鳳雛大橋索塔鋼混結(jié)合段施工關(guān)鍵技術(shù)

吳小斌，裴小剛

(中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430012)

1 工程概況

1.1 工程簡介

鳳雛大橋位于襄陽市，連接襄城與樊城，線路總長2 603.863m，橋梁總長2 023.038m，主橋為三塔鋼混結(jié)合梁懸索橋，主跨布置為378m+378m=756m，3個主塔均為鋼-混凝土結(jié)合門式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計[1]，其中下塔柱均為混凝土結(jié)構(gòu)，上塔柱及上橫梁均為鋼結(jié)構(gòu)。橋形布置如圖1所示。

圖1 橋形布置

1.2 索塔簡介

1.2.1中主塔

主塔塔底高程為55.600m，塔高69.8m。上、下游塔柱橫向中心距為35.5m。中主塔結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。

圖2 中主塔結(jié)構(gòu)布置(單位:cm)

1)下塔柱高27.581m，采用單箱單室截面，縱向?qū)?0m、橫向?qū)?m。在鋼混結(jié)合面[2]以下2.5m范圍內(nèi)采用C100超高性能混凝土，其余采用C55混凝土。下塔柱設(shè)有豎向預(yù)應(yīng)力，每個塔肢布置60束25φs15.2鋼絞線，共120束，預(yù)應(yīng)力束均一端張拉，另一端采用P錨錨固在承臺內(nèi)；鋼混結(jié)合段每個塔肢布置20束15φs15.2、40束9φs15.2鋼絞線，共120束，一端張拉，另一端采用P錨錨固在主塔內(nèi)。

2)下塔柱頂部主塔中心處設(shè)置1道混凝土結(jié)構(gòu)箱形截面橫梁，橋梁中心線處橫梁高4.046m。橫梁截面寬2.8m，頂面與鋼混結(jié)合梁頂面齊平。下橫梁內(nèi)布置16束19φs15.2鋼絞線。

1.2.2邊主塔

本橋分為2個邊主塔，塔底高程為63.500m，塔高61.9m。上、下游塔柱橫向中心距為35.5m。邊主塔結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。

圖3 邊主塔結(jié)構(gòu)布置(單位:cm)

1)下塔柱高14.174m，底標(biāo)高63.500m，頂標(biāo)高77.674m，采用正方形截面，縱向、橫向?qū)捑鶠?.28m，4個角切邊長60cm側(cè)面。

2)鋼塔柱與混凝土下塔柱結(jié)合處單個塔肢布置96根JL32精軋螺紋粗鋼筋[3]，全橋共384根，一端張拉，另一端采用P錨錨固在主塔內(nèi)。

2 索塔鋼混結(jié)合段施工特點

2.1 三塔懸索橋索塔受力分析

目前已建成、在建的三塔懸索橋不多，與傳統(tǒng)兩塔懸索橋不同，由于三塔懸索橋[4]中主塔將主橋劃分成2個跨徑，理論分析其受力狀態(tài)，在1個主跨滿載、1個主跨空載的極端不對稱荷載工況下，中主塔除受壓外還受彎，邊主塔主要受壓。由于中主塔同時受到很大彎矩作用，剛度過大或不足，均會對結(jié)構(gòu)受力不利，采用普通鋼筋混凝土索塔又易造成混凝土開裂，因此，需對中主塔鋼混結(jié)合段材料進行分析比選。

鋼混組合索塔能充分利用鋼與混凝土2種材料各自優(yōu)勢：與鋼索塔相比，增強塔柱抗彎剛度和抗彎能力；與混凝土索塔相比，可有效減小塔柱構(gòu)件尺寸，抗拉、抗壓能力加大，整體性、穩(wěn)定性較強，具有良好的抗震性能。

