高塔柱施工方案選型

李璘琳

（中鐵大橋局第五工程有限公司，江西 九江 332000）

高塔柱施工方案選型

李璘琳

（中鐵大橋局第五工程有限公司，江西 九江 332000）

本文以福州瑯岐閩江大橋4#主塔為例，從塔柱施工模板方案選型、橫梁施工方案選擇、混凝土泵送方案選擇、塔柱施工塔吊、電梯設備選型等方面，較全面地介紹了高塔柱結構的施工特點和施工方案確定。

塔柱；橫梁；爬模；混凝土；塔吊；電梯

1 工程概況

福州瑯岐閩江大橋主橋跨徑布置為60+90+150+680+150+ 90+60m=1 280m，4#墩主橋塔柱位于閩江主河道內。

4＃主塔為鉆石型鋼筋混凝土結構，由下、中、上塔柱及下、中、上橫梁6部分組成，塔高為223m，橋面以上塔高162.435m。塔柱順橋向寬度為7.2～12m，橫橋向寬度為4.8～9m。

塔座高3m，下塔柱高48.6m，橫橋向寬4.8～9m，順橋向寬12m，采用單箱單室截面，基本壁厚為1.2m。中塔柱高97.9m，橫橋向寬4.8m、順橋向寬9.434～12m，采用單箱單室截面，基本壁厚為1.0m。上塔柱高73.5m，橫橋向寬4.8m、順橋向寬7.2～9.434m，采用單箱單室截面，基本壁厚橫橋向為1.0m，順橋向為1.5m，上塔柱內設有斜拉索錨塊。

下橫梁為等高梁與塔柱交接區設圓弧過渡段，橫梁標準截面高7.0，寬12m，單箱單室截面。中橫梁為變高預應力混凝土結構，中橫梁跨中梁高5.0m，寬8.2m。上橫梁位于塔柱頂端，將兩塔柱連成整體，跨中梁高5.0m，實心矩形截面。

塔柱設計為鋼筋混凝土構件，豎向主筋采用直徑32mm的鋼筋。下橫梁、中橫梁、上橫梁設計均為預應力混凝土構件。斜拉索錨固區截面布置直徑32mm預應力精軋螺紋粗鋼筋。

塔柱工程量為鋼筋：3 129t，混凝土總方量：17 243立方米，φ15.2mm鋼絞線108.3t，φ32mm精軋螺紋粗鋼筋：106.6t。

4#墩塔柱結構示意詳見圖1所示。

圖1 4#塔柱結構示意圖

2 施工特點及難點

2.1 高塔柱模板方案選型為本項目難點

主塔墩塔柱高達223m，索區鋼筋預應力束布置密集，受力復雜，施工時材料運輸、高空作業、混凝土的內實外美要求對施工工藝和機械設備要求較高，施工工期影響總工期。如何通過優選塔柱模板施工方案，確保塔柱混凝土澆筑質量及主塔施工工期為本項目的難點。

2.2 塔柱橫梁施工方案選型為本項目難點

塔柱共設有三道橫梁，分別為下橫梁、中橫梁、上橫梁。各橫梁結構復雜、鋼筋密集，橫梁施工與塔柱施工相互干擾因素多。如何通過優選塔柱橫梁施工方案，確保塔柱橫梁混凝土澆筑質量及主塔施工工期為本項目的難點。

2.3 超高塔柱混凝土泵送設備選型為本項目特點

塔柱高223m，混凝土總方量達到1.7萬立方米，塔柱設計為C50高性能混凝土，塔柱高度大、混凝土澆筑方量大、混凝土澆筑質量要求高，混凝土泵送影響因素多。如何通過優選塔柱混凝土泵送方案，確保塔柱混凝土澆筑質量為本項目的特點。

2.4 高塔施工起重設備選型及布置為本項目難點

塔柱高223m，鋼筋、鋼絞線、預應力粗鋼筋及勁性骨架等主體結構總吊裝量約4 000t，另加各類臨時結構安裝、拆除工程量，整個塔柱施工期間總結構吊裝工作量約為10 000t。塔柱施工吊裝工程巨大，塔柱結構高度大，吊裝工作受天氣影響因素多，塔柱施工工期緊。如何通過優選塔柱起重設備選型及布置，確保塔柱施工過程中減小受起重工作因素影響，保證塔柱施工工期及施工安全為本項目難點。

