特大橋橋塔施工重要設(shè)備選型及布置

摘 要：大型工程施工的設(shè)備選型及布置對(duì)工程的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要作用。該文以某特大跨河大橋主橋橋塔施工為例，從施工工藝及重點(diǎn)工程角度，對(duì)施工中所需吊裝起重機(jī)、施工電梯、液壓爬模等重要設(shè)備的選型及安裝布置進(jìn)行探討。該文旨在為類似工程施工的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：特大橋；橋塔施工；設(shè)備選型；液壓爬模；安裝布置

中圖分類號(hào)：U445.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）28-0149-04

Abstract： Equipment selection and layout for large-scale project construction play an important role in the safe and efficient operation of the project. Taking the construction of the main bridge tower of a very large river-crossing bridge as an example， this paper discusses the selection and installation layout of important equipment such as hoisting cranes， construction elevators， and hydraulic climbing formworks required during construction from the perspective of construction technology and key projects. This paper aims to provide reference for the optimization design of similar projects.

Keywords： super large bridge; bridge tower construction; equipment selection; hydraulic climbing formwork; installation layout

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通事業(yè)取得了很大進(jìn)展，橋梁工程建設(shè)也進(jìn)入了迅速崛起發(fā)展的階段，結(jié)合我國(guó)地大物博、地勢(shì)起伏較大、山川河流縱行交會(huì)等特點(diǎn)，特大橋、高架橋的施工已不再少見(jiàn)。而作為大型橋梁施工最為關(guān)鍵的元素，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選型及布置對(duì)工程的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)具有極為重要的作用[1]。然而，設(shè)備選型及布置具有極為突出的單一性，即使是2個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)造相同的工程，因施工環(huán)境、項(xiàng)目開(kāi)始、竣工和施工等不同，設(shè)備選型及布置都存在較大差異[2-3]。因此，在橋梁施工設(shè)備選型及布置設(shè)計(jì)方面，不僅要綜合考慮施工環(huán)境、工程設(shè)計(jì)，還要綜合考慮設(shè)備安裝、操作的簡(jiǎn)單和安全可靠，并且綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素。

1 工程概況

本文以某特大橋施工為例，該大橋全長(zhǎng)2 190 m，孔跨布置為41-32 m雙線簡(jiǎn)支梁+2-24 m雙線簡(jiǎn)支梁+1×（80+80+310+80+80） m鋼混組合梁斜拉橋+1-（80+80） m T構(gòu)，設(shè)計(jì)為高速鐵路大橋。44#、45#塔座頂面以上塔高分別為111.5、115 m，橋面以上塔高89.45 m，中、上塔柱分別長(zhǎng)55、42.2 m，下塔柱44#、45#分別為14.3、17.8 m。44#、45#塔在迎水面設(shè)破冰棱，高度分別為6.15、9.65 m。下橫梁為單箱雙室 （6個(gè)箱室）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橫橋向長(zhǎng)26.612 m（18.188 m），順橋向?qū)?.5 m，高4.5～6.16 m。上橫梁為單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁長(zhǎng)18.2 m（9.9 m），寬5.4 m，高4.0～5.321 m。腹板厚1 m，頂板厚0.6～1.353 m，底板厚0.6～1.569 m。

2 橋塔及塔柱施工工藝流程

2.1 橋塔施工工藝流程

橋塔施工的工藝流程主要包括，注備工作、下塔柱施工、下橫梁施工、中塔柱施工、上橫梁施工和上塔柱施工。具體工藝流程如下所述。

1）下塔柱施工，承臺(tái)、塔座施工時(shí)預(yù)埋加強(qiáng)型鋼、勁性骨架、破冰棱及塔柱鋼筋等主體構(gòu)件和下橫梁支撐體系、塔吊基礎(chǔ)等輔助預(yù)埋件，施工采用汽車吊吊裝、汽車泵泵送澆筑完成，下塔柱采用懸臂模施工。