2.2 主塔鋼混結(jié)合段設(shè)計情況

中主塔鋼混結(jié)合段采用開孔鋼板穿鋼筋與混凝土一起形成PBL剪力鍵[5]，并配合60束預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接，開孔鋼板剪力鍵連接方式中鋼板圓孔中的混凝土承擔(dān)鋼與混凝土間作用力，使塔柱壁板與混凝土充分結(jié)合在一起并可均勻傳遞荷載，通過混凝土與鋼板孔之間的附著將塔柱軸力以混凝土剪力形式傳遞給基礎(chǔ)，布置形式如圖4所示。同時為解決中主塔受彎導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂，中主塔鋼混結(jié)合段混凝土采用C100超高性能混凝土。C100超高性能混凝土參數(shù)如表1所示。

圖4 中主塔鋼混結(jié)合段處布置

表1 C100超高性能混凝土性能指標(biāo)參數(shù)

邊主塔鋼混結(jié)合段采用承壓板[6]與預(yù)應(yīng)力粗鋼筋連接，將塔柱底節(jié)通過塔柱承壓板和預(yù)埋在基礎(chǔ)混凝土中的預(yù)應(yīng)力鋼筋連接在一起，塔柱根部壓力通過承壓板傳遞至混凝土，而彎矩和剪力通過預(yù)應(yīng)力鋼筋傳遞，布置形式如圖5所示。為均勻地傳遞塔根部壓力，在承壓板與混凝土之間填充高強度水泥漿使兩者緊密結(jié)合，保證橋梁荷載順利傳遞。

圖5 邊主塔鋼混結(jié)合段處布置

2.3 鋼混結(jié)合段施工重難點

1)鋼混結(jié)合段作為整個鋼塔柱定位基準(zhǔn)，鋼塔控制精度為塔高1/4 000，要求首節(jié)段鋼塔柱定位措施牢固、定位精度高。

2)鋼混結(jié)合段構(gòu)造、受力復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)與鋼筋骨架較密集，鋼塔柱底板與混凝土結(jié)合面施工質(zhì)量難以保證。

3)中主塔大體積UHPC首次應(yīng)用于橋梁索塔鋼混結(jié)合段處，低水化熱UHPC配制、連續(xù)澆筑、養(yǎng)護、控裂技術(shù)難度大，索塔UHPC與橫梁C55不同強度等級混凝土同步澆筑相互干擾大。

3 索塔鋼混結(jié)合段施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 中主塔鋼混結(jié)合段施工

3.1.1總體施工工藝流程

中主塔混凝土塔柱高27.581m，分7節(jié)澆筑；混凝土下橫梁分2次澆筑，與第6，7節(jié)混凝土塔柱同步澆筑；鋼塔柱高38.5m，分6節(jié)安裝，其中GZT1，GZT2，GZT3，GZT6為整體結(jié)構(gòu)，ZGT4，ZGT5節(jié)段為4個單件+斜撐現(xiàn)場拼裝，ZGT1由鋼塔柱單件和斜撐現(xiàn)場拼接組成，鋼混結(jié)合段施工工藝流程如圖6所示。

圖6 中主塔鋼混結(jié)合段施工工藝流程

3.1.2首節(jié)鋼塔柱安裝技術(shù)

中主塔首節(jié)鋼塔柱為由9個箱室構(gòu)成的整體節(jié)段，重149.47t。

首節(jié)鋼塔柱吊裝前，采用全站儀在第6節(jié)混凝土塔柱表面放出支架點位，確認(rèn)坐標(biāo)并畫線，再根據(jù)定位點提前預(yù)埋鋼塔柱定位支架。定位支架采用I22a作為支撐，橫橋向和順橋向沿鋼塔柱壁板各布置16個支撐點，支撐型鋼I22a長度根據(jù)所測點位高程和首節(jié)鋼塔柱底面設(shè)計高程進行計算，頂面為20mm厚鋼板作為鋼塔柱擱置平臺，并焊接5mm厚定位鋼板，鋼塔柱定位型鋼布置如圖7所示。

