銅陵公鐵兩用長江大橋3#主塔施工技術(shù)

李斐

(中鐵大橋局集團(tuán)第七工程有限公司，湖北武漢430056)

銅陵公鐵兩用長江大橋3#主塔施工技術(shù)

李斐

(中鐵大橋局集團(tuán)第七工程有限公司，湖北武漢430056)

銅陵公鐵兩用長江大橋主塔規(guī)模宏大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程質(zhì)量要求高。施工前期制定嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，配置合理的施工設(shè)備，施工過程中采取優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)、規(guī)范施工技術(shù)與施工工藝，對(duì)關(guān)鍵特殊工序先試驗(yàn)后實(shí)施等措施，有效地保證了主塔施工的安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。

公鐵兩用橋 主塔 施工

1 工程概況

銅陵公鐵兩用長江大橋?yàn)闃蚩绮贾?90+240+ 630+240+90)m的5跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋。斜拉橋主塔位于3#和4#主墩。3#墩主塔采用倒Y形混凝土結(jié)構(gòu)，由上、中、下塔柱和下橫梁4部分組成(見圖1)。塔頂高程為+221.0 m，塔座頂高程為+9.0 m，塔高212 m，主塔采用C50混凝土。

下塔柱高32.517 m，采用單箱雙室鋼筋混凝土截面。主塔下橫梁高8.5 m，寬14 m，采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土截面，布置265束φj15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，其中28束為備用束。中塔柱高96.7 m(含中、上塔柱結(jié)合段)，采用單箱單室鋼筋混凝土梯形截面。中、上塔柱結(jié)合段高11 m，設(shè)置7.5 m厚的實(shí)體段。上塔柱高81 m，為拉索錨固區(qū)，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土八字形截面，環(huán)向的預(yù)應(yīng)力束均采用8φj15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，共計(jì)1 990束，采用低回縮錨具系統(tǒng)。

圖1 主塔結(jié)構(gòu)示意(單位:m)

2 總體施工布置

2.1 施工用電

根據(jù)主塔施工期間所需的各種機(jī)械設(shè)備(爬模、塔吊、電梯、地泵、電焊機(jī)等)，綜合考慮所有機(jī)械設(shè)備分期使用時(shí)的最大負(fù)荷，選用3臺(tái)630 kVA變壓器為索塔施工期間供應(yīng)電力。變壓器布置于岸邊的碼頭上，通過水下電纜引至3#墩上，再由沿電梯附墻鋪設(shè)的電纜線輸送至塔柱施工節(jié)段。

2.2 施工塔吊

由于主塔材料物資供應(yīng)量大，綜合考慮最大起重量、材料運(yùn)輸停靠、塔形、斜拉索位置、鋼桁梁架設(shè)及拆除施工等各項(xiàng)因素影響，在3#墩上下游分別設(shè)置1臺(tái)動(dòng)臂塔吊。上游南側(cè)布置1臺(tái)STL420塔吊，橫向距橋中心線22 m，縱向距墩中心線12 m;下游北側(cè)布置1臺(tái)STL1000塔吊，橫向距橋中心線22 m，縱向距墩中心線12 m(主塔下塔柱施工前期還需水上100 t浮吊配合施工)。在下、中塔柱施工期間，2臺(tái)塔吊各承擔(dān)主塔一單柱施工;上塔柱施工節(jié)間，由于吊裝工作量變大，由2臺(tái)塔吊共同承擔(dān)吊裝作業(yè)。

塔吊附墻由廠家設(shè)計(jì)，主塔相應(yīng)節(jié)段埋設(shè)預(yù)埋件(注意與主塔、斜拉索相關(guān)構(gòu)件是否沖突)。附墻間距約為24 m，短附墻桿采用鋼管焊接結(jié)構(gòu)，長附墻桿采用桁架式型鋼結(jié)構(gòu)。

2.3 地泵及泵管布置

主橋3#墩距離岸邊約260 m，主塔高度212 m，混凝土澆筑輸送距離遠(yuǎn)，泵送壓力大?？紤]施工方便及經(jīng)濟(jì)性，在岸邊布置2臺(tái)HBT80E-1813D型地泵，在墩旁鐵駁上布置2臺(tái)HBT80C-2122Ⅲ型地泵。為方便人員通行及泵管布設(shè)，江岸與墩旁鐵駁間通過棧橋和浮橋相連(淺水區(qū)打鋼管樁，深水區(qū)做浮筒)。

