異形高聳塔柱鋼混結(jié)合段施工技術(shù)

張躍

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）

異形高聳塔柱鋼混結(jié)合段施工技術(shù)

張躍

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）

閱江大橋主塔結(jié)構(gòu)為“帆”形的高聳構(gòu)筑物，采用鋼混組合結(jié)構(gòu)，鋼混結(jié)合段的施工及精確定位是塔柱施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際，闡述該橋的施工難點(diǎn)、解決方案和最終效果。

鋼混結(jié)合段；定位架；三向千斤頂；塔柱

1　工程概況

1.1工程概況

閱江大橋位于廣東省肇慶市區(qū)，是連接肇慶市區(qū)與南岸高要的一條城市主干路。項(xiàng)目起點(diǎn)位于北岸端州區(qū)古塔路與星湖大道交叉路口，沿古塔路跨越西江，在南岸高要烏榕村與世紀(jì)大道（S272）銜接。主線全長(zhǎng)3.837 km，其中主線橋梁2 355 m/1座，于北岸建設(shè)路設(shè)置匝道出入口一處，南岸設(shè)置互通1處。主橋設(shè)計(jì)采用“帆”形塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋方案：跨徑布置為160 m+320 m+160 m，墩、塔、梁固結(jié)，橋梁總寬33.5 m。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，主塔為鋼-混組合塔，見圖1。

1.2塔柱構(gòu)造概況

閱江大橋主塔為鋼-混組合塔柱，塔柱混凝土段高25.26 m，鋼塔段高58.54 m，總高83.8 m。其中上塔柱為等截面鋼塔，塔柱橫橋向?qū)挾?.0 m，縱橋向?qū)挾?.6m，塔間系梁均為鋼系梁。鋼塔柱總計(jì)分為16個(gè)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段高度2～4.9 m不等，最大鋼塔節(jié)段重量為58.57 t。下塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，塔柱截面橫橋向?qū)?.0 m，縱橋向?yàn)樽兘孛妫撞砍叽鐬?×3.7 m。

鋼混結(jié)合段長(zhǎng)2.36 m，在結(jié)合段頂部設(shè)置14 cm厚的承壓板，節(jié)段內(nèi)共設(shè)置16束φs15.2-7預(yù)應(yīng)力鋼絞線，結(jié)合段鋼箱內(nèi)主要板件上沿塔高方向布置有剪力釘連接件，用來(lái)傳遞鋼塔柱的內(nèi)力（豎向力、彎矩、剪力）到混凝土塔柱中，見圖2。

2　鋼混結(jié)合段施工難點(diǎn)分析

鋼混組合結(jié)構(gòu)在當(dāng)代建筑中應(yīng)用越來(lái)越多，各種形式的鋼混組合賦予了設(shè)計(jì)師更大的選擇空間，但對(duì)其施工技術(shù)的研究還不夠全面，鋼-混組合塔的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際應(yīng)用實(shí)例并不多見，采用的組合形式也各有不同，針對(duì)本工程鋼塔采用的承壓板結(jié)合剪力釘傳力的組合構(gòu)造，如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，保證施工質(zhì)量，需要重點(diǎn)分析，逐個(gè)研究對(duì)策措施。

2.1定位架設(shè)計(jì)

鋼混結(jié)合段的定位是鋼塔施工成敗關(guān)鍵，起始段的定位精確度決定了整個(gè)鋼塔段的施工質(zhì)量，要在距水面近60 m的高空、在平面只有3.6 m× 4 m的位置上完成鋼塔首節(jié)的精確定位，定位架設(shè)計(jì)的合理性尤為重要，定位架的性能需求如下：

（1）可以進(jìn)行高程、橫向、縱向的細(xì)微調(diào)整；

（2）自身強(qiáng)度剛度和穩(wěn)定性要滿足要求；

（3）如采用埋置式，考慮與混凝土的連接；

（4）滿足對(duì)鋼塔首節(jié)進(jìn)行臨時(shí)固定要求。

鋼混結(jié)合段所處位置高，塔柱截面小，鋼混節(jié)段內(nèi)部壁板和頂板均設(shè)有剪力釘，并有鋼筋和預(yù)應(yīng)力束等布置，構(gòu)造及其復(fù)雜。定位架采用何種形式，受到多方面條件制約，困難重重。

2.2鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋施工

本工程鋼混結(jié)合段采用的承壓板和剪力釘結(jié)合傳力的設(shè)計(jì)，混凝土塔段的豎向主筋要插入鋼混段，并在鋼混段位置設(shè)置了豎向預(yù)應(yīng)力束，鋼混結(jié)合段分為三個(gè)箱室，空間異常狹小。需要解決以下兩個(gè)難題：

第一：如何保證鋼筋能順利傳入剪力釘空隙；

第二：如何保證鋼筋位置的絕對(duì)準(zhǔn)確，在鋼塔下放過(guò)程中不會(huì)卡住，同時(shí)預(yù)應(yīng)束要順利穿過(guò)鋼混結(jié)合段上的預(yù)留孔。

