跨穗鹽路斜拉橋主塔施工技術(shù)

劉翔

摘要：跨穗鹽路斜拉橋是一座位于城市復(fù)雜交通環(huán)境中的四線獨(dú)塔雙索面曲線斜拉橋，曲線半徑為R=1147.8m，其上跨西環(huán)高速公路，比鄰武廣高速鐵路，橋塔結(jié)構(gòu)外側(cè)距武廣高鐵最近距離為18.8m，施工難度大。該橋孔跨布置為（32.6+175+175+32.6）m，主塔為雙柱式鼎形框架結(jié)構(gòu)，矩形空心截面形式，塔高141.98m（含塔座）。塔柱施工采用爬模爬架法，由于施工投影覆蓋西環(huán)高速公路，其下橫梁施工在落地式防護(hù)棚架下完成，中、上橫梁采用牛腿支承支架立模施工。

Abstract： The cable-stayed bridge crossd Suiyan road is the four lines of a single pylon and double cable plane cable-stayed bridge on curve located in the complex traffic environment of the city. The curve radius is 1147.8m. It is cross on the Xihuan central expressway， near Wuguang high speed railway. The nearest distance of the lateral pylon structure from Wuguang high-speed railway is 18.8m， the work is very difficult. The span arrangement of the bridge is （ 32.6+175+175+32.6 ） m. The main tower is double column tripod-shaped framework structure by rectangular hollow section， the height of tower is 141.98m. Tower construction is using the method of climbing formwork and climbing frame. Because the projective is covering the Xihuan expressway. The construction of lower beam is completed in the scaffold by floor type protection， the middle beam and upper beam is constructed by corbel supporting frame formwork.

關(guān)鍵詞：斜拉橋；主塔；爬模爬架；下橫梁；中、上橫梁；關(guān)鍵技術(shù)

Key words： cable-stayed bridge；main pylon；climbing frame；lower beam；middle and upper beam；key technology

中圖分類號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）14-0092-04

1 概述

跨穗鹽路斜拉橋是貴廣南廣鐵路的重點(diǎn)工程，位于穗鹽路地段上跨越城區(qū)道路交叉十字路口及廣州西環(huán)高速公路高架橋，周圍建筑較為密集，并在越過高速公路橋后比鄰武廣高鐵高架橋，因此采用大跨輕型鋼結(jié)構(gòu)橋梁，避免或減少鐵路橋梁對(duì)居民、城市地面交通和高速公路高架橋的干擾。本橋按四線軌道布置，孔跨為（32.6+175+175+32.6）m，采用獨(dú)塔雙索面塔梁固結(jié)體系，主跨為175m鋼箱結(jié)構(gòu)，邊輔跨為32.6m為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

主塔為設(shè)有橫梁的雙柱式鼎形框架結(jié)構(gòu)，橋面以上塔高118.9m，采用C55混凝土，兩塔柱中心間距在塔底為46.3m，塔頂為24.0m。塔柱共設(shè)有三道橫梁，其曲線形的造型與曲線主梁結(jié)合，增大了橋塔橫向剛度，以有效抵抗指向曲線內(nèi)側(cè)的徑向索力，減小橋塔橫向變形、改善橫梁與橋塔交點(diǎn)處的受力狀態(tài)。（見圖1）

2 主塔施工

跨穗鹽路斜拉橋結(jié)構(gòu)上分為塔座、下塔柱、塔梁固結(jié)區(qū)、下橫梁、塔身、中塔柱、中橫梁、上塔柱和上橫梁，共分24個(gè)施工節(jié)段。其材料、設(shè)備的水平運(yùn)輸直接用汽車通過穗鹽路運(yùn)輸至主塔墩位處，為便于施工材料的空間運(yùn)輸，主塔曲線內(nèi)、外側(cè)共設(shè)置兩臺(tái)型號(hào)分別為TC7052及D800-42的塔吊，服務(wù)于塔柱施工、防護(hù)棚架搭設(shè)等?；炷恋纳a(chǎn)由附近拌和站供應(yīng)，通過混凝土攪拌車運(yùn)輸至橋塔處，利用兩臺(tái)天泵進(jìn)行混凝土澆筑。其整體施工流程如下：施工準(zhǔn)備（塔吊安裝）→塔座施工→下塔柱施工→墩旁支架及西環(huán)防護(hù)棚施工→下橫梁區(qū)塔柱施工（含下橫梁）→安裝爬模爬架→塔身施工→中塔柱施工→中橫梁施工→上塔柱及塔冠施工→上橫梁施工。