混凝土輸送至墩旁鐵駁上后，考慮混凝土性能損失，在墩旁鐵駁上布置2臺(tái)重拌倉。通過重拌倉二次攪拌后，再進(jìn)入鐵駁上地泵泵送上塔。

泵管采用掛座與塔柱固結(jié)。掛座間距約6 m，采用［8型鋼制作。塔柱施工時(shí)需設(shè)置掛座預(yù)埋件，并驗(yàn)算其在荷載作用下的受力安全性。

2.4 電梯布置

主塔施工期間布置3臺(tái)電梯作人員上下通道。在上游側(cè)布置1臺(tái)垂直式SC200×200型雙籠電梯(額定提升質(zhì)量1 200 kg)，負(fù)責(zé)將人員自塔座送至下橫梁頂。中塔柱施工期間單側(cè)塔柱各布置1臺(tái)SCD120型傾斜式單籠電梯(額定提升質(zhì)量1 000 kg)，上塔柱施工期間將下游側(cè)斜電梯安裝至上游側(cè)。在主塔橫梁上游側(cè)設(shè)置電梯支撐平臺(tái)。電梯附墻每4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)置1道，垂直于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)置。施工電梯的安裝與塔柱施工要保持同步，爬模每爬升1節(jié)，對(duì)應(yīng)電梯安裝加高1次，始終保證電梯能夠?qū)⑷藛T送入爬模的吊掛平臺(tái)。

3 主要施工技術(shù)

3.1 主塔分節(jié)

塔柱施工的分節(jié)高度根據(jù)塔柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、起吊設(shè)備吊裝能力和液壓爬模使用性能綜合考慮，以達(dá)到保證施工質(zhì)量、提高施工效率、縮短工期的目標(biāo)［1］。

下塔柱高32.517 m，其中塔座頂至下橫梁底高度為25.8 m，分5個(gè)節(jié)段澆筑，最大澆筑高度5.3 m。中塔柱高96.7 m(下橫梁往上30 cm處至中、上塔柱交匯段的頂部)，共分17個(gè)節(jié)段澆筑，最大澆筑高度5.7 m。上塔柱高81 m(中、上塔柱交匯段的頂部至塔頂)，共分16個(gè)節(jié)段澆筑，最大澆筑高度6.1 m。上塔柱施工分節(jié)需考慮避開斜拉索索導(dǎo)管、錨固齒塊位置，并滿足主塔線形要求。

3.2 勁性骨架

主塔鋼筋密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為便于鋼筋的綁扎定位、施工人員操作、斜拉索索導(dǎo)管定位(上塔柱)，在塔柱內(nèi)設(shè)置勁性骨架。

勁性骨架立柱主桁片均為∠100×10角鋼，連接系均為∠63×6角鋼。勁性骨架分單元、分節(jié)在工地鋼結(jié)構(gòu)加工廠制造，利用塔吊進(jìn)行吊裝。每個(gè)塔柱內(nèi)勁性骨架分為6個(gè)單元，共9塊，勁性骨架單元及節(jié)段間通過焊接連接。

上塔柱布置有索導(dǎo)管和環(huán)向預(yù)應(yīng)力束，勁性骨架布置時(shí)需做局部調(diào)整。

3.3 液壓爬模系統(tǒng)

主塔施工采用ZL-ZPM100型液壓自爬模系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括模板系統(tǒng)和爬升系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)安裝完成后，模板的表面處理、安裝就位、調(diào)整及固定均可由系統(tǒng)自身完成。

爬模施工優(yōu)點(diǎn):①爬模下包既有混凝土面，且模板能實(shí)現(xiàn)豎向角度調(diào)整，很好地保證了主塔截面的準(zhǔn)確性，有效地解決了高空模板安裝就位難題。②爬模架體輕巧簡便，可分體拆裝，錨固系統(tǒng)受力明確，大大簡化了施工腳手，節(jié)省施工成本［2］。③可以利用爬模自身攜帶的小型液壓油缸作為爬架、模板提升的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)整套爬模同步爬升，抗風(fēng)性能好、安全可靠，并能大大緩解垂直運(yùn)輸?shù)膲毫Γ?］。