2）對(duì)兩塔肢之間的液壓爬模結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，其他三面正常爬升至待施工位置；完成下橫梁支架的搭設(shè)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為支架恒載110%，以消除支架的非彈性變形。下橫梁鋼筋、預(yù)應(yīng)力、模板分2次施工完成；澆筑下橫梁，待混凝土強(qiáng)度、彈模達(dá)到設(shè)計(jì)要求，按設(shè)計(jì)圖紙分步張拉橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束，并對(duì)管道進(jìn)行壓漿、封錨。

3）中塔柱施工采用液壓爬模，施工過(guò)程中安裝塔柱主動(dòng)橫撐；塔柱施工過(guò)程中注意對(duì)電梯、塔吊、電力、排水系統(tǒng)、照明和爬梯等預(yù)埋件的安裝施工；中塔柱分9個(gè)澆筑節(jié)段，最大澆筑高度6 m，當(dāng)前塔吊高度為95 m。

4）施工過(guò)程中，同步施工上橫梁牛腿預(yù)埋件，搭設(shè)施工平臺(tái)；對(duì)兩塔肢之間的液壓爬模結(jié)構(gòu)拆除，其他三面正常爬升至待施工位置；安裝上橫梁支架體系；立模、綁扎上橫梁鋼筋，安裝橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束錨墊板，鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力管道、穿入預(yù)應(yīng)力鋼束等；上橫梁分2次澆筑成型，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%，按設(shè)計(jì)要求分步張拉橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束，并對(duì)管道進(jìn)行壓漿、封錨。

5）上橫梁施工完成后，拆除模板及支架；繼續(xù)完成上塔柱施工；施工時(shí)注意索導(dǎo)管定位及環(huán)向預(yù)應(yīng)力安裝、張拉、壓漿及封錨；按照由下至上的順序，完成索塔上塔柱結(jié)構(gòu)施工。

6）主塔施工完成后配合爬模拆除、斜拉索施工、橫撐拆除、施工平臺(tái)拆除和塔頂防水等附屬施工。

2.2 塔柱分節(jié)施工方案

44#、45#塔座頂面以上總塔高分別為111.5、115 m，塔座高3 m。根據(jù)塔柱高度、截面特點(diǎn)，鋼錨梁牛腿布置，并結(jié)合塔柱與橫梁同步施工的需要，塔座一次性澆筑。

44#墩柱下塔柱分3個(gè)節(jié)段澆筑：4.096 m+3.904 m+2.886 m。下橫梁分2次澆筑，第一次澆筑3.414 m，第二次澆筑2.75 m。中塔柱分9個(gè)節(jié)段澆筑：3.25 m+6 m×6+5.7 m+4.462 m。上橫梁一次澆筑成型，澆筑高度5.392 m。上塔柱分9個(gè)節(jié)段澆筑：1.996 m+4.399 m+5.908 m+4.918 m+4.6 m×3+4.751 m+3.874 m，整塔共25個(gè)節(jié)段。

45#墩下塔柱4個(gè)節(jié)段：3 m+4.45 m+4 m+2.936 m。下橫梁分2次澆筑，第一次澆筑3.414 m，第二次澆筑2.75 m。中塔柱分9個(gè)節(jié)段澆筑：3.25 m+6 m×7+2.838 m。上橫梁一次澆筑成型，澆筑高度5.392 m。上塔柱分9個(gè)節(jié)段澆筑：1.997 m+3.208 m+5.131 m+4.786 m+4.6 m×2+4.8 m+3.725 m+2.4 m，整塔共26個(gè)節(jié)段。

3 重要設(shè)備選型及布置

3.1 塔式起重機(jī)

3.1.1 塔吊選型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況考慮，最大吊重鋼錨梁8.9 t，最大吊距為12 m。2IUnkwYU9We4MDKmQdm3m0DPcAl1sj15byWqYbGB8+A=為節(jié)省上下層塔吊之間的空間，以及減少兩塔肢之間的高差，本次塔吊選型為平頭式塔吊，卷?yè)P(yáng)機(jī)滿足4倍率鋼絲繩的容繩量大于520 m。為滿足吊裝重量及安全系數(shù)考慮，選用W7020-12E塔吊：該塔吊塔頂部分為平頂式，吊距19 m內(nèi)最大吊重為12 t，滿足最大起重距離12 m及最大起重量8.9 t的要求。根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，塔吊放繩長(zhǎng)度為130 m，安裝高度135 m，采用四倍率吊重時(shí)鋼絲繩長(zhǎng)度為520 m，該塔吊卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量為600 m，滿足容繩量要求。安全系數(shù)按80%考慮，起吊重物8.8 t+吊鉤0.6 t=9.4 t，12 t×0.8=9.6 t，9.6 t＞9.4 t，經(jīng)計(jì)算W7020-12E型塔吊滿足吊裝需求。