圖1　閱江大橋總體立面圖

圖2　鋼混結(jié)合段三維模型及立面圖（單位：mm）

2.3鋼混結(jié)合段就位與精確調(diào)整

鋼混結(jié)合段的定位架需要解決的是鋼混結(jié)合段的固定，但如何完成高空的精確調(diào)整，保證鋼塔在設(shè)計(jì)的三維空間內(nèi)定位，必須想出一套行之有效的調(diào)整工藝。

2.4混凝土施工工藝確定

鋼混結(jié)合段混凝土設(shè)計(jì)要求采用C60鋼纖維。如何滿足設(shè)計(jì)要求，選擇什么樣的施工工藝就需要確定對(duì)應(yīng)的混凝土性能指標(biāo)。結(jié)合實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)以往工程實(shí)例的調(diào)研和實(shí)物模型的驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出符合本工程實(shí)際的施工配合比，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

3　針對(duì)施工難點(diǎn)采取的施工措施

鋼混結(jié)合段施工采取混凝土段設(shè)置內(nèi)置式定位架，結(jié)合段底部預(yù)留60 cm的過(guò)渡段，通過(guò)臨時(shí)定位與精確定位后的永久定位架之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)鋼塔結(jié)合段的準(zhǔn)確定位。

3.1定位架設(shè)計(jì)

因?yàn)殇摻罴邦A(yù)應(yīng)力束定位精度對(duì)鋼混結(jié)合段就位會(huì)產(chǎn)生直接影響，綜合考慮后，確定定位架采用內(nèi)支撐的形式，借助于底部混凝土段實(shí)現(xiàn)定位架的受力傳遞和自身穩(wěn)定。

內(nèi)支撐架高5.53 m，主要由4根I40b型鋼作為主撐，橫向使用［20b型鋼作為連接增強(qiáng)穩(wěn)定性。下部2.66 m預(yù)埋在橋塔混凝土段。待預(yù)埋段混凝土達(dá)到強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)際測(cè)量情況在內(nèi)支撐架周圍設(shè)置8個(gè)限位擋塊，起到對(duì)GT1節(jié)段限位作用。內(nèi)支撐架頂端預(yù)留50 mm作為調(diào)整段，用于彌補(bǔ)在安裝施工過(guò)程中內(nèi)支撐架產(chǎn)生變形而導(dǎo)致的高程偏差，見圖3。

圖3　臨時(shí)支撐架和永久支撐架示意圖（單位：mm）

內(nèi)支撐架分為臨時(shí)結(jié)構(gòu)和永久結(jié)構(gòu)兩大部分。臨時(shí)支撐架通過(guò)四面八個(gè)牛腿臨時(shí)支撐鋼混結(jié)合段結(jié)構(gòu)，并對(duì)GT1鋼混結(jié)合節(jié)段進(jìn)行支撐、限位和精確定位使用。 永久部分是在臨時(shí)部分完成精確定位后在節(jié)段內(nèi)部焊接型鋼將GT1節(jié)段與內(nèi)支撐架連接固定。永久結(jié)構(gòu)定位架的主要起到鎖定鋼混結(jié)合段，防止其在填充混凝土期間發(fā)生位移。

通過(guò)建立受力模型，分別計(jì)算臨時(shí)結(jié)構(gòu)和永久結(jié)構(gòu)受力和變形情況，定位架的受力和變形均較小，能夠滿足施工需要，具體結(jié)果見圖4.圖5。

圖4　臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果

3.2鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋施工控制

鋼筋及預(yù)應(yīng)力位置的準(zhǔn)確，對(duì)鋼混節(jié)段的安裝就位影響巨大，稍有偏差，鋼混結(jié)合段就會(huì)卡在半空中，因此在塔柱開始分肢位置開始，對(duì)鋼筋的綁扎就采取設(shè)置定位板定位的措施。從混凝土塔柱第三段開始每隔六米，使用定位板固定主筋，共計(jì)4組。每組定位板由4塊花紋鋼板組成，A型鋼板為南北方向，B型鋼板為上下游方向。在標(biāo)高+49.704處設(shè)置2×B4+2×A1；標(biāo)高55.704處設(shè)置2×B3+2×A1，標(biāo)高61.704處設(shè)置2×B2+2×A1；標(biāo)高64.964處設(shè)置2×B1+2×A1。待澆筑混凝土初凝后，方可拆去定位板。定位板布置見圖6。

圖5　臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果

圖6　鋼筋定位板分塊大樣圖（單位：mm）

伸入鋼混結(jié)合段剪力釘之間的鋼筋，為保證鋼混結(jié)合段安裝就位時(shí)能夠順利下放，只設(shè)置一半的豎向鋼筋直接到頂，另外一半豎向鋼筋在鋼混結(jié)合段安裝就位后在箱體內(nèi)進(jìn)行機(jī)械連接接長(zhǎng)。鋼筋接頭在箱體內(nèi)如何對(duì)接問(wèn)題，首先在三維模型中進(jìn)行了三維空間模擬，認(rèn)為可行。然后在鋼混結(jié)合節(jié)段制作期間，派專人赴鋼塔制作廠家，在現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)際的鋼筋機(jī)械連接的位置狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)體空間的連接模擬。通過(guò)理論推理和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體模擬雙重手段，確定立了方案的可行性。