爬模施工注意事項(xiàng):①爬錐、埋件板和高強(qiáng)螺桿組成的總體埋件是爬模主要承力構(gòu)件，埋設(shè)時(shí)需保證其位置準(zhǔn)確，并明確爬模開始爬升時(shí)的最低混凝土強(qiáng)度。②導(dǎo)軌是整個(gè)爬模系統(tǒng)的爬升軌道，導(dǎo)軌布置時(shí)需保證豎向垂直、通長布置，并綜合考慮下、中、上塔柱各向截面尺寸、架體面板受力特性、塔柱預(yù)埋件位置等影響因素。③塔身外側(cè)液壓爬模設(shè)置有多層操作平臺(tái)，供施工人員綁扎鋼筋、模板頂升操作、塔身表面裝飾時(shí)用，其堆放荷載嚴(yán)禁超過設(shè)計(jì)荷載。④根據(jù)塔柱截面尺寸特點(diǎn)，合理確定模板包邊方式，減少裁切量。⑤施工時(shí)根據(jù)塔柱內(nèi)腔尺寸適時(shí)選擇內(nèi)模形式，如傾斜面可采用爬模，內(nèi)腔尺寸不變時(shí)可采用井筒平臺(tái)。

3.4 混凝土施工

3.4.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

主塔采用C50高性能混凝土，對(duì)混凝土的泵送施工性能和強(qiáng)度要求高。索塔具有截面尺寸大、箱形斷面壁厚較大的特點(diǎn)，屬大體積混凝土施工范疇。所配制的高性能混凝土必須滿足工程施工所需的可泵性、高強(qiáng)度大體積混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、良好的抗裂性能、耐久性能等要求。本橋在對(duì)各項(xiàng)原材料性能指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了主塔C50混凝土配合比的研究，混凝土配合比設(shè)計(jì)最終采用了低水膠比、大坍落度、雙摻粉煤灰和礦渣粉的技術(shù)方案。

3.4.2 混凝土澆筑

混凝土由岸上1座2×120 m3/h混凝土工廠生產(chǎn)供應(yīng)，地泵泵送入模。根據(jù)混凝土的澆筑方量施工前確保混凝土原材料數(shù)量應(yīng)能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要，橫梁混凝土施工時(shí)需臨時(shí)租用水上混凝土拌合船?；炷翝仓昂侠聿贾脻仓ぷ髌脚_(tái)、混凝土分配裝置(布料機(jī)、串筒、分料斗)等。

主塔鋼筋、預(yù)應(yīng)力孔道、索導(dǎo)管及定位架密集，混凝土澆筑時(shí)需嚴(yán)格監(jiān)控分層厚度及振搗工作，確?；炷临|(zhì)量，尤其是預(yù)應(yīng)力錨下及索導(dǎo)管鋸齒塊處混凝土的密實(shí)，并保證預(yù)應(yīng)力孔道及索導(dǎo)管不變位。

冬季混凝土生產(chǎn)時(shí)，采用電熱管加熱拌合用水。并調(diào)整投料順序，先將砂、石、熱水進(jìn)行攪拌，使熱水與砂、石充分進(jìn)行熱傳導(dǎo)后，再加入膠凝材料進(jìn)行攪拌，避免膠凝材料直接與熱水接觸發(fā)生假凝現(xiàn)象。

4 幾個(gè)關(guān)鍵部位施工技術(shù)措施

4.1 橫梁施工

橫梁高8.5 m，寬14 m，為單箱雙室矩形預(yù)應(yīng)力橫梁，C50混凝土5 109 m3，布置265束φj15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，夾片式群錨體系。采用落地式鋼管支架分2次澆筑。根據(jù)塔柱和橫梁的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)，橫梁高度范圍內(nèi)塔柱與橫梁同步施工。橫梁預(yù)應(yīng)力按施工階段分期張拉。

4.1.1 支架布置

落地支架采用3排5列鋼管立柱，靠近塔柱2列立柱傾斜布置。立柱對(duì)應(yīng)于下橫梁腹板，支撐于塔座頂，節(jié)段間采用法蘭連接。鋼管立柱頂部設(shè)置標(biāo)高調(diào)整格構(gòu)式墊塊、分配梁及縱梁，塔柱內(nèi)預(yù)埋牛腿支撐。施工底模、側(cè)模采用改制鋼模，內(nèi)模采用木模。

4.1.2 混凝土澆筑

橫梁混凝土沿高度方向分2次澆筑，第1次澆筑高度4.5 m，第2次澆筑高度4 m。橫梁混凝土總體澆筑順序?yàn)橛煽缰邢騼蓚?cè)塔柱方向進(jìn)行，先底板，后腹板，最后頂板，分層澆筑?；炷劣砂渡?座2×120 m3/h混凝土工廠生產(chǎn)和1艘水上拌合船配合供應(yīng)。實(shí)際生產(chǎn)能力為140 m3/h左右。澆筑施工前根據(jù)每次下橫梁澆筑的混凝土方量，通過配合比計(jì)算出所需原材料的量，按照20%的余量進(jìn)行備料。

