采用內(nèi)控法和外控法相結(jié)合的方法進(jìn)行T2段以上各節(jié)段的拼裝測(cè)量.具體內(nèi)容如下[8].

（1）內(nèi)側(cè)壁板測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo).采用內(nèi)控法,在下橫梁控制點(diǎn)處架設(shè)全站儀,以極坐標(biāo)法測(cè)定上下游節(jié)段內(nèi)側(cè)壁板各測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo).

（2）岸側(cè)壁板測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)及節(jié)段頂面縱橫軸線點(diǎn)坐標(biāo).采用外控法,在輔助墩上控制點(diǎn)處架設(shè)全站儀,測(cè)定節(jié)段岸側(cè)壁板上各測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo).

（3）頂面端口順橋向軸線間的水平距離.在節(jié)段頂面架設(shè)全站儀測(cè)量節(jié)段縱軸線端點(diǎn)的距離,以控制塔柱的平面相對(duì)姿態(tài).

（4）頂面橫橋向端面傾角和節(jié)段之間的相對(duì)高差.通過(guò)立式匹配預(yù)拼測(cè)量可以得到節(jié)段頂面傾角,但在實(shí)際拼裝過(guò)程中,節(jié)段頂面最終傾角與預(yù)拼測(cè)量?jī)A角值會(huì)有一定的出入,此時(shí)測(cè)得的傾角值可以指導(dǎo)后續(xù)節(jié)段加工.

3.4 混凝土工藝

3.4.1 混凝土技術(shù)要求 鋼混結(jié)合段混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50,易收縮開(kāi)裂,加強(qiáng)混凝土的保濕養(yǎng)生格外重要,若澆筑不密實(shí)或收縮開(kāi)裂將會(huì)導(dǎo)致混凝土與鋼塔結(jié)合不密實(shí),將影響混凝土的耐久性,從而不能滿足鋼混結(jié)合段的設(shè)計(jì)要求.為保障鋼混結(jié)合段澆筑密實(shí),滿足工程施工需要,該混凝土技術(shù)指標(biāo)要求是.

（1）強(qiáng)度要求：設(shè)計(jì)強(qiáng)度50 MPa；

（2）拌合物性能要求：塌落度≥200 mm,擴(kuò)展度≥600 mm；

（3）混凝土的膨脹性應(yīng)滿足混凝土與鋼板貼合緊密,無(wú)收縮縫；

（4）在自密實(shí)情況下,150×150×150立方體試件達(dá)到自密實(shí)要求；

（5）施工工藝：泵送.

3.4.2 配合比設(shè)計(jì) 自密實(shí)混凝土受原材料影響顯著,選材比普通混凝土嚴(yán)格[10],結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況,鋼混結(jié)合段混凝土采用的原材料主要為水泥（山東申豐P.O 52.5）,細(xì)集料（河沙,細(xì)度模數(shù)為2.68）,粗集料（碎石,級(jí)配5-20 mm）以及地下水.減水劑采用高效減水劑,減水率大于25%.膨脹劑采用U型膨脹劑,外摻料采用Ⅰ級(jí)粉煤灰.

根據(jù)采用的原材料并通過(guò)試驗(yàn)后,確定了每立方米C50微膨脹混凝土基礎(chǔ)配比為：水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水=410∶130∶720∶980∶172,單位為kg/m3.本配比所配制混凝土塌落度大于200mm,擴(kuò)展度大于600mm,收縮試驗(yàn)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,時(shí)間為60 d以上.設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度50 MPa,28 d的抗壓強(qiáng)度要求不小于50 MPa,微膨脹混凝土泌水率小、和易性好、易于泵送.

3.4.3 混凝土施工 砼采用拌和站集中拌制,在進(jìn)行混凝土拌和時(shí)要保證有足夠的拌和時(shí)間,還應(yīng)保證膨脹劑應(yīng)與混凝土其他原材料一起投入攪拌機(jī),拌和時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)30 s.混凝土拌合物應(yīng)顏色一致,拌和均勻,不得有離析和泌水現(xiàn)象.

鋼混結(jié)合段空間狹小,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,給澆筑帶來(lái)了很大困難.澆筑混凝土前,應(yīng)仔細(xì)檢查鋼筋、模板及預(yù)埋件等,將先期澆筑的混凝土表面清理干凈,并充分濕潤(rùn).經(jīng)驗(yàn)收合格后,方可進(jìn)行砼澆筑.混凝土采用集中拌和,砼輸送泵泵送,直接入模的澆筑方式.砼澆筑時(shí),采用左右鋼塔節(jié)段分批澆筑,左右高差不可超過(guò)1 m,避免出現(xiàn)單側(cè)澆筑過(guò)多,出現(xiàn)偏壓的情況.砼采用水平分層澆注,每層澆筑厚度不應(yīng)大于30 cm,應(yīng)在下層混凝土初凝前或能重塑前澆筑完上層混凝土.

鋼混結(jié)合段為C50微膨脹砼,加強(qiáng)混凝土的保濕養(yǎng)生非常重要,尤其是要注意其早期養(yǎng)生.C50混凝土極易由于早期養(yǎng)生不到位導(dǎo)致前期失水產(chǎn)生早期收縮裂縫,影響砼的耐久性.因此應(yīng)該進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù),頂面覆蓋土工布.灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為7 d,可根據(jù)空氣的濕度、溫度和水泥品種及摻加的外加劑等情況,酌情延長(zhǎng)或縮短.摻加粉煤灰混凝土養(yǎng)生期應(yīng)不小于14 d,這主要是由于摻合料的水化速度較慢.

4 小結(jié)

渦河三橋主塔工程規(guī)模較大,水滴型的塔柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng),施工工藝與常規(guī)的橋梁施工工藝有一定的區(qū)別.鋼混結(jié)合段是鋼塔柱與混凝土墩柱之間的過(guò)渡段,也是主塔施工的重要環(huán)節(jié).該鋼混結(jié)合段現(xiàn)已完工,其順利實(shí)施表明所采用的施工技術(shù)是合理可行的,精度控制滿足設(shè)計(jì)、施工要求,為該橋的順利完工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),也為類似工程提供良好的借鑒.

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（責(zé)任編輯：盧奇）

Construction technology of steel-concrete composite section of waterdrop-shaped main tower of cable-stayed bridge

Zheng Wenfei1,Zhao Guo2,Zhao Rui1,Liang Bin2,Nie Ningbo1
（1.The First subsidiary of China Railway 15th Construction Bureau Group Corporation,Xi’an 710018, China；2.School of Civil Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023, China）

Construction technology of steel-concretecompositesection of water-drop-shaped maintower of cablestayed bridge was introduced.Based on the characteristics of the construction for Guohe Bridge in Anhui Province,the basic conditions and construction technological process of steel-concrete composite section have been introduced, with being focused on the fixing of T1-2 segment,the connection of steel structural segments,the measuring of steelconcrete composite section and concrete engineering,which could provide experience for similar projects construction. Key words:cable-stayed bridge；water-drop-shaped main tower；steel-concrete composite section；construction technology

U445

A

：1008-7516（2015）02-0071-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.02.016

2015-03-20

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（082102230026）

鄭文飛（1978―）,男,陜西西安人,工程師.主要從事橋梁工程建設(shè)研究.