紅水河特大橋索塔施工關(guān)鍵技術(shù)

林峰

斜拉橋索塔是大橋最重要的受力結(jié)構(gòu)，施工周期長、難度大、精度要求高。文章以紅水河特大橋工程為例，針對索塔施工一系列難題，介紹了塔身爬模施工關(guān)鍵技術(shù)和塔柱水平拉、撐桿設計方案以及索塔的測量控制、鋼錨梁安裝施工等關(guān)鍵技術(shù)。

斜拉橋;索塔;施工技術(shù)

U445.4-A-24-081-4

0?引言

斜拉橋索塔是大橋最重要的受力結(jié)構(gòu)，必須優(yōu)質(zhì)高效地完成索塔施工，才能保證斜拉索的順利安裝與主梁施工。其施工特點是周期長、難度大、精度要求高。如何能在相對較長的施工周期內(nèi)采取合理的技術(shù)措施，確保索塔各項質(zhì)量指標滿足標準要求，是一大難題。

1?工程概況

銀川至龍邦高速公路貴州境內(nèi)惠水至羅甸段第11合同段紅水河特大橋為主跨508 m的世界首座非對稱混合式疊合梁斜拉橋，橋型布置為：2×20 m預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁+（213 m+508 m+185 m）雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，橋長956 m。貴州岸邊跨和中跨主梁采用鋼主梁與混凝土橋面板共同受力的疊合梁;廣西岸邊跨主梁采用混凝土π形梁。斜拉索布置為平面雙索面、扇形密索體系，每個索面布有21對平面索。大橋結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

本橋索塔為5#、6#墩，均為折H型索塔，塔高195.1 m，其中下塔柱高55.0 m，中塔柱高72.0 m，上塔柱高68.1 m，塔柱截面為箱形截面并在四角處設置倒圓角。每個索塔共設上下兩道橫梁，橫梁均采用箱形截面。斜拉索均錨固于上塔柱。索塔塔身設有勁性骨架以滿足施工的需要。索塔結(jié)構(gòu)和工程量分別如圖2和表1所示。

本橋索塔施工主要有以下幾個難點：

（1）索塔高度高，達到195.1 m。如何選取合理的施工工藝，才能確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成索塔施工。

（2）索塔為折H形狀，分段接頭多，如何確保施工精度。

（3）隨著各個施工階段的變化，折H型索塔的內(nèi)力也會不斷變化，塔柱與橫梁節(jié)點受力復雜，如何避免混凝土產(chǎn)生拉應力導致開裂。

（4）索塔鋼錨梁最重節(jié)段達到16 t，安裝精度要求高，如何才能快速、高效完成鋼錨梁安裝施工。

針對以上施工難點，經(jīng)比對論證，本橋塔柱采用液壓自爬模施工，下橫梁采用落地支架施工，上橫梁采用托架施工方法。

2?塔身爬模施工關(guān)鍵技術(shù)

一般高墩施工有翻模、滑模、爬模等工藝。本橋索塔中、下塔柱為等角度變截面，上塔柱為等截面結(jié)構(gòu)。結(jié)合本橋塔身高、分段多、工期短、變截面等特點，經(jīng)綜合考慮，中塔柱及上塔柱除起始段采用翻模施工工藝外，其余節(jié)段外模均采用液壓爬模施工工藝。內(nèi)模采用滑模施工工藝，用塔吊提升內(nèi)模。

液壓爬模體系主要由預埋件、導軌、液壓系統(tǒng)、模板體系和操作平臺等幾大部分組成。每節(jié)混凝土設計澆筑高度為4.5 m。

塔身兩柱各采用一套爬模施工（每墩共計2套爬模），模板安裝高度為4.8 m，澆筑高度為4.5 m。下塔柱實心段為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑時需設置冷卻水管，采取溫控措施。

3?塔柱水平拉、撐桿設計

下塔柱設計為外傾，隨著施工不斷升高，外傾長度及其傾覆力矩越來越大，在自重、爬模及風等荷載作用下會在塔柱根部產(chǎn)生拉應力，這對塔柱結(jié)構(gòu)受力不利。為最大程度減小塔柱產(chǎn)生的拉應力，防止塔柱混凝土開裂，在下塔柱施工的同時設置兩道臨時鋼束對拉來消除上述應力。臨時鋼束采用15.2 mm鋼絞線，在下橫梁混凝土澆筑完畢預應力鋼束張拉后，方可拆除下塔柱臨時預應力鋼束。

中塔柱設計為上內(nèi)傾，隨著塔柱施工后不斷升高，形成傾斜懸臂狀態(tài)，在外力作用下也會在塔柱根部產(chǎn)生拉應力。因此，在中塔柱施工的同時必須設置水平橫撐。本橋設置了三道水平橫撐，因跨度較大，水平橫撐采用自身剛度較大的813×9 mm鋼管。在上橫梁施工完畢施加預應力后，方可拆除水平橫撐。

下塔柱臨時鋼束及中塔柱鋼管水平橫撐如圖3、圖4所示。

3.1?水平拉力設置

（1）當索塔施工至第七節(jié)段時，第一次施加水平拉力F1。水平力通過對拉鋼絞線施加，鋼絞線數(shù)量為16根，每根鋼絞線施加預拉力130.0 kN[1-2]。見圖5。

（2）當索塔施工至第十二節(jié)段時，第二次施加水平拉力F2。水平力同樣通過對拉鋼絞線施加，鋼絞線數(shù)量為16根，每根鋼絞線施加預拉力130.0 kN。見圖5。