4.1.3 預(yù)應(yīng)力張拉

橫梁預(yù)應(yīng)力張拉分3次進(jìn)行。第1次4.5 m高橫梁澆筑完成后，按設(shè)計(jì)要求初張拉部分底板下部2層預(yù)應(yīng)力。第2次4.0 m高橫梁澆筑完成后，補(bǔ)張拉第1次的預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值，張拉底板下部4層預(yù)應(yīng)力和頂板上部2層預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。中塔柱施工完成后，張拉剩余預(yù)應(yīng)力束至設(shè)計(jì)值。張拉時(shí)注意張拉束的對(duì)稱均衡，張拉完成后及時(shí)進(jìn)行管道真空輔助壓漿。張拉順序按設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行，先長束，后短束，先中間后上下依次進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉完成后盡快進(jìn)行壓漿，其間隔時(shí)間不得超過48 h。壓漿前需清除孔道內(nèi)雜物和積水。壓漿順序?yàn)橄认潞笊希缬写赚F(xiàn)象，串孔孔道同時(shí)壓漿。

4.2 環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工

大跨度斜拉橋的索塔錨固區(qū)是承受索及梁荷載的主要部位。由于斜拉索索力較大，錨固點(diǎn)相對(duì)集中，致使塔柱的索、梁錨固區(qū)應(yīng)力集中，應(yīng)力分布也很復(fù)雜。為確保錨固區(qū)域具有足夠的水平向承載能力和抗裂安全度，在錨固區(qū)域設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力是很有必要的［4］，見圖2。本橋上塔柱預(yù)應(yīng)力體系采用DSM15-8型預(yù)應(yīng)力鋼絞線低回縮錨具系統(tǒng)，采用2次張拉工藝(第1次張拉完48 h后進(jìn)行第2次張拉)，要求錨具放張回縮量≤1 mm。張拉端采用低回縮錨具，非張拉端采用普通夾片錨，張拉端與非張拉端交錯(cuò)布置。

圖2 環(huán)向預(yù)應(yīng)力布置示意(單位:cm)

預(yù)應(yīng)力張拉平臺(tái)利用爬模第5、第6層平臺(tái)。依次安裝工作錨板(低回縮量錨具對(duì)應(yīng)低回縮量的錨墊板)、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨板、工具夾片，按程序進(jìn)行第1次張拉。第2次張拉采用工具錨直接張拉，依次安裝撐腳(含螺母擰緊扳手)、千斤頂、工具錨、工具夾片，進(jìn)行第2次張拉。

鋼絲束、鋼絞線束的鋼絲直徑＞5 mm時(shí)，其曲線半徑不宜小于6 m［4］。本橋環(huán)向預(yù)應(yīng)力嚴(yán)格意義上雖不屬于小半徑預(yù)應(yīng)力施工，但仍需采取有效措施保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。

環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工的幾點(diǎn)建議:①在彎曲半徑較小的情況下，預(yù)應(yīng)力鋼絞線在同樣的控制張拉力作用下，產(chǎn)生的徑向等效荷載很大。在較大的徑向荷載作用下，預(yù)應(yīng)力鋼絞線有陷入孔道內(nèi)壁的趨勢，將增大摩擦系數(shù)。環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際摩擦系數(shù)綜合值應(yīng)由試驗(yàn)確定［5］，通過實(shí)測的孔道摩擦系數(shù)及錨圈口摩阻損失正確指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力施工。②預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)錨下鋼筋密集，要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求布置，環(huán)形鋼筋應(yīng)位于錨頭下，并居中布置?；炷翝仓r(shí)，需嚴(yán)格控制混凝土的和易性及塌落度，確保振搗密實(shí)，保證錨下混凝土施工質(zhì)量。③預(yù)應(yīng)力鋼絞線的穿束宜采用整束穿入并逐根編號(hào)，防止鋼絞線在穿入過程中打攪。

4.3 索導(dǎo)管安裝

索導(dǎo)管是將斜拉索錨固在主塔和主梁上的基本構(gòu)件，索導(dǎo)管的安裝必須保證斜拉索錨固點(diǎn)和錨墊板角度準(zhǔn)確。由于斜拉索的傾斜度隨著主梁的前伸而逐漸減小，索導(dǎo)管的空間位置亦呈漸變性，即索導(dǎo)管的傾角隨斜拉索空間角度的變化而變化。本橋中索為平面索，邊索為空間索，邊索索面水平角通過以實(shí)際錨固點(diǎn)為定點(diǎn)，水平轉(zhuǎn)動(dòng)α角度實(shí)現(xiàn)，錨墊板隨同索導(dǎo)管一起轉(zhuǎn)動(dòng)。墊板外側(cè)中心與塔壁錨固齒塊齊平。

