馬鞍山長江大橋中塔鋼-混凝土疊合段施工關(guān)鍵技術(shù)*

呂獎國　殷永高　向文鳳　吳義龍　丁　蔚

(安徽省高速公路控股集團有限公司1)　合肥　230088)　(中鐵大橋局集團第四工程有限公司2)　南京　210031)

馬鞍山長江大橋中塔鋼-混凝土疊合段施工關(guān)鍵技術(shù)*

呂獎國1)殷永高1)向文鳳1)吳義龍2)丁蔚1)

(安徽省高速公路控股集團有限公司1)合肥230088)(中鐵大橋局集團第四工程有限公司2)南京210031)

摘要：馬鞍山長江大橋中塔設(shè)計為鋼-混凝土疊合塔，疊合段處于鋼-混凝土結(jié)構(gòu)過渡部分，鋼塔荷載通過混凝土頂面直接傳遞，混凝土頂面與鋼塔柱底座板接觸的密貼性是保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵.通過試驗確定疊合段混凝土配合比、施工工藝，開展1/4模型試驗驗證施工工藝的可靠性.在離鋼塔柱2 m處設(shè)置后澆混凝土疊合段，采用195 cm自密實混凝土+5 cm高性能砂漿，成功解決了疊合段混凝土澆筑難題.最后進行鋼混接頭無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的張拉，確保了鋼塔柱與混凝土塔柱之間無縫連接.

關(guān)鍵詞：鋼-混凝土疊合；模型試驗；自密實混凝土；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力

呂獎國(1983- ):男，碩士，工程師；主要研究領(lǐng)域為橋梁工程及其項目管理

0引言

馬鞍山長江大橋左汊主橋為2 m×1 080 m三塔兩跨懸索橋，中塔采用鋼-混凝土疊合塔，塔高175.8 m(承臺頂面以上)，見圖1.采用鋼-混凝土疊合塔，使中塔合成剛度適中,有效降低了主纜在中塔兩側(cè)產(chǎn)生的不平衡纜力,提高了主纜與鞍座間的抗滑移安全系數(shù).同時,采用鋼-混凝土疊合塔,水中及水位變化區(qū)為混凝土結(jié)構(gòu),避免鋼塔部分被江水浸漬,保證了結(jié)構(gòu)耐久性[1].鋼-混凝土疊合段如圖2所示.

圖1　中塔示意圖(單位：cm)

大橋鋼混接頭[2-3]采用新型的鋼混疊合結(jié)構(gòu)，在混凝土下塔柱頂面布置鋼塔柱的T1節(jié)段，通過110束無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力將兩者鎖緊.

T1節(jié)段高5.8 m，底板平面尺寸為15.9 m×7.8 m，下塔柱頂平面尺寸為17.0 m×9.2 m,疊合段混凝土澆筑時，大部分面積均位于T1節(jié)段底座板下.為方便混凝土布料，保證其與底板面密貼，T1底座板上開有澆筑孔、振搗孔、排氣孔等大小不等的孔.

在塔柱施工過程中需保證鋼塔柱T1節(jié)段底板與下塔柱頂面密貼，因此在下塔柱施工過程中預(yù)留2 m混凝土后澆段(也稱疊合段).疊合段內(nèi)有110束鋼絞線鋼管穿過，從上到下布置有7層鋼筋，混凝土下料只能通過鋼塔隔板上預(yù)留孔送入底座板下，作業(yè)條件較差，澆筑質(zhì)量要求高.

1總體施工方案

疊合段施工總的方案是：下塔柱施工至預(yù)留后澆段位置，完成下塔柱全部鋼絞線張拉后，在塔柱頂安裝鋼塔T1節(jié)段調(diào)節(jié)支撐裝置——定位立柱，浮吊起吊安裝T1并調(diào)整定位，澆注下塔柱頂面2m的疊合段混凝土和預(yù)應(yīng)力錨下混凝土，待混凝土強度達到設(shè)計要求后，張拉部分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，固定鋼塔柱.

1.1定位立柱施工

鋼-混凝土疊合段共布置6個定位柱(見圖2)，位置避開預(yù)應(yīng)力鋼筋，定位柱平面尺寸為80 cm×80 cm，高為2 m，頂上設(shè)鋼板，鋼板上開有錨桿孔、混凝土澆筑孔等，立柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在下塔柱施工時預(yù)埋豎向鋼筋.