圖7 首節(jié)鋼塔柱定位型鋼布置

首節(jié)鋼塔柱吊裝時，采用臂長85m、角度65°、作業(yè)半徑35.92m、最大吊高77.03m、額定起吊噸位240t的500t浮式起重機吊裝，負(fù)荷率為62.2%，滿足吊裝要求。提前將豎向φs15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線利用勁性骨架和φ12鋼筋定位網(wǎng)片共同定位約束，每隔25cm設(shè)1處內(nèi)徑120mm預(yù)應(yīng)力管道定位筋，定位網(wǎng)鋼筋與鋼筋主筋點焊連接，達到對豎向預(yù)應(yīng)力鋼絞線進行定位和保護的作用。然后將豎向鋼絞線從首節(jié)鋼塔柱底板φ125mm孔內(nèi)穿入，為確保鋼絞線不散開、不受損，鋼絞線外漏部分全部采用高韌性膠帶纏緊。鋼塔柱、鋼絞線安裝完成后，采用千斤頂進行微調(diào)到位。

3.1.3塔梁同步施工技術(shù)

第7節(jié)塔柱C100超高性能混凝土[7]與下橫梁第2節(jié)C55混凝土同步澆筑，澆筑高度均為2.5m。

下橫梁支架[8]提前搭設(shè)，為充分利用原有鉆孔平臺鋼管樁，跨中鋼管樁采用接長原水中鋼管樁搭設(shè)；端部鋼管樁位于中主塔承臺上，采用柱腳預(yù)留1 200mm×1 200mm×20mm鋼板埋件搭設(shè)。中主塔下橫梁支架主要由φ720×8鋼管樁、φ426×6斜撐、φ426×6平聯(lián)、2HM588×300橫梁、卸荷塊、縱梁(321貝雷片)及I22a分配梁等部分組成，結(jié)構(gòu)形式如圖8所示。

圖8 下橫梁支架結(jié)構(gòu)

不同強度等級混凝土澆筑時，橫梁端頭與塔柱接觸面采用15mm厚免拆模板網(wǎng)與混凝土結(jié)合的永久性模板，混凝土澆灌后，其孔網(wǎng)的角形嵌合會自動嵌入，對接縫質(zhì)量有強大的黏力及抗剪力，可有效避免不同強度等級混凝土同步澆筑時相互干擾，影響接頭澆筑質(zhì)量。

3.1.4超高性能混凝土(UHPC)施工技術(shù)

基于最緊密堆積理論，采用微納米活性摻合料、整形石英砂和專用聚羧酸減水劑等技術(shù)，研制低熱低收縮低黏度UHPC，擴展度>700mm，黏度與普通C50自密實混凝土相當(dāng)；絕熱溫升≤60℃，180d收縮<300×10-6，均滿足設(shè)計指標(biāo)。

超高性能混凝土采用JS-2000型強制式攪拌機現(xiàn)場拌制及混凝土罐車運輸和天泵泵送；入模前UHPC流動度650mm，2h無損失，30m高泵送仍有自密實效果；混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)溫峰值達98℃，溫升僅62℃，混凝土現(xiàn)場水化溫升監(jiān)測如圖9所示，28d抗壓強度即達到設(shè)計值140MPa；采用保溫加濕養(yǎng)護，拆模外觀質(zhì)量良好，無裂縫產(chǎn)生。

圖9 UHPC鋼混結(jié)合段現(xiàn)場水化溫升監(jiān)測結(jié)果

3.2 邊主塔鋼混結(jié)合段施工

3.2.1總體施工工藝流程

邊主塔混凝土塔柱高14.174m，分4節(jié)澆筑，鋼塔柱高44m，分6節(jié)安裝，其中BGT1～BGT5由鋼塔柱單件和斜撐現(xiàn)場拼接組成，BGT6為整體結(jié)構(gòu)。鋼混結(jié)合段施工工藝流程如圖10所示。

圖10 邊主塔鋼混結(jié)合段施工流程

3.2.2預(yù)應(yīng)力粗鋼筋定位技術(shù)