3.2?水平推力設置

（1）當索塔施工至第二十節(jié)段時，第一次施加水平推力F3。在下橫梁施工完畢且第二層混凝土達到90%設計強度后，卸除F1、F2水平拉力。水平推力通過千斤頂在813×9 mm橫撐鋼管上施加?，F(xiàn)場實取2根鋼管，每根鋼管施加預推力443.7 kN[1-2]。見圖6。

（2）當索塔施工至第二十四節(jié)段時，第二次施加水平推力F4。水平推力通過千斤頂在813×9 mm橫撐鋼管上施加。現(xiàn)場實取2根鋼管，每根鋼管施加預推力358.1 kN[1-2]。見圖6。

（3）當索塔施工至第二十八節(jié)段時，第三次施加水平推力F5。水平推力通過千斤頂在813×9 mm橫撐鋼管上施加?，F(xiàn)場取2根鋼管，每根鋼管施加預推力354.55 kN[1-2]。見圖6。

4?索塔的測量控制

索塔測量控制以勁性骨架的定位安裝為主控。先放樣定位好勁性骨架，復核勁性骨架時標記好參照點。鋼筋模板根據(jù)參照點進行安裝，確保在安裝過程中控制鋼筋模板安裝的精度與鋼筋保護層厚度。斜拉索預埋鋼套管與鋼錨梁的初步定位也是根據(jù)勁性骨架上的參照點，最后再精調(diào)復核設計坐標。

塔柱施工測量放樣的重點是：塔柱的測量控制主要是對勁性骨架、模板、索導管的安裝測量控制，重點是保證塔柱各部位的傾斜度、垂直度、斷面尺寸和塔柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間位置。

塔柱施工測量方法仍以全站儀坐標放樣法為主，在索塔施工放樣中應采用三維坐標法，此法測量工作相對簡單和靈活。整個索塔施工的平面和高程放樣均采用全站儀在施工控制網(wǎng)點上進行，放樣元素為三維坐標，其高程采用精密三角高程測量方法傳遞和用鋼尺量取復核。

5?鋼錨梁安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

為提高鋼錨梁的定位安裝精度，本橋采用整節(jié)段起吊安裝的方案（見下頁圖7）。在場地拼裝腳手架上根據(jù)換算后的設計坐標，將鋼錨梁進行整節(jié)段拼裝。拼裝復核完成后，用大型塔吊起吊安裝，并在塔柱上按設計坐標復核。該施工方法簡便，工藝程序清晰易懂，施工人員易于掌握，施工過程易于控制，施工質(zhì)量易于保證，而且安裝速度快，定位精確，保證了斜拉索的安裝精度，提高了工作效率，節(jié)省了時間和成本。

5.1?場外拼裝

相對于高空拼裝來說，鋼錨梁在指定場地內(nèi)進行加工拼裝會極大提高拼裝的精準度，同時也方便高強螺栓的施工，在安全方面也有所保證。鋼錨梁拼裝完畢后，需進行驗收。驗收內(nèi)容包括焊縫質(zhì)量、螺栓扭力、各鋼板相對位置、索導管與錨墊板軸線重合度、鋼壁板垂直度等。只有在驗收合格后方可運輸至現(xiàn)場進行安裝[3]。

5.2?現(xiàn)場吊裝及定位安裝

驗收合格后的鋼錨梁運輸至現(xiàn)場后，經(jīng)過現(xiàn)場二次驗收，確保尺寸、軸線位置等在運輸過程中無變動，且整體誤差在允許范圍內(nèi)后，方可開始安裝吊具。使用的吊具需要經(jīng)過驗算和現(xiàn)場檢驗，確保其承載力滿足施工要求。吊具安裝完畢后，經(jīng)塔式起重機起吊至上塔柱相應位置，進行整體位置調(diào)整與定位。

鋼錨梁定位安裝分為首節(jié)安裝和陸續(xù)批次安裝。首節(jié)鋼錨梁安裝重點為：控制鋼牛腿塔壁鋼板的高程、平面位置以及塔壁鋼板之間的相對高差。

5.3?測量要求

鋼錨梁定位測量須選擇合適的天氣，在凌晨進行測量定位為佳，以減少溫度、風等因素對測量結(jié)果的影響。首節(jié)鋼錨梁精確定位完成后，用水準儀和鋼尺將高程基準點傳至第一節(jié)鋼錨梁頂口附近并做好標記，以后每安裝一節(jié)鋼錨梁，均須用鑒定鋼尺將前一節(jié)的高程基準引測至該節(jié)段鋼錨梁的頂口。為消除高程傳遞的誤差，每安裝5節(jié)鋼錨梁，須進行依次整體復核。

索塔鋼錨梁與索導管安裝定位是測量控制難度最大、精度要求最高的部分，索導管的位置在鋼錨梁制作時已按相對幾何位置精確定出，對鋼錨梁的精確定位實際上就是對索導管的精確定位。要采用合理的測量方法，提高鋼錨梁安裝精度。

6?結(jié)語

本橋在施工過程中采取一系列技術(shù)措施，優(yōu)質(zhì)高效地完成了索塔施工，各項技術(shù)指標均滿足設計及規(guī)范要求，為大橋順利施工打下了堅實的基礎。

隨著我國高速公路建設的不斷推進，會出現(xiàn)越來越多的高墩高塔的橋梁，如何優(yōu)質(zhì)高效地完成高墩高塔施工是整座大橋施工的關(guān)鍵。本橋的順利建成進一步豐富了高墩橋梁的施工技術(shù)，為今后類似工程的施工提供了借鑒。

參考文獻：

[1]周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]GB 50017-2013，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[3]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].