圖2　定位柱及千斤頂布置示意圖

T1與立柱通過在定位柱上的4個錨固螺桿鎖定，定位柱施工時在相應(yīng)位置用直徑100 mm鋼管預(yù)留孔洞，待T1節(jié)段調(diào)位完成后插入錨桿，用環(huán)氧砂漿固定后再進行鎖定.

定位柱位置由測量組放樣確定，平面位置偏差小于10 mm，預(yù)留孔偏差小于10 mm，頂面標(biāo)高低于設(shè)計鋼-混凝土疊合面10～20 mm，在T1節(jié)段精確調(diào)整后注入支座壓漿料完成標(biāo)高的鎖定.通過頂口下料孔進行混凝土澆筑并振搗，保證混凝土澆筑質(zhì)量.

1.2鋼塔柱T1節(jié)段安裝

T1節(jié)段為580 t，采用四點吊裝，吊裝設(shè)備為新制1 000 t浮吊.

為精確調(diào)整T1節(jié)段位置，在支架頂及下塔柱頂設(shè)置有調(diào)節(jié)裝置，可以實現(xiàn)平面、豎向調(diào)整，系統(tǒng)由豎向、水平向千斤頂，鋼墊塊、滑動裝置等組成，可方便調(diào)節(jié)T1節(jié)段位置.單個塔柱T1節(jié)段下豎向頂采用4臺500 t千斤頂，水平頂采用1臺50 t千斤頂.

調(diào)整完成后，對豎向、水平向頂進行鎖定，在混凝土中立柱中插入與鋼塔錨固的錨桿，再灌入環(huán)氧砂漿將錨桿固定.

將立柱四周與鋼塔底座板間縫隙用環(huán)氧砂漿封閉，并留好進漿孔與出氣孔，在鋼座板與立柱間灌入支座灌漿料，以保證立柱與T1節(jié)段的有效連接.

灌漿料在灌漿后數(shù)小時即可發(fā)揮承載作用，強度達到50 MPa后，將錨桿與T1鎖定，并撤除水平、豎向千斤頂，拆除調(diào)節(jié)裝置，連接預(yù)應(yīng)力鋼管，進行疊合段澆筑施工.

2疊合段混凝土施工試驗研究

2.1小尺寸模型試驗

小尺寸模型主要對混凝土材料的澆筑及性能進行試驗，分80 cm×80 cm×20 cm和40 cm×40 cm×20 cm2種.根據(jù)有關(guān)資料[4-5]，要求混凝土在保證C50強度的同時，滿足泵送需要，坍落度大于20 cm，1 h后坍落度損失控制在2 cm，擴展度大于60 cm，初凝時間大于8 h，有收縮補償能力，硬化后體積無明顯收縮.雖然聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土相比普通混凝土具有更好地受力性能[6]，但由于澆筑過程中難以保證其具有較好的流動性，因此試驗與正式施工所使用的混凝土均為自密實混凝土，未添加纖維材料.

第一階段試驗過程中，不論怎樣調(diào)整配合比，優(yōu)化澆筑工序、振搗工藝，混凝土表面始終存在較多小氣泡.經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，混凝土自身含氣及頂部密封是造成混凝土頂面與鋼板接觸面存在較多氣泡的原因.混凝土自身含氣量可以通過措施減少但不能徹底消除，頂板粘附的氣泡在混凝土流動的情況下有減少，但還是不能完全解決，混凝土頂面與鋼板接觸面存在較多氣泡問題靠采取以上措施不能完全解決.要想徹底消除頂面氣泡，取得較好效果，必須在頂面建立氣泡逸出通道.

第二階段試驗根據(jù)大型支座壓漿效果較好的實際情況，決定對小尺寸模型表面與頂板接觸處5 cm高度用高強度砂漿填充，檢查其頂部的接觸情況.具體做法為：當(dāng)混凝土澆筑到距頂板5 cm并振搗完成后，用砂漿從澆筑孔灌入，流出模板外的砂漿再回收后循環(huán)灌入，并逐漸將周邊孔封堵以改變砂漿流動方向.

分析認(rèn)為，采用砂漿澆筑疊合段頂面時，砂漿流動充分，通過循環(huán)澆筑方式可以增大砂漿的流動范圍，帶走大部分粘附在鋼板上的氣泡，其最終效果較混凝土好.