綜上所述，該型號(hào)塔吊滿足需要的吊距及吊重要求，且采用四倍率時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量滿足要求，故W7020-12E型塔吊可以滿足施工需要。2臺(tái)吊臂長(zhǎng)度1臺(tái)70 m/1臺(tái)25 m（44#墩）/1臺(tái)30 m（45#墩），2臺(tái)塔吊上下間距為15 m。塔肢兩側(cè)各布置一臺(tái)W7020-12E塔式起重機(jī)。

3.1.2 塔吊配置

為方便現(xiàn)場(chǎng)材料運(yùn)輸及鋼錨梁安裝，每個(gè)主塔配備2臺(tái)W7020-12E型塔式起重機(jī)，在承臺(tái)施工期間預(yù)埋基礎(chǔ)構(gòu)件。44#墩受場(chǎng)地影響塔吊均布置在小里程側(cè)，45#墩布置在承臺(tái)對(duì)角側(cè)，如圖1和圖2所示。塔吊最大有效起吊高度304 m，塔吊起重力矩分別為2 820 kN·m。塔吊基礎(chǔ)設(shè)置在承臺(tái)頂面，澆筑承臺(tái)混凝土前，測(cè)量放樣好塔吊基礎(chǔ)位置及標(biāo)高。預(yù)埋型鋼及鋼板，螺栓精確定位后與預(yù)埋型鋼構(gòu)件焊接牢固，連同塔吊底座一起澆入混凝土中。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，將塔吊基礎(chǔ)節(jié)段直接固定在預(yù)埋地腳螺栓上，用水準(zhǔn)儀和水平尺校準(zhǔn)塔吊基礎(chǔ)節(jié)的水平度，然后用楔形鋼板將塔身墊平、緊固，直到符合安裝要求。塔吊基礎(chǔ)完成安裝以后，用汽車吊將塔吊安裝至最小自升高度，塔吊即可利用自身的吊臂、自升架及液壓頂升系統(tǒng)完成自升工作，塔吊上部每18 m設(shè)置一道附著件，具體位置視現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定。

3.2 液壓爬模

3.2.1 液壓爬模簡(jiǎn)介及爬升原理

中上塔柱施工采用液壓爬模施工，設(shè)計(jì)的模板體系由兩部分組成：模板體系和液壓爬升體系A(chǔ)CS100。塔柱分層澆筑高度2.0～6.0 m，可匹配橋塔結(jié)構(gòu)鋼筋的出廠尺寸，同時(shí)可以減少混凝土澆筑分層總數(shù)。自爬模的頂升運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升來(lái)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)軌和爬模架互不關(guān)聯(lián)，二者之間可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)爬模架工作時(shí)，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。退模后立即在退模留下的爬錐上安裝承載螺栓、掛座體及埋件支座，調(diào)整上、下?lián)Q向盒棘爪方向來(lái)頂升導(dǎo)軌，待導(dǎo)軌頂升到位，就位于該埋件支座上后，操作人員立即轉(zhuǎn)到下平臺(tái)拆除導(dǎo)軌提升后露出的位于下平臺(tái)處的埋件支座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結(jié)之后就可以開(kāi)始頂升爬模架，這時(shí)候?qū)к壉３植粍?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)軌運(yùn)動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)軌和爬模架這種交替附墻，互為提升對(duì)方爬模架即可沿著墻體上預(yù)留爬錐逐層提升。

