南屏二橋異型主塔懸臂爬模施工關(guān)鍵技術(shù)

楊明德

(上海建工集團(tuán)股份有限公司）

0 引言

奧地利工程師Josef Langer 和美國工程師Charles Bender 在十九世紀(jì)后半葉分別提出了自錨懸索橋的概念[1]，因其結(jié)構(gòu)美觀、耗材較少、受力靈活以及可適應(yīng)大跨度通航的需求，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代橋梁建設(shè)中。自錨懸索橋與常規(guī)懸索橋的主要區(qū)別在于不設(shè)地錨，可以充分利用自身結(jié)構(gòu)、材料剛度的優(yōu)勢(shì)。常見的形式有獨(dú)塔雙跨、雙塔單跨。

橋塔的作用是支承大纜，隨著混凝土技術(shù)發(fā)展，特別是爬升模板問世以來，大跨度懸索橋塔開始采用混凝土結(jié)構(gòu)[2]。目前大多采用爬模法或滑模法進(jìn)行主塔施工[3]。

1 工程概況

南屏二橋全長474m，跨徑組合為3×30m 簡支小箱(32+40+150+40+32)m 自錨式懸索橋+3×30m 簡支小箱梁。塔柱全高（承臺(tái)頂面至上橫梁頂）55.218m，分別由塔柱、上橫梁、下橫梁、裝飾拱圈幾部分組成，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，塔身混凝土強(qiáng)度為C50，沿高度方向一共有5 道中隔板，其中塔柱、上橫梁、裝飾拱圈外表面設(shè)有景觀裝飾。

主塔橫橋向?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)，兩塔柱間的橫向中心間距為32.6m。塔柱為空心矩形截面；上橫梁高7.82m，寬4.0m～6.38m，采用空心矩形截面，箱室尺寸2×2.5m，四面均設(shè)有外觀裝飾，壁厚100cm～219cm；下橫梁為箱型截面，高4m，寬2.8m，采用單箱單室截面，壁厚60cm。除下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)外，其余部分為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。南屏二橋效果圖如圖1 所示。

圖1 南屏二橋效果圖

2 施工環(huán)境及地址條件

南屏二橋位于前山河上，連接榮泰路和壽豐路，北側(cè)為前山片區(qū)，南側(cè)為南屏中心城區(qū)，兩側(cè)均為成熟居住區(qū)，噪聲控制、交通疏解、工期要求高，施工環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。

根據(jù)地勘結(jié)論并結(jié)合前期鉆孔灌注樁施工揭露，場地內(nèi)埋藏的地層主要有第四系海陸交互相沉積層（Qmc）、第四系殘積層（Qel），下伏基巖為燕山期(γy)花崗巖。其中第四系海陸交互相沉積層主要由淤泥②-1 及礫砂②-3 組成，淤泥層厚度5.60～11.50m，平均8.03m，礫砂層厚2.50～4.00m，平均3.18m。第四系殘積主要以礫質(zhì)粘性土③為主，層厚10.10～23.40m，平均17.71m，下臥層為燕山期花崗巖。地表水深0.50～4.00m 不等，受潮水水位的影響較大。

3 主塔施工方案選擇

3.1 主塔分節(jié)分析

主塔塔柱底面標(biāo)高為-4.058，頂部為46.5090，塔柱全高50.148m，對(duì)橋主塔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解，計(jì)劃分為15 節(jié)施工。總體施工流程為節(jié)段1～4→下橫梁及節(jié)段5→節(jié)段6～11→上拱圈、上橫梁底板、節(jié)段12～14→懸索結(jié)構(gòu)安裝施工→塔冠。

圖2 主塔斷面圖

3.2 外模體系比選

通過對(duì)幾種常規(guī)塔柱施工模板工藝的對(duì)比分析，選擇后移式懸臂模板，該方案為液壓爬模的簡化版，利用懸臂挑架及預(yù)埋錨錐掛座，通過起重設(shè)備進(jìn)行模板提升施工，可用于等截面及變截面主塔施工[4]。局部變截面臺(tái)階處采用牛腿鋼支架制作現(xiàn)澆平臺(tái)，根據(jù)分節(jié)特點(diǎn)，采用單面、三面或四面懸臂爬模與牛腿支架靈活組合施工。內(nèi)模利用已澆筑完成節(jié)段頂部混凝土，采用維薩板＋木工字梁模板體系。兩主塔各配置1 臺(tái)7020 重型塔吊覆蓋，可滿足材料周轉(zhuǎn)、物料提升及懸臂模板爬升等施工需求。外模體系比選見表1 所示。

表1 外模體系比選分析

3.3 上下橫梁模板體系選擇

上下橫梁底模均采用鋼管工字鋼組合體系，不同之處在于，下橫梁將支撐鋼管打入河床（如圖3 所示），而上橫梁可利用已施做完成的梁板作為支撐面（如圖4 所示）。外模及內(nèi)模則采用普通柱模板和腳手架。

圖3 下橫梁施工

圖4 拱圈施工

4 模板體系設(shè)計(jì)

懸臂模板廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、水利等行業(yè)，王軼等通過某公路懸索大橋懸臂模板施工進(jìn)行分析，首選主塔液壓式爬模方案在異型主塔施工中無法設(shè)置軌道而受到限制，從而選擇懸臂模板[5]，且懸臂模板具有施工簡單、拆卸方便、施工迅速、經(jīng)濟(jì)可行等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)成型混凝土表面光潔美觀。懸臂模板系統(tǒng)主要由背楞、后移裝置、斜支撐、模板、預(yù)埋件和吊平臺(tái)等幾個(gè)部分組合而成[6]。其結(jié)構(gòu)詳見圖5，主要設(shè)計(jì)如下：