2.2疊合段1/4模型試驗

為進一步驗證，決定開展疊合段1/4模型試驗，以驗證頂部采用壓漿工藝的實施效果.模型試驗采用足尺比例，在混凝土材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造,以及尺寸、澆筑工藝等方面均實橋一致.另外，試驗?zāi)Ｐ突炷林苓叧叽绫萒1底座板尺寸均小50 cm左右，其澆筑條件較實橋相對苛刻.考慮到疊合段結(jié)構(gòu)在平面上的對稱性，選取疊合段1/4范圍的結(jié)構(gòu)進行試驗.

為保證砂漿能夠順利流動并保證一定的壓力，在中部澆筑孔豎5根直徑20 cm、高2 m的鋼管與模板連接，最后澆筑砂漿時從鋼管內(nèi)灌入.

通過汽車泵布料，將混凝土分層進行澆筑，振搗棒進行振搗，保證混凝土面基本平整，到預(yù)定標(biāo)高時，將澆筑孔、振搗孔用木板封閉，從鋼管中澆筑砂漿，用桶將從出漿口流出的砂漿重新灌入.

試驗完成后將模板拆除，混凝土表面情況如下：側(cè)面光滑密實，與小尺寸模型試驗情況相同；頂面與模板粘結(jié)緊密，氣泡數(shù)量少，單個氣泡面積小，比小尺寸模型試驗結(jié)果有很大提高，可以滿足使用要求.

因模擬現(xiàn)場條件，模板上沒有刷脫模劑等，模板上粘有一部分砂漿，與混凝土頂面情況相吻合.

2.3試驗結(jié)論

根據(jù)小尺寸模型與1/4模型試驗，得到下述試驗結(jié)論：(1)混凝土頂面氣泡可以通過優(yōu)化配合比、改進施工工藝等措施予以減少，但要完全消滅目前條件下不能做到；(2)自密實混凝土土能夠較好地實現(xiàn)自密實功能，從試驗結(jié)果看，內(nèi)部混凝土密實，側(cè)面光滑，氣泡少；(3)采用砂漿進行疊合段頂面5 cm的壓注，可以大大改善頂面氣泡的逸出條件，頂面氣泡小、數(shù)量少，疊合段頂面與鋼板接合良好，滿足使用要求.

3疊合段混凝土澆筑

疊合段采用混凝土澆筑與壓漿相結(jié)合的方式，底下195 cm采用自密實混凝土澆筑，剩余5 cm采用高性能砂漿填充.下料通過各預(yù)留孔進行，完成澆筑后將各預(yù)留孔用膠墊加木板覆蓋，并用木方支撐在橫隔板上，再從各區(qū)中部的澆筑孔將剩余5 cm采用灌漿料進行填充.

疊合段模板仍使用下塔柱模板VISA模板，立模高度超過疊合段頂面30 cm，砂漿澆注高度至T1底座板頂，在超過鋼座板頂面位置開出砂漿流出孔，并接好PVC管，通過用軟管與PVC管將砂漿引入平臺上桶內(nèi)，以回收砂漿，防止污染下塔柱.每個壓漿區(qū)域兩側(cè)均設(shè)置一出漿管，橫橋向一邊各設(shè)2個出漿管，共設(shè)18個出漿管.見圖3.

圖3　砂漿回收裝置示意圖

疊合段鋼筋、模板安裝完成后，將T1節(jié)段腹板內(nèi)除澆筑孔和注漿孔外的其余孔進行封閉，安裝注漿孔的鋼管，鋼管長度大于2 m，下口處設(shè)密封蓋，加膠皮墊以保證密貼.密封蓋采用6 mm鋼板制作，通過設(shè)木撐與橫隔板連接保證其與鋼板的密貼.

注漿孔下口在鋼筋綁扎完成后在鋼筋頂面放入尺寸40 cm×40 cm、厚2 mm鋼板，以防注漿時砂漿壓入已澆筑的混凝土內(nèi)，影響流動效果.

混凝土澆筑前，用水濕潤下塔柱頂面，下料時由中間孔向兩側(cè)進行，因采用自密實混凝土，澆筑過程中除將混凝土面整平外，可不對混凝土進行振搗.當(dāng)混凝土澆筑至距底座板5 cm時，通過底板孔觀察混凝土面平整情況，如有不平，通過局部振搗將其整平.