3.2.2 ACS100液壓自動(dòng)爬升模板

ACS100液壓自動(dòng)爬升模板由重型油缸驅(qū)動(dòng)，液壓頂升動(dòng)力來(lái)自中央電力集成控制柜，連接多個(gè)液壓油缸實(shí)現(xiàn)提升，通過(guò)開(kāi)關(guān)液壓油缸的閥門，也可以實(shí)現(xiàn)不同架體的分開(kāi)爬升動(dòng)作，在正常施工平臺(tái)頂面安裝一節(jié)鋼筋施工平臺(tái)，便于鋼筋安裝時(shí)使用。在橋塔施工過(guò)程中，單個(gè)油缸通過(guò)控制調(diào)節(jié)器相互協(xié)調(diào)同步工作，液壓油缸配備了防止油管破裂的安全裝置。爬升模板上下共6層工作平臺(tái)，采用固定扶梯相連。

施工時(shí)，考慮堆放鋼筋，施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值5.0 kN/m2，下操作平臺(tái)施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1.0 kN/m2，吊裝平臺(tái)施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1.0 kN/m2。工作及爬升狀態(tài)允許風(fēng)荷載為七級(jí)風(fēng)，如風(fēng)速大于七級(jí)風(fēng)速（基本風(fēng)壓為ω=0.183 kN/m2），模板必須合攏并且固定在橋塔上，應(yīng)注意風(fēng)速大于九級(jí)風(fēng)（基本風(fēng)壓為ω=0.374 kN/m2）時(shí)，必須增設(shè)加強(qiáng)部件，加強(qiáng)部件可選擇型鋼，如槽鋼、H鋼，合模并將模板對(duì)拉緊固后，將爬模上桁架與模板槽鋼背楞連接為整體，以將爬模系統(tǒng)固定在塔身上。

3.2.3 模板體系

墻模體系，主要組成部分包括維薩板、木工字梁、鋼背楞三部分。模板重量約為65 kg/m2。板面對(duì)角線誤差值小于3.0 mm；相鄰模板高低差±0.5 mm，2塊模板拼縫間隙±0.5 mm；板面平整度±0.5 mm，模板局部變形不應(yīng)大于1.0 mm；21 mm的維薩板倒用30～40次。

爬架、模板就位（非液壓自動(dòng)爬升過(guò)程），或者卸除爬架、模板時(shí)，需要利用塔吊進(jìn)行提升，塔吊用鋼架附著于塔身上，按一定高度在塔身上預(yù)留附著點(diǎn)，與電梯不同側(cè)。電梯位置處吊裝平臺(tái)下部增加一層下掛平臺(tái)，人員借助該平臺(tái)通至爬模底部平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人員上下通行。

3.3 施工電梯

主塔施工期間為方便施工作業(yè)人員上下通行采用施工電梯，主墩塔肢側(cè)面各安裝一部施工電梯。下塔柱及下橫梁施工過(guò)程中，考慮距原地面高度較小，施工人員可通過(guò)臨時(shí)爬梯到達(dá)施工作業(yè)面。自中塔柱施工開(kāi)始，左右塔柱外側(cè)各安裝一臺(tái)施工電梯，通過(guò)電梯直接到達(dá)施工平臺(tái)。電梯選用SC200單籠施工電梯，供人員上下使用。電梯最大起重量為2.0 t，載人量10人。

在塔肢左右兩側(cè)各布置一臺(tái)施工電梯，該升降機(jī)配置Ⅱ型加長(zhǎng)附墻架，附墻間距為4～6.2 m，電梯最大自由高度為7.5 m。附墻架可在2.9～3.6 m內(nèi)調(diào)節(jié)尺寸，附墻架可采用熱浸鋅處理，以提高附墻架的強(qiáng)度及防腐性能，頂部附墻架安裝時(shí)可在梯籠頂打開(kāi)天窗口上升至安裝位置進(jìn)行安裝。

