大傾角多曲率無(wú)下橫梁“人”字形斜拉橋索塔施工技術(shù)探析

葉燦軍

(巢湖市重點(diǎn)工程建設(shè)管理中心，安徽 巢湖 238000)

1 工程概況

巢湖大橋是湖光路與巢湖的交叉工程，位于市區(qū)西郊，是巢湖市“兩環(huán)三橫三縱”的關(guān)鍵性工程。

1.1 大橋總體布置

大橋采用雙塔空間雙索面組合梁協(xié)作體系斜拉橋。全橋跨徑布置為：54 m(北引跨)+216.5 m(北邊跨)+460 m(主跨)+216.5 m(南邊跨)+65 m+55 m+55 m(南引跨)=1 122 m。

主梁采用鋼-混凝土組合鋼板梁；主塔采用“人”字形橋塔；斜拉索采用扭絞形平行鋼絲斜拉索，冷鑄錨。

主橋斷面布置為：3.5 m(人非一體)+1.0 m(拉索錨固區(qū))+0.5 m(欄桿)+12.0 m(車(chē)行道)+0.5 m(分隔墩)+12.0 m(車(chē)行道)+1.0 m(拉索錨固區(qū))+0.5 m(欄桿)+3.5 m(人非一體)=34.5 m(總寬)

1.2 主梁構(gòu)造

主梁采用鋼-混凝土組合鋼板梁，水平投影長(zhǎng)度為1 122 m，由126個(gè)組成，節(jié)段與節(jié)段之間采用焊接的方式。主體結(jié)構(gòu)主要由Q345鋼組成，部分由Q420鋼組成。無(wú)索區(qū)段主梁梁寬為32.5 m，有索區(qū)段梁寬為34.5 m；在N1、S1墩頂設(shè)有混凝土雙結(jié)合+壓重段，在S2、S3墩頂設(shè)混凝土雙結(jié)合段；引跨及部分邊跨主縱梁截面形式采用箱形截面，剩余梁截面形式采用I字形截面。

錨拉板：斜拉索的錨固形式采用錨拉板的結(jié)構(gòu)，錨板直接焊于與主縱梁腹板中心對(duì)齊的縱梁頂板上。在混凝土濕接縫高度范圍內(nèi)，錨拉板通過(guò)布置焊釘與混凝土結(jié)合的方式保證了錨拉板的側(cè)向受力。

混凝土橋面板預(yù)應(yīng)力：在N1、S1～S3墩頂和主跨跨中的混凝土橋面板上布置有縱向預(yù)應(yīng)力。

1.3 主塔構(gòu)造

主塔采用“人”字形橋塔，N0(北塔)塔高143.8 m，S0(南塔)塔高146.6 m。每座橋塔設(shè)置兩個(gè)下塔柱牛腿，兩道橫梁；牛腿位于橋面靠下位置，中橫梁位于橋面以上約64.5 m高度處，上橫梁位于塔頂。

主梁與主塔之間無(wú)豎向支座，塔梁分離，設(shè)零號(hào)索。牛腿上設(shè)有順橋向限位支座(僅S0塔)、阻尼器、橫向抗風(fēng)支座(S0塔和N0塔)。

1.4 斜拉索構(gòu)造

斜拉索采用扭絞形平行鋼絲斜拉索，冷鑄錨。每個(gè)塔柱拉索裝置由24對(duì)斜拉索(1～24號(hào))和1根0號(hào)索組成，中橫梁內(nèi)錨固0號(hào)索，中塔柱內(nèi)錨固1～24號(hào)索。塔頂錨固形式分塔壁直接錨固(0～9號(hào))和鋼梁錨固(10～24號(hào))，梁面采用錨拉板的結(jié)構(gòu)形式。張拉端位于塔頂，固定端位于梁上。

2 大傾角多曲率無(wú)下橫梁“人”字形斜拉橋索塔施工技術(shù)特點(diǎn)