2.1 塔柱施工

主塔施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)取6m，在下塔柱區(qū)及上、下橫梁處設(shè)置非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為調(diào)整段。單個(gè)塔柱共分為24節(jié)施工，主要采用爬模爬架法進(jìn)行施工。由于施工空間受西環(huán)高速公路橋的限制，下塔柱第一節(jié)施工采取支架法進(jìn)行，第二節(jié)塔柱除了塔身內(nèi)側(cè)面無法安裝爬架外，其余三面可安裝爬架，利用爬架提供施工平臺(tái)，塔身內(nèi)側(cè)面仍采取鋼管腳手架搭設(shè)施工平臺(tái)。第三節(jié)即可安裝塔身內(nèi)側(cè)面爬架，并采取爬模爬架法完成剩余塔柱的混凝土灌注。由于主塔表面呈流線型變化，若采用鋼模，需要的鋼模規(guī)格太多，不利于模板的調(diào)整組拼，且浪費(fèi)較大，故主塔爬模面板采用組拼式大塊木結(jié)合模（木膠合板用進(jìn)口維薩板），爬模系統(tǒng)主要包括方木條、幾字型鋼、2[14b鋼帶、對(duì)拉拉桿、緊固件及扣件等，主塔內(nèi)模采用木模，采取預(yù)埋角鋼牛腿搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行安裝。

自動(dòng)液壓爬模體系主要由液壓爬架和模板體系組成。爬架主要由懸掛件及預(yù)埋件、爬升導(dǎo)軌、液壓頂升設(shè)備、上部操作平臺(tái)、主工作平臺(tái)、下部作業(yè)平臺(tái)及電梯入口平臺(tái)組成。其組成示意圖如圖2。

2.1.1 爬架體系受力計(jì)算

在Midas中建立圖3所示模型，各受力桿件依次編號(hào)，由于桿件2、4、6相同，1、5相同，11、13、14、15、16相同，因此只需驗(yàn)算1、2、3、7、8、9、10、11、12號(hào)桿件即可，桿件軸向應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為210MPa①。

工況一為工作靜止?fàn)顟B(tài)下，作用形式如圖4；工況二為非工作狀態(tài)下，作用形式如圖5；風(fēng)荷載取值均為Q1=7.625kN；Q2=8.17kN，經(jīng)Midas計(jì)算，取最危險(xiǎn)的一榀桁架，得到各桿件軸力圖，桿件軸力及穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表1。

由表1可以看出，各桿件軸向應(yīng)力均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=210MPa滿足規(guī)范要求。

2.1.2 爬架施工方法

爬架體系進(jìn)場(chǎng)完成拼裝，在下橫梁區(qū)段澆筑時(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋好爬架預(yù)埋件，同時(shí)考慮到控制待澆段與已澆段不出現(xiàn)明顯的錯(cuò)縫及錯(cuò)臺(tái)，在已澆段頂口以下15cm預(yù)埋H型螺栓，拼裝模板時(shí)，利用特制扣件，將模板底口準(zhǔn)確落于扣件上，通過扣件卡緊模板，使模板與混凝土間沒有空隙，經(jīng)技術(shù)和安全部門檢查完畢后，澆筑首節(jié)混凝土。

自爬模的頂升運(yùn)動(dòng)通過液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升來實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)軌和爬模架二者之間可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在爬架處于工作狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。退模后就可在退模留下的爬錐上安裝受力螺栓、掛座體、及埋件支座，調(diào)整上下軛棘爪方向來頂升導(dǎo)軌。待導(dǎo)軌頂升到位，就位于該埋件支座上后，施工人員即轉(zhuǎn)到下平臺(tái)去拆除導(dǎo)軌、下部埋件支座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結(jié)之后就可以開始頂升爬模架，導(dǎo)軌保持不動(dòng)，調(diào)整上下棘爪方向后啟動(dòng)油缸，爬模架就相對(duì)于導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)。通過導(dǎo)軌和爬模架這種交替附墻，提升對(duì)方，爬模架沿著墻體上升，直到坐落于預(yù)留爬錐上，實(shí)現(xiàn)逐層提升，達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，做好安全防護(hù)措施，依據(jù)常規(guī)方法綁扎鋼筋，完成模板拼裝及勁性骨架安裝，檢查確認(rèn)后澆筑塔身混凝土。

2.2 下橫梁施工

下橫梁的施工采用落地式支架進(jìn)行，主要由鋼管立柱+縱向分配梁+橫向桁架式主梁組成。鋼管立柱由三排組成，在曲線內(nèi)、外側(cè)承臺(tái)上通過預(yù)埋件各架立一排鋼管立柱，在西環(huán)高速中央分隔帶處架立一排鋼管立柱，立柱基礎(chǔ)采用鉆孔樁+承臺(tái)方式，布置形式見圖6。主塔下橫梁寬8m，中間截面高5m，兩端截面高7.4m，橫跨西環(huán)高速公路，其底面與西環(huán)高速公路橋面凈空為7.73m，自重約3068t，分兩次澆筑，第一次澆筑3m，第二次澆筑2m。由于下橫梁底平面為拱形曲面，故需加工特制的拱形桁架做為橫梁。