砂漿注入前將砼灌注孔及排氣孔進行封閉，澆注順序為先中間再兩邊，以砂漿漫出模板上的出漿孔并持續(xù)流動1 min為度，流出的砂漿再注入注漿孔內(nèi)加強流動效果.

4無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束張拉

疊合面布置有110束ΦS15.24-37無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨下控制應(yīng)力為0.55fpk.在T1鎖定后，即可進行無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束穿束工作.因無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束有換束要求，穿入的鋼絞線不能相互纏繞.預(yù)應(yīng)力孔道在下塔柱施工期間分段安裝，疊合段澆筑完成后在下橫梁頂面編束，穿入無粘結(jié)束.

預(yù)應(yīng)力單根張拉力按0.55fpk控制，張拉順序按兩側(cè)對稱進行，先張拉長邊方向，由中間向兩端進行，再張拉短邊方向，先張拉靠塔柱中心線側(cè)，即由高到底張拉，同一排張拉時由中心向兩端進行.主梁架設(shè)完成后，進行二次預(yù)應(yīng)力張拉，以確保錨下控制應(yīng)力滿足設(shè)計要求.

張拉完成后，切除錨頭多余鋼絞線，對外露段鋼絞線進行防腐處理，裝好錨頭處防護罩，灌注油脂密封.

5結(jié)束語

馬鞍山長江大橋左汊主橋中塔采用鋼-砼疊合的新形式，如何解決大面積封閉條件下混凝土澆筑問題是關(guān)系到中塔結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵難點，通過試驗和工藝實踐，確定了2 m高的后澆疊合段澆筑施工方案：195 cm自密實混凝土+5 cm高性能砂漿，成功解決了疊合段混凝土澆筑難題，最后進行鋼混接頭無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的張拉，確保了鋼塔柱與混凝土塔柱之間無縫連接，為類似工程的實施提供了范例.

參 考 文 獻

[1]張強，徐宏光.馬鞍山長江公路大橋設(shè)計與創(chuàng)新[J].橋梁建設(shè),2010(6):1-5.

[2]李斐然.自錨式纜索承重橋梁鋼混結(jié)合部接觸面應(yīng)力分析[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版,2012(5):978-982.

[3]鄭舟軍,陳開利.斜拉橋結(jié)合段剪力釘受力機理研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版,2008(4):767-770.

[4]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，清華大學(xué).CECS 203-2006 自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[5]中南大學(xué)，福州大學(xué).CCES02-2004自密實混凝土設(shè)計與施工指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[6]李北星，馬立軍，田曉彬，等.鄂東長江公路大橋鋼-砼結(jié)合段自密實混凝土的配制及施工技術(shù)研究[J].公路,2011(3):5-9.

中圖法分類號：U455

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.018

收稿日期：2014-10-18

Key Construction Techniques of the Steel/Concrete
Hybrid on the Middle Tower of Maanshan Yangtze River Bridge
LV Jiangguo1)YIN Yonggao1)XIANG Wenfong1)WU Yilong2)DIN Wei1)

(AnhuiExpresswayHoldingGroupCo.,Ltd.,Hefei230088,China)1)

(The4thEngineeringCo.,Ltd.,ChinaZhongtie

MajorBridgeEngineeringGroup,Nanjing210031,China)2)

Abstract：The design type of middle tower of Maanshan Yangtze River Bridge is steel/concrete hybrid tower. The hybrid part was located in the transition region of steel-concrete structure. The force of steel tower transfers directly to the top surface of the concrete, The adhesiveness between bottom surface of steel tower and top surface of concrete is critical to ensure the structural safety. Concrete mix proportion and construction technology were determined by experimental testing. 1/4 model test was conducted on site to verify the reliability of construction technology. Setting the post pouring concrete hybrid part at 2m distance from steel tower, Using 195cm self-compacting concrete and 5cm high performance mortar solved the concrete pouring problem of hybrid part successfully. Finally, unbonded prestressed were tensioning in steel concrete joint, made the steel pylon and concrete pylon connected seamlessly.

Key words：steel/concrete hybrid; model test;self-compacting concrete; unbonded prestressed

*交通運輸部建設(shè)科技項目資助(批準(zhǔn)號：2013 318 J14 360)