按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用后場(chǎng)集中預(yù)制、分片吊裝勁性骨架配合設(shè)置調(diào)整桿的液壓爬模進(jìn)行索塔曲率轉(zhuǎn)換；采用主動(dòng)式“臨時(shí)橫撐+傳感器”的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同施工工況來(lái)調(diào)整橫向支撐頂推力，使得索塔抗彎矩能力和穩(wěn)定性得到了極大的改善，有效降低塔柱根部拉應(yīng)力；采用懸空支架法進(jìn)行塔梁異步施工，投入的大型機(jī)械使用設(shè)備減少，降低了施工成本，縮短了循環(huán)施工周期。特點(diǎn)如下：

(1) 采用在索塔施工中設(shè)置預(yù)制拼裝勁性骨架，在進(jìn)行直曲、曲直轉(zhuǎn)換施工時(shí)，通過(guò)調(diào)整爬軌套件上的定位擋件使其適應(yīng)塔柱曲線(xiàn)部分的線(xiàn)形要求,改變爬軌踏步塊的距離，定位施工方便快捷，不僅精度高，而且可以避免發(fā)生誤差累積。

(2) 采用主動(dòng)式“臨時(shí)橫撐+傳感器”的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同施工工況來(lái)調(diào)整橫向支撐頂推力，在混凝土自重、施工荷載及風(fēng)荷載作用下，使得索塔抗彎矩能力和穩(wěn)定性得到了極大的改善，有效降低塔柱根部拉應(yīng)力，從而使塔柱不產(chǎn)生裂縫,使得在保證施工質(zhì)量和確保施工有序方面并駕齊驅(qū)。

(3) 采用懸空支架后場(chǎng)制作、預(yù)拼，前場(chǎng)吊裝就位的方法，進(jìn)行塔梁異步施工。投入的大型機(jī)械設(shè)備相對(duì)較少，施工成本較低，循環(huán)施工周期較短，具備較高的投入產(chǎn)出比。

3 施工技術(shù)適用范圍

本技術(shù)適用于橫橋向傾角較大、曲率多變且沒(méi)有下橫梁的斜拉橋混凝土索塔施工，該類(lèi)型斜拉橋索塔施工過(guò)程中塔肢呈大懸臂狀態(tài)，需設(shè)置主動(dòng)式橫撐對(duì)索塔進(jìn)行線(xiàn)形控制。其他類(lèi)型混凝土索塔施工可以參照使用。

4 施工技術(shù)原理

(1) 在索塔的施工過(guò)程中設(shè)置預(yù)制拼裝勁性骨架及索導(dǎo)管定位架，提高了索管空間定位和鋼筋架立的能力，以保證索管空間定位精準(zhǔn)度和鋼筋架立的精準(zhǔn)度，在進(jìn)行直曲、曲直轉(zhuǎn)換施工時(shí),通過(guò)調(diào)整爬軌套件上的定位檔件使其適應(yīng)塔柱曲線(xiàn)部分的線(xiàn)形要求,改變爬軌踏步塊的距離，以滿(mǎn)足施工平臺(tái)的空間位置和安全的要求。

(2) 塔柱(斜塔柱)施工時(shí)，對(duì)各施工階段模板及支撐系統(tǒng)的強(qiáng)度、變形進(jìn)行計(jì)算，在施工過(guò)程中設(shè)置主動(dòng)式臨時(shí)橫向支撐，通過(guò)調(diào)整橫向支撐頂推力來(lái)加強(qiáng)塔柱施工過(guò)程中的應(yīng)力、變形控制，并通過(guò)設(shè)置在橫向支撐上的傳感器監(jiān)控橫撐應(yīng)力應(yīng)變。

(3) 橫梁支架施工時(shí)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、重量及支撐高度，采用懸空支架法施工，通過(guò)采用預(yù)埋鋼牛腿加貝雷梁的形式作為模板支撐體系，采用先塔柱后橫梁的異步施工方法。