圖5 CB-240 懸臂模板總成圖

⑴主背楞采用鋼背楞，上斜撐采用φ89×3.5mm，下斜撐80×80×4mm，受力螺栓為M36 螺紋35#碳鋼，承重銷為φ25 圓鋼，材質(zhì)為45#鋼。

⑵外模面板采用進(jìn)口維薩板，規(guī)格為2440×1000×18mm，豎楞為H20 的木工字梁（木梁高度為200mm，翼緣寬度為80mm，翼緣厚度為40mm，間距為300mm）間距280mm，橫楞為雙14#槽鋼，最大間距為1350mm，拉桿采用D20 高強(qiáng)螺桿，豎向間距1350mm，橫向最大間距1200mm。

⑶上平臺(tái)寬度0.70m，主平臺(tái)寬度2.420m，吊平臺(tái)寬度0.77m。平臺(tái)上鋪設(shè)40mm厚抗滑木板，平臺(tái)四周架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化防護(hù)欄桿及防火密目網(wǎng)。

墩身爬模從1 層（步）預(yù)埋，2 層（步）開始安裝，標(biāo)準(zhǔn)層高度4.5m，標(biāo)配模板高4.65m，模板朝下部混凝土搭接100mm，向上預(yù)留50mm，防浮漿溢出。

5 塔柱懸臂爬模施工技術(shù)

5.1 塔柱測量控制及變形觀測

⑴異型主塔相比普通主塔而言，施工精度更加難以控制[5]。橋梁施工前建立控制范圍包括全橋在內(nèi)的首級(jí)平面和高程控制網(wǎng)，首級(jí)控制網(wǎng)還可作為墩身和承臺(tái)在施工過程中受外界環(huán)境影響（風(fēng)和溫度）和自身荷載作用下的振動(dòng)變形、扭轉(zhuǎn)變形、撓度變形和沉降變形監(jiān)測的基準(zhǔn)網(wǎng)。除此之外，為保證主塔施工精度以及起到相互校核的作用，還建立了更直觀的能夠在主塔承臺(tái)面上直接控制主塔施工的相對(duì)控制網(wǎng)。控制網(wǎng)采用全站儀極坐標(biāo)控制法。

⑵隨著荷載增加，混凝土彈性壓縮及收縮徐變，施工過程中受風(fēng)力、日照、溫度等外界因素的影響，主塔可能產(chǎn)生位移，故在施工過程中監(jiān)測主塔的相對(duì)及絕對(duì)沉降和水平位移，以能確切反映主塔實(shí)際變形程度或變形趨勢(shì)，確保塔頂高程的正確并分析主塔的穩(wěn)定性。垂直位移變形觀測點(diǎn)設(shè)立在現(xiàn)澆外凸裝飾臺(tái)階上能反映變形特征的位置。垂直位移及水平位移的測量，為施工拋高值的確定建立依據(jù)。

5.2 塔柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工方法

塔柱底節(jié)施工完成后，即可安裝爬模系統(tǒng)，除了裝飾臺(tái)階段及靠近橫梁一側(cè)模板，其余均采用爬模體系施工。第一次提升安裝施工順序?yàn)椋喊惭b三角架→安裝三角架平臺(tái)→固定三角架→安裝主背楞、斜撐→上下架體組裝。第一次澆筑使用的模板為懸臂模板，在第二次澆筑前注意要在模板的規(guī)定位置安裝懸臂模板施工專用的爬錐等預(yù)埋件，供懸臂支架的安裝，采用對(duì)拉螺栓以滿足混凝土側(cè)向壓力要求。在完成第一次澆筑之后可安裝懸臂支架，進(jìn)入正常的懸臂模板施工，進(jìn)行第二次，第三次…澆筑。結(jié)合其他工程經(jīng)驗(yàn)，塔身混凝土強(qiáng)度達(dá)到15MPa 即可吊爬。

模板采用塔吊吊升，吊爬最大重量5t，塔吊工作半徑起重量為6t。手動(dòng)葫蘆配合翻動(dòng)內(nèi)模。模板每翻動(dòng)一次4.5m，同時(shí)接高內(nèi)腳架平臺(tái)。首先利用后移裝置將模板脫離混凝土面，在預(yù)埋的爬錐上用受力螺栓安裝支座；然后使用塔吊分片提升模板掛于支座之上（后移裝置、三角架、主平臺(tái)、吊平臺(tái)等是實(shí)體段澆筑脫模后拼裝上的）；最后利用后移裝置將模板靠緊混凝土，即完成提升工作。

5.3 其他節(jié)段施工方法

如遇臺(tái)階段和塔冠底板段，外模體系則采用預(yù)埋牛腿鋼支架平臺(tái)施工。拱圈、上下橫梁均采用鋼管工字鋼組合體系構(gòu)建平臺(tái)施工。其具體方法不再詳述。

6 結(jié)論

南屏二橋主塔因其造型獨(dú)特、截面變化較多，傳統(tǒng)液壓爬模使用受限。通過不斷優(yōu)化架體方案設(shè)計(jì)，將懸臂爬模、牛腿鋼支架平臺(tái)以及鋼管工字鋼組合體系充分結(jié)合，靈活運(yùn)用于主塔施工，使得主塔施工比預(yù)計(jì)工期提前一個(gè)月。