3.3鋼混結(jié)合段吊裝就位

塔柱鋼混結(jié)合段吊裝安放到臨時(shí)定位架上以后，通過(guò)在塔柱混凝土段頂面設(shè)置4組三向千斤頂，千斤頂布置在GT1中間兩個(gè)肋板下方?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼混結(jié)合節(jié)段進(jìn)行精確測(cè)量，得出當(dāng)前節(jié)段位置偏差值。通過(guò)4組三向千斤頂單獨(dú)調(diào)整使GT1節(jié)段位置達(dá)到設(shè)計(jì)要求精度，見圖7。

圖7　千斤頂位置圖

鋼混結(jié)合節(jié)段調(diào)整到位以后，通過(guò)鋼塔節(jié)段內(nèi)部，承壓板底面和側(cè)板與定位架豎撐之間焊接型鋼進(jìn)行鎖定，完全焊接固定后，拆除三向千斤頂設(shè)備。完成臨時(shí)定位支撐向永久定位支撐的轉(zhuǎn)換。

3.4模板配置及混凝土施工

因鋼塔節(jié)段與混凝土節(jié)段制作精度不同，如何保證二者之間“無(wú)痕對(duì)接”，根據(jù)初步設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)是將混凝土段的鋼模做高10 cm，抱箍在鋼塔節(jié)段上，形成過(guò)渡，在實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，塔柱混凝土段截面尺寸偏差大于鋼混結(jié)合段結(jié)構(gòu)底口約8 mm，雖均未超出設(shè)計(jì)規(guī)范要求，若采用鋼模板過(guò)渡，此處錯(cuò)臺(tái)及后期修補(bǔ)問(wèn)題必然出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)多次比較，最終決定改用優(yōu)質(zhì)木模板進(jìn)行此處錯(cuò)臺(tái)修正，利用木模的良好彈性，實(shí)現(xiàn)“無(wú)痕對(duì)接”。很好地解決了此處兩種不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)制作精度不同帶來(lái)的誤差。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求鋼混結(jié)合段采用C60鋼纖維混凝土填充，如何保證半封閉空間的混凝土澆筑質(zhì)量，我們采取了如下措施，對(duì)比類似鋼包混凝土施工案例，總結(jié)出適合本工程的混凝土性能指標(biāo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試拌比選和多次實(shí)物模型驗(yàn)證，最終確定采用自密實(shí)鋼纖維混凝土，澆筑過(guò)程中輔以振搗棒適量振搗的澆筑工藝。特別在澆筑到箱體拐角及承壓板以下附近區(qū)域，采取適量振搗的辦法，保證混凝土的密實(shí)度，見表1。

表1　鋼混結(jié)合段C60自密實(shí)鋼纖維混凝土配合比　kg/m3

4　結(jié)語(yǔ)

閱江大橋主塔鋼混結(jié)合段施工主要是從現(xiàn)場(chǎng)定位架設(shè)計(jì)制作、三向千斤頂?shù)倪x用、鋼筋綁扎精度控制等措施的選擇、過(guò)渡段優(yōu)選木模板，一道道工序的模擬優(yōu)化和比選，最終形成了一套科學(xué)合理的施工工藝。通過(guò)研究工藝指導(dǎo)，完成了內(nèi)支撐架的準(zhǔn)確預(yù)埋，鋼混結(jié)合段順利完成初步吊裝就位，未發(fā)生因鋼筋預(yù)埋偏差影響下放就位問(wèn)題；預(yù)應(yīng)力筋順利穿過(guò)預(yù)留孔洞；通過(guò)內(nèi)支撐架和三向千斤頂快速完成鋼塔首節(jié)段的精確定位；綁扎鋼混結(jié)合段內(nèi)的鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道恢復(fù)施工。在氣溫相對(duì)穩(wěn)定時(shí)段完成了混凝土的澆筑。此工藝科學(xué)地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，成功完成了鋼混結(jié)合段的安裝，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范要求。

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提升，鋼結(jié)構(gòu)在大橋上的應(yīng)用將逐漸普及，而工程師們對(duì)橋梁美學(xué)的要求，也越來(lái)越高，因此各類異形高聳鋼混結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越多。通過(guò)閱江大橋主塔鋼混結(jié)合段施工的實(shí)踐，豐富了該類工程的施工工藝，也為以后類似工程的施工提供了很好的借鑒。

U445.4

B

1009-7716（2016）06-0205-04

2016-03-11

張躍（1982-），男，江蘇徐州人，工程師，從事市政道路橋梁土建施工工作。