(4) 通過(guò)一種預(yù)應(yīng)力粗鋼筋深埋錨張拉工具解決鋼筋密集區(qū)域精軋螺紋鋼的張拉及壓漿。

5 施工技術(shù)流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工技術(shù)流程

施工技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 施工技術(shù)流程圖

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 塔吊安裝

橋塔材料、模板、臨時(shí)結(jié)構(gòu)、設(shè)備等全部采用塔吊吊裝運(yùn)輸。根據(jù)橋塔結(jié)構(gòu)形式及現(xiàn)場(chǎng)條件，分別在每個(gè)塔柱塔肢兩側(cè)設(shè)置塔吊。每個(gè)索塔由2臺(tái)塔吊進(jìn)行垂直起吊運(yùn)輸，根據(jù)塔吊的工作半徑、起升高度、吊裝重量和起重力矩等參數(shù)選擇TC7530作為主塔吊、TC6015作為輔吊，加快施工進(jìn)度。

5.2.2 勁性骨架安裝

(1) 塔座施工時(shí)應(yīng)對(duì)立柱桁架進(jìn)行預(yù)埋，預(yù)埋深度150 cm，伸出混凝土澆筑節(jié)段頂面15 cm。勁性骨架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高按4.5 m設(shè)置，塔柱曲率變化的節(jié)段根據(jù)索塔線(xiàn)形做適當(dāng)調(diào)整。

(2) 骨架頂部設(shè)置桁架連接板，按塔柱傾斜角度焊接限位角鋼。

(3) 吊裝桁架，當(dāng)桁架對(duì)角立柱進(jìn)入連接板上的限位裝置內(nèi)，按要求測(cè)量校核傾斜位置，達(dá)到要求后將骨架與連接板施焊。

(4) 用角鋼連接固定桁架，焊接索導(dǎo)管定位架。

(5) 在勁性骨架周邊以及桁架內(nèi)搭設(shè)臨時(shí)鋼筋安裝施工平臺(tái)。

5.2.3 塔座施工

塔座是索塔與承臺(tái)連接的重要結(jié)構(gòu)物。施工時(shí)，塔墩勁性骨架和主筋預(yù)埋的準(zhǔn)確性直接影響塔墩的施工定位精度，必須準(zhǔn)確測(cè)量定位。塔座混凝土的澆筑和承臺(tái)澆筑間隔時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng)，最好在承臺(tái)澆筑后立即進(jìn)行。相對(duì)承臺(tái)而言，塔座混凝土體積小，標(biāo)號(hào)高，混凝土收縮較大，受承臺(tái)的約束影響，塔座容易產(chǎn)生收縮裂紋，且塔座為實(shí)心結(jié)構(gòu)，屬大體積混凝土，施工時(shí)采取的溫控措施為內(nèi)散外儲(chǔ)，降低水化熱，防止混凝土收縮開(kāi)裂。

5.2.4 下塔柱施工

塔座是索塔與承臺(tái)連接的重要結(jié)構(gòu)物。施工時(shí)，索塔勁性骨架和主筋預(yù)埋的準(zhǔn)確性直接影響后續(xù)節(jié)段塔身的施工定位精度。

(1) 為減小施工縫對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，下塔柱2 m高節(jié)段與塔座一同澆筑。首節(jié)段施工采用液壓爬模模板體系(暫不安裝爬架及施工平臺(tái))進(jìn)行翻模施工。

(2) 下塔柱2 m高節(jié)段施工結(jié)束后，將架體全部吊裝下來(lái)，用塔吊將承重三腳架安裝在第一節(jié)塔柱的掛座上進(jìn)行固定，并安裝爬模，施工第二節(jié)塔柱。第二節(jié)塔柱澆筑完成后，安裝爬模后移撐桿及后移平臺(tái)，進(jìn)行第二節(jié)塔柱脫模、爬升，安裝第三級(jí)平臺(tái)及掛吊平臺(tái)，施工第三節(jié)段，此時(shí)液壓爬模按正常步驟拼裝即可，施工完第三節(jié)塔柱液壓爬模安裝完所有平臺(tái)及構(gòu)件，正常進(jìn)行爬升。