待混凝土強度達到設(shè)計要求后，安裝預(yù)應(yīng)力管道、勁性骨架、定位支架、精軋螺紋鋼及定位板，精軋螺紋鋼安裝前先對塔頂錨固端進行車絲。預(yù)應(yīng)力管道采用內(nèi)徑為45mm的鐵皮管，按測量復(fù)核的坐標(biāo)準(zhǔn)確定位安裝，每隔0.5m設(shè)1道定位筋；定位板采用8mm厚鋼板后場加工，開孔直徑為50mm，能保證精軋螺紋鋼[9]準(zhǔn)確預(yù)埋，而且定位板與鋼塔柱底板匹配制造。

3.2.3首節(jié)鋼塔柱安裝技術(shù)

邊主塔首節(jié)鋼塔柱由4個立柱和對應(yīng)斜撐組成，單個立柱和斜撐重20.58t。

首節(jié)鋼塔柱吊裝前，精軋螺紋鋼已基本定位準(zhǔn)確，采用全站儀在精軋螺紋鋼上放出鋼塔柱底板標(biāo)高，并安裝套筒，采用扳手?jǐn)Q至套筒頂標(biāo)高為鋼塔柱底板標(biāo)高，將96個套筒全部調(diào)整到位后，即為單個立柱定位安裝平臺。

首節(jié)鋼塔柱吊裝時，采用臂長為68m、角度78°、作業(yè)半徑14m、最大吊高66.5m、額定起吊噸位36.5t的160t履帶式起重機分節(jié)段吊裝，吊車負(fù)荷率為56.4%，滿足吊裝要求。先將斜撐和單個立柱焊接在一起，然后立柱和斜撐一起吊裝，分4次吊裝完成。鋼塔柱在廠內(nèi)預(yù)拼裝[10]制作時，在斜撐與立柱接觸面上焊接10mm厚10cm×5cm限位碼板，先利用限位碼板進行臨時定位，再利用千斤頂進行標(biāo)高及鋼塔柱四周面板的錯邊調(diào)節(jié)。

3.2.4承壓板下壓漿密實控制技術(shù)

為確保鋼塔柱安裝底板與混凝土塔柱安裝結(jié)合面施工質(zhì)量，現(xiàn)場多次試驗混凝土配合比，制作鋼底板模型，實測壓漿后底板接觸率，使承壓板下壓漿料達到C55強度、無收縮、自密實的技術(shù)指標(biāo)。

壓漿前,應(yīng)將第3節(jié)混凝土塔柱表面清理干凈,并充分濕潤，鋼柱承重底板四周采用模板封堵，每側(cè)預(yù)留1處帶閥門的出漿管，以排除空氣，4個鋼塔立柱同步壓漿,避免出現(xiàn)單側(cè)壓漿過多,產(chǎn)生較大壓力,壓漿采用與混凝土同等強度的C55無收縮自密實水泥漿,水膠比為0.13，從底板中間φ50mm圓孔填充入5cm空隙，使之密實。

4 結(jié)語

鋼混結(jié)合段是鋼塔柱與混凝土塔柱之間的過渡段，也是主塔施工的重要環(huán)節(jié)。目前鳳雛大橋已于2020年6月25日通車，使用良好，3個主塔兩種不同類型的鋼混結(jié)合段順利完成，驗證了整個鋼混結(jié)合段施工工藝的科學(xué)性和合理性。中主塔首次研制了低熱、低收縮、低黏度、超高性能混凝土(UHPC)，并應(yīng)用于橋梁索塔鋼混結(jié)合段大體積混凝土施工，有效解決UHPC混凝土易開裂的技術(shù)難題，減小了索塔UHPC與橫梁C55不同強度等級混凝土同步澆筑的相互干擾；邊主塔利用定位板實現(xiàn)精軋螺紋鋼精確定位，利用無收縮、自密實、自流平水泥漿對預(yù)留空隙灌漿實現(xiàn)鋼塔柱與混凝土塔柱的接觸密貼，達到組合受力的要求，為后續(xù)鋼塔定位、安裝、上部結(jié)構(gòu)施工及整個橋梁結(jié)構(gòu)安全奠定了穩(wěn)固基礎(chǔ)。