本橋邊跨斜拉索SS1(SM1)至SS6(SM6)和中跨斜拉索MS1(MM1)至MS5(MM5)，采用在主塔施工時(shí)直接設(shè)置預(yù)埋管形成索導(dǎo)管。對(duì)于邊跨斜拉索SS7 (SM7)至SS19(SM19)和中跨斜拉索MS6(MM6)至MS19(MM19)，由于主塔截面變小，滿足不了斜拉索鋼絞線離散度的要求，其定位器須設(shè)置于塔外。采用在主塔施工時(shí)先設(shè)置預(yù)埋管(不出塔以利爬模施工)，待主塔施工完成后再由下而上逐層安裝索導(dǎo)管(見圖3)。

圖3 索導(dǎo)管布置示意

4.3.1 預(yù)埋管定位

斜拉索預(yù)埋管定位難度大、要求精度高、工作繁瑣，定位的正確與否直接影響斜拉索的安裝［6］。為保證定位準(zhǔn)確，分兩個(gè)步驟控制:

初定位。在鋼結(jié)構(gòu)施工場地拼裝預(yù)埋管定位架，在驗(yàn)收合格的預(yù)埋管定位架上測量放線，確定預(yù)埋管位置(相對(duì)標(biāo)高、中心線)并依此焊接可調(diào)裝置，并臨時(shí)固定。各鞍板與定位架橫桿及導(dǎo)管之間臨時(shí)點(diǎn)焊，在較高支點(diǎn)預(yù)埋管底部焊接阻擋角鋼，抄墊掛靠在橫桿上以防滑落。

精定位。將已初定位的預(yù)埋管與定位架單元起吊至塔頂，與預(yù)留骨架對(duì)位，調(diào)整至位置、標(biāo)高滿足要求后焊連(平面位置偏差不大于5 mm，垂直度偏差不大于1/100)。測量檢查預(yù)埋管錨板及底口位置，根據(jù)測量結(jié)果利用可調(diào)螺栓微調(diào)預(yù)埋管至滿足坐標(biāo)要求(進(jìn)出口中心坐標(biāo)誤差≤3 mm)，滿足要求后預(yù)埋管與定位架牢固焊接。

4.3.2 索導(dǎo)管安裝

主塔混凝土(預(yù)埋管)施工完成后，進(jìn)行索導(dǎo)管安裝。施工時(shí)以塔內(nèi)外升降平臺(tái)為操作平臺(tái)、墩旁塔吊為吊裝設(shè)備，利用塔內(nèi)斜拉索牽引系統(tǒng)輔助就位完成索導(dǎo)管的安裝。

索導(dǎo)管安裝前需清理預(yù)埋管錨板混凝土浮漿，在其上標(biāo)出錨固端十字中心線，并焊接4個(gè)定位擋塊。調(diào)整索導(dǎo)管錨板十字線與預(yù)埋管錨板十字線吻合，并焊接固定。在索導(dǎo)管出塔面內(nèi)側(cè)安裝封頭板。主塔節(jié)段混凝土施工完成后，在預(yù)埋管與索導(dǎo)管間壓注M50水泥漿。

5 結(jié)語

銅陵公鐵兩用長江大橋主塔規(guī)模宏大，單個(gè)主塔混凝土達(dá)28 092 m3，鋼筋鋼材4 037 t，預(yù)應(yīng)力鋼絞線609 t，波紋管37 078 m。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程質(zhì)量要求高。施工中通過嚴(yán)密施工組織，合理配置施工設(shè)備，并采取優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，規(guī)范施工技術(shù)與施工工藝，關(guān)鍵特殊工序先試驗(yàn)后實(shí)施等措施，有效地保證了主塔施工的安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。

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［3］楊國平，閆朔，黨權(quán)交．東海大橋Ⅶ標(biāo)主橋斜拉橋主塔施工［J］．公路，2006(3):45-50．

［4］周孟波．大噸位錨固區(qū)混凝土抗裂性及承壓能力研究［J］．橋梁建設(shè)，1999，29(4):13-17．

［5］陳建陽，徐國平，劉麗，等．大噸位小半徑環(huán)向預(yù)應(yīng)力在斜拉橋索塔錨固區(qū)中的應(yīng)用研究［J］．橋梁建設(shè)，2001，31(2): 12-15．

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(責(zé)任審編趙其文)

U443．38

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．08

1003-1995(2015)04-0027-04

2014-08-27;

2015-01-23

李斐(1981—)，男，山東煙臺(tái)人，工程師。