(3) 標(biāo)準(zhǔn)段塔柱施工流程為：爬架提升→施工放線(xiàn)→勁性骨架安裝→勁性骨架定位測(cè)量檢查→鋼筋接長(zhǎng)及綁扎鋼筋→安裝內(nèi)、外側(cè)模板→檢查簽證→澆注混凝土→養(yǎng)護(hù)、鑿毛→導(dǎo)軌提升→爬架提升→(安裝主動(dòng)橫撐)→下一節(jié)段施工重復(fù)進(jìn)行直至整個(gè)下塔柱施工完成。下塔柱節(jié)段施工如圖2所示。

圖2 下塔柱起始節(jié)段及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段施工

5.2.5 大傾角變曲率密貼式液壓爬模安裝

(1) 模板組裝。為適應(yīng)橋塔傾斜角度大、斜率多變及截面尺寸的變化，采用鋼木組合模板，模板由WISA板、木工字梁、鋼圍檁組成。鋼圍檁與鋼背楞之間通過(guò)焊接的方式連接，通過(guò)鋼墊板調(diào)整模板面板與塔身線(xiàn)形的匹配；面板與骨架通過(guò)沉頭螺栓連接固定而形成整體，中塔柱模板總高度4.8 m，為了保證澆筑質(zhì)量，下包已澆筑混凝土面10 cm，模板如圖3所示。

圖3 大傾角液壓爬模體系三維示意圖

(2) 模板抗傾斜加固。外模順橋向設(shè)置4榀爬模機(jī)位，橫橋向設(shè)2榀爬模機(jī)位，內(nèi)模設(shè)4榀爬模機(jī)位。每一組兩榀爬架上下平臺(tái)梁用附加平臺(tái)梁焊接成整體，與相鄰的一組爬架的各層平臺(tái)梁用螺栓連接成整體，最終將一個(gè)塔肢4組爬架連接成一個(gè)整體。對(duì)四組模板陽(yáng)角位置通過(guò)斜拉桿連接固定，形成整體結(jié)構(gòu)，以防止由塔柱傾斜角度大引起模板傾覆與松動(dòng)漏漿。

(3) 模板曲率適配。為使模板在曲率變化情況下與索塔密貼，在鋼背楞與木工字梁后塞入楔形塊，改變WISA板的弧度。并調(diào)整爬軌上的定位桿，完成軌道之間的曲直過(guò)渡。

5.2.6 下牛腿施工

下塔柱牛腿采用鋼混結(jié)合牛腿，采用滿(mǎn)堂支架法施工，混凝土牛腿尺寸為1.6 m×7.1 m，由于牛腿位置與有鋼梁頂推軌道有沖突，所以待頂推段鋼梁施工完成后，再進(jìn)行混凝土牛腿澆筑。牛腿澆筑采用落地支架。

5.2.7 中、上塔柱施工

(1) 索道管定位施工?？紤]到斜拉索的安裝精度及定位方便，在鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)設(shè)置索道管專(zhuān)用定位臺(tái)座，在臺(tái)座上將工廠(chǎng)預(yù)制完成的套管和勁性骨架之間利用角鋼固定并焊成整體，然后整體吊裝至索塔上。將索道管定位架插入塔柱內(nèi)預(yù)留的限位板內(nèi)。