3.4 混凝土輸送設(shè)備

44#、45#塔座頂面以上總塔高分別為111.5、115 m，中、上塔柱分別長(zhǎng)55、42.2 m，索塔混凝土最大泵送高度約107 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)、抗裂及耐久性要求高，泵送難度大。44#墩為避免與其他工裝設(shè)備沖突，現(xiàn)場(chǎng)將混凝土泵管布設(shè)在大里程側(cè)，45#墩將混凝土泵管布設(shè)在大小里程對(duì)側(cè)。泵管外側(cè)采取塔柱預(yù)埋套筒與鋼構(gòu)外框相連接，將泵管放在鋼構(gòu)框里面，便于泵管檢修及穩(wěn)固泵管。44#墩側(cè)場(chǎng)平高程為1 090.0 m，45#墩?qǐng)銎綖榧扔性孛娓叱?。根?jù)塔柱混凝土泵送高度的要求，選用SANY11023車載泵。下塔柱及橫梁施工時(shí)使用汽車泵澆筑，下橫梁以上部分采用混凝土車載泵施工，現(xiàn)場(chǎng)共布設(shè)3臺(tái)汽車泵，其中2臺(tái)使用，一臺(tái)備用。

3.5 施工用水及用電

主塔施工水管沿塔吊塔身內(nèi)側(cè)布置。高揚(yáng)程水泵或在下橫梁、上橫梁部位放置水桶，接力將施工用水送至用水部位。水管通過(guò)塔吊塔身提升至中轉(zhuǎn)處或用水部位。主塔施工電纜沿塔吊塔身內(nèi)側(cè)布置，為保護(hù)電纜不被破壞，可在電纜外側(cè)安裝絕緣保護(hù)罩，與水管錯(cuò)開(kāi)布設(shè)。

4 索導(dǎo)管及鋼錨梁

斜拉索在塔端采用了2種錨固方式S/M7～S/M14采用鋼梁+鋼牛腿結(jié)構(gòu)，S/M1～S/M6采用混凝土錨固齒塊結(jié)構(gòu)。上塔柱斜拉索錨固區(qū)域設(shè)置有鋼錨梁，鋼錨梁的作用是用來(lái)平衡塔身兩側(cè)斜拉索的水平分力，斜拉索的豎向分力通過(guò)鋼壁板上的剪力釘傳遞給索塔混凝土。

鋼錨梁安裝精度控制要求高，單節(jié)鋼錨梁最大重量8.9 t（含鋼錨梁、鋼牛腿及鋼壁板），鋼錨梁通過(guò)鋼壁板上的剪力釘與索塔混凝土固結(jié)。鋼錨梁采用塔吊整體吊裝到位，每套鋼錨梁由3部分組成：一根鋼錨梁、2個(gè)鋼牛腿及2塊鋼壁板，其中鋼牛腿及鋼壁板作為一個(gè)整體構(gòu)件焊接在一起，鋼錨梁與鋼牛腿間通過(guò)螺栓進(jìn)行連接，鋼壁板上還設(shè)置有剪力釘及索套管。

鋼牛腿、斜拉索導(dǎo)管與混凝土接觸面表面噴砂處理Sa2.5級(jí)，防腐涂裝采2兩道環(huán)氧富鋅底漆，出廠前刷一道，干膜厚度不小于50 μm；澆筑塔壁凝前再涂劇一道，干膜厚度不小于80 μm。鋼錨梁表面及內(nèi)部、鋼牛腿及斜拉索導(dǎo)管不與混凝土接觸的表面防腐涂裝。高強(qiáng)螺栓拼接摩擦面：二次表面噴砂處理Sa3級(jí)、Rz50～100 μm+涂無(wú)機(jī)富鋅防銹防滑涂料130±40 μm。出廠時(shí)栓接表面抗滑移系數(shù)試驗(yàn)值不小于0.55，安裝時(shí)不應(yīng)小于0.45。高強(qiáng)度螺栓施擰完畢后，用環(huán)氧磷酸鋅封孔劑封孔后加涂相應(yīng)的配套涂料。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化橋梁施工受施工環(huán)境、施工條件限制，對(duì)設(shè)備選型、布置提出了更高的要求，直接影響到橋梁工程施工的安全工效。根據(jù)主塔施工高度、吊裝重量對(duì)每個(gè)主塔選擇配置了2臺(tái)W7020-12E型塔式起重機(jī)；為提升中、上塔柱施工效率和安全性，采用全斷面的ACS100液壓爬升體系；考慮主塔及塔柱、橫梁施工的空間及高度限制，設(shè)置了SC200單籠施工電梯。除此之外，為了保證各類設(shè)備的高效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)各類設(shè)備的布置進(jìn)行了合理科學(xué)配置。

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