其施工主要步驟：測(cè)量定位→橫梁支架安裝→預(yù)壓→安裝橫梁底?！壴装濉⒏拱邃摻?、穿波紋管及穿束→安裝內(nèi)、外側(cè)模板→檢查、鑒證→布置灌注平臺(tái)、澆注混凝土→安裝頂板底模板→綁扎頂板鋼筋→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)、拆頂板底模板→張拉→壓漿→封端→拆除橫梁底模及支架。

2.3 中橫梁、上橫梁施工

中橫梁及上橫梁的施工均采用支架牛腿法進(jìn)行，支架主梁根據(jù)結(jié)構(gòu)底面線型而采用拱形桁架式結(jié)構(gòu)，布置形式見圖7。支架牛腿預(yù)埋在塔柱側(cè)壁，并通過精軋螺紋桿拉緊傳力至已澆筑塔柱實(shí)體上。

由于中橫梁及上橫梁頂、底輪廓線型呈小曲率橢圓形，施工結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，為了減少支架受力以及便于混凝土的澆筑振搗，中橫梁及上橫梁混凝土的灌注均分三次進(jìn)行（括號(hào)中為上橫梁澆筑分層高度），第一次澆筑8.5m（9.0m），主要澆筑橢圓弧底板、部分腹板混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，澆筑第二次混凝土，澆筑高度為4.5m（4.0m），主要完成隔板、部分腹板及兩橫隔板之間的頂板混凝土。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，澆筑第三次混凝土，完成剩余頂板及腹板混凝土的澆筑。上橫梁混凝土施工前，因上橫梁澆筑承重荷載支撐于中橫梁上，為了增強(qiáng)中橫梁剛度，將中橫梁預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉完畢后方可繼續(xù)上橫梁施工。

其施工步驟為：測(cè)量放樣→塔柱施工至中、上橫梁區(qū)→預(yù)埋中、上橫梁伸入塔柱內(nèi)鋼筋→預(yù)埋牛腿→中、上橫梁區(qū)塔柱側(cè)面鑿毛→中、上橫梁支架安裝（防護(hù)平臺(tái)安裝）→底模鋪設(shè)→腳手架平臺(tái)搭設(shè)→底板鋼筋、腹板鋼筋安裝（預(yù)應(yīng)力波紋管埋設(shè)）→安裝內(nèi)?！惭b隔板鋼筋→安裝側(cè)模→調(diào)整模板→第一次混凝土澆筑→混凝土的養(yǎng)護(hù)、鑿毛→初凝后，開始第二次綁扎鋼筋及安裝模板→混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，開始澆筑第二次混凝土→重復(fù)上述步驟，完成第三次混凝土的澆筑→混凝土的養(yǎng)護(hù)、修補(bǔ)→模板的拆除。

3 主塔線形監(jiān)控監(jiān)測(cè)

橋塔的線形控制是施工監(jiān)控的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其線形的好壞直接關(guān)系到橋塔質(zhì)量、斜拉索掛設(shè)精度及鋼箱梁安裝精度等。因此，必須在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立實(shí)時(shí)測(cè)量體系，對(duì)施工過程中結(jié)構(gòu)的位移、線形、溫度及沉降等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，為施工監(jiān)控工作提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即借助施工建立的平面及高程控制網(wǎng)，應(yīng)用三角及精密水準(zhǔn)法對(duì)橋塔進(jìn)行線形監(jiān)測(cè)。

主塔偏位測(cè)點(diǎn)分別在塔柱內(nèi)外側(cè)頂面選擇一合適點(diǎn)位布置棱鏡，利用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，其它幾何位置測(cè)量主要利用全站儀進(jìn)行。標(biāo)高測(cè)量?jī)x器為萊卡NA2級(jí)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，測(cè)距精度每公里往返測(cè)誤差為±0.7mm；軸線偏位測(cè)量及塔偏位測(cè)量采用TOPCONGTS-601A型全站儀，測(cè)角精度為±1"，測(cè)距精度為±2mm+2ppm。控制施工階段的線形測(cè)量安排在每節(jié)塔柱施工階段結(jié)束且在日落后3～4小時(shí)（夏季、秋季為日落后4～5小時(shí)）以后至次日清晨日出前進(jìn)行。

4 結(jié)語

跨穗鹽路斜拉橋主塔施工受城市交通環(huán)境、施工空間、季節(jié)性臺(tái)風(fēng)等因素的影響，施工難度較大，經(jīng)過前期詳細(xì)的方案比選及計(jì)算研究，塔柱施工采用了科學(xué)先進(jìn)的爬模爬架法，橫梁采用了不同型式的支架施工，各步驟均結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，嚴(yán)格按照不同階段不同措施的方案嚴(yán)格執(zhí)行，順利完成施工。目前，該斜拉橋已投入使用并已正常運(yùn)營(yíng)4年未出現(xiàn)任何后期問題，對(duì)今后同類橋梁的施工具有重要的借鑒意義。

注釋：

①根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》（人民交通出版設(shè)）（周水興等著）附表3-20，45號(hào)鋼材軸向應(yīng)力[σ]取值為210MPa。

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