(2) 錨固區(qū)環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工。斜拉索在塔端的錨固由混凝土錨固及鋼錨梁錨固兩種方式組成，因?yàn)榈?～9對(duì)斜拉索與豎向角度較大，所以直接錨固在中上塔柱上部混凝土底座上，鋼錨梁上錨固第10～24對(duì)斜拉索錨，設(shè)置于上塔柱中，錨固區(qū)的環(huán)向預(yù)應(yīng)力采用精軋螺紋鋼。待塔身強(qiáng)度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計(jì)的100%時(shí)，在爬模的吊平臺(tái)上進(jìn)行預(yù)應(yīng)力粗鋼筋張拉。塔柱預(yù)應(yīng)力施工均采用單根張拉和真空壓漿工藝。預(yù)應(yīng)力粗鋼筋施工時(shí)埋設(shè)錨墊板、錨盒和預(yù)應(yīng)力管道，將預(yù)應(yīng)力粗鋼筋穿入鐵皮管內(nèi)。采用以張力控制為主，伸長(zhǎng)量控制為輔，張拉力與伸長(zhǎng)量相互配合的方法張拉預(yù)應(yīng)力。張拉程序?yàn)椋合葘?duì)稱(chēng)張拉長(zhǎng)邊精軋螺紋鋼，再對(duì)稱(chēng)張拉短邊精軋螺紋鋼。

張拉使用深埋錨張拉工具，張拉完成后及時(shí)進(jìn)行壓漿，在錨盒內(nèi)焊接環(huán)向鋼筋并立模澆筑封錨混凝土，防止錨具銹蝕。

(3) 針對(duì)“人”字形橋塔研發(fā)了一種可調(diào)節(jié)的智能主動(dòng)橫撐裝置，通過(guò)在主鋼管及調(diào)節(jié)管間建立連接部的形式，以便調(diào)整橫向支撐的長(zhǎng)度、使得對(duì)接方便，施工效率高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。通過(guò)“主動(dòng)式臨時(shí)橫撐+傳感器”的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同施工工況來(lái)調(diào)整橫向支撐頂推力，并通過(guò)設(shè)置在橫撐上的傳感器監(jiān)控橫撐應(yīng)力應(yīng)變極大地增加索塔抗彎矩能力和穩(wěn)定性，有效降低塔柱根部拉應(yīng)力,從而使塔柱不產(chǎn)生裂縫,確保施工質(zhì)量和施工有序進(jìn)行并駕齊驅(qū)。水平橫撐立面如圖4所示。

圖4 水平橫撐立面圖

(4) 鋼錨梁施工。鋼錨梁施工采取工廠(chǎng)制造預(yù)拼，通過(guò)陸路或水路運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼錨梁進(jìn)行組拼，相鄰鋼錨梁匹配完成后分段吊裝的方法進(jìn)行安裝，就位后兩段鋼錨梁采用栓接連接。

5.2.8 中、上橫梁施工

中、上橫梁距地面較高，采用懸空支架法施工，塔柱和橫梁異步施工，支架搭設(shè)完成后按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)壓?；炷练?次澆注，預(yù)應(yīng)力粗鋼筋分2次張拉，即在第一次混凝土達(dá)到90%、彈模達(dá)到85%后，對(duì)稱(chēng)張拉一部分底板預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，待第二次混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，再?gòu)埨耆款A(yù)應(yīng)力粗鋼筋。

5.2.9 塔冠施工

上塔柱施工完成后，拆除塔柱內(nèi)側(cè)液壓爬架，使用爬模模板和優(yōu)質(zhì)竹膠板施工塔冠。吊裝對(duì)穿拉桿，并將背楞通過(guò)腳手架管固定于已澆筑塔柱上，并澆筑混凝土。塔冠施工時(shí)，主要考慮避雷針、航標(biāo)指示燈、塔頂?shù)跫艿阮A(yù)埋件的埋設(shè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本技術(shù)成功應(yīng)用于巢湖市巢湖大橋索塔施工。結(jié)合塔柱大傾角、無(wú)下橫梁的造型特點(diǎn)和施工程序，選用合適的起重設(shè)備。通過(guò)采用勁性骨架結(jié)合可調(diào)節(jié)軌道液壓自爬模施工工藝，結(jié)合有限元計(jì)算分析結(jié)果配置了“一種帶有調(diào)節(jié)裝置的壓力感應(yīng)式主動(dòng)橫撐”通過(guò)施加主動(dòng)力對(duì)塔柱進(jìn)行預(yù)偏，實(shí)測(cè)索塔軸線(xiàn)最大誤差為3 mm，在允許誤差±10 mm以?xún)?nèi)。