2.5 塔柱人員通道布置及設備選型為本項目難點

塔柱施工期間，施工人員數量約有300人，每天塔柱人員上下總量達到1 300人次以上，且人員集中在上下班時間段，塔柱結構高度大，人員上下通道受天氣影響因素大。如何通過優選塔柱人員通道布置及設備選型，確保塔柱施工過程中人員上下安全，減小受人員通道因素影響，保證塔柱施工工期為本項目難點。

3 解決方法及措施

3.1 高塔柱模板方案選型

結合4#墩塔柱結構特點，根據以往施工經驗，塔柱模板方案選型可以考慮采用爬模、滑模和翻模施工方案。

滑模體系采用液壓或機械動力進行提升，可以將施工平臺及防護體系和模板結合，有較高的安全性，但由于受到滑模體系自身工作原理影響，模板提升需在已澆筑混凝土初凝后、終凝前進行，此時間節點受各類因素影響，實際控制較難，如模板提升時間過早則容易出現面層混凝土脫落，外觀差；如模板提升時間過晚則容易出現模板提升困難情況。

翻模體系采用起重設備將模板逐層向上提升，翻模模板可采用鋼模板，澆筑混凝土外觀質量好、模板倒用次數多，但由于翻模每次提升均需利用起重設備，起重工作較大，工作效率較低，更為主要的是在高塔施工中由于受到其結構高度影響，翻模安全風險較大。

爬模體系采用液壓動力進行提升，將施工平臺及防護體系和模板結合，有較高的安全性，模板脫模時間及爬升時間均無特別要求。液壓爬模可整體爬升，也可單組爬升，爬升穩定性好，操作方便，安全性高，可節省大量工時和材料；除了因為建筑結構的要求(如結構面突然縮進或形狀突變)需要對模架改造之外,一般情況下爬模架一次組裝后,一直到頂不落地；爬模施工的主要工序都實現了機械化作業，操作簡便，易于管理。

通過比選，4#塔柱模板體系采用爬模系統分節澆筑。爬模施工塔柱分節需要考慮塔柱第一節澆注高度要滿足爬模安裝要求（至少4.1m）；橫梁下倒角底口及上倒角頂口位置；塔柱截面突然變化處；上塔柱合攏段一起澆注完成；在爬模設計允許范圍內最大澆注高度；分節高度盡可能一致（模板上爬錐預留孔位置不變）。整個塔柱共分38節施工，塔柱分節示意及爬模布置詳見圖2所示。

圖2 4#塔柱分布示意圖

3.2 塔柱橫梁施工方案選型

瑯岐閩江大橋塔柱設有下橫梁、中橫梁、上橫梁三道橫梁。下橫梁為等高梁，與塔柱交接區設圓弧過渡段，橫梁標準截面高7.0，寬12m，長度約41m，單箱單室截面，距離承臺底高約45m。中橫梁跨中梁高5.0m，寬8.2m，長度約24m，距離下橫梁頂面約84m。上橫梁位于塔柱頂端，將兩塔柱連成整體，跨中梁高5.0m，實心矩形截面，距離中橫梁頂面約62m。

3.2 .1 塔柱下橫梁施工方案選型

下橫梁跨度大，截面大，單位面積荷載大，距離承臺頂高度較大，采用支承在承臺頂面的落地支架方案。根據以往施工經驗落地式支架可考慮采用大密度的滿堂支架和大直徑鋼管樁貝雷梁支架兩種方案。

大密度的滿堂支架構件小、拼裝方便、在場地較為空曠位置拼裝速度較快，但其單根鋼管荷載較小，鋼管數量要求多，滿堂支架拼裝高度一般不宜超過20m，且根據塔柱實際施工場地情況，滿堂支架拼裝與塔柱施工相互干擾太大，如采用滿堂支架法施工下橫梁，將嚴重制約塔柱施工工期。

大直徑鋼管樁貝雷梁支架，單個構件大，拼裝均需采取起重設備進行安裝，結構受力明確，鋼管樁數量少，在起重設備充沛的情況下，拼裝速度快，支架拼裝高度大。

通過比選，塔柱下橫梁支架系統，確定采用大直徑鋼管樁貝雷梁支架體系，主受力鋼管樁采用φ1 000*10mm，靠近塔柱附近采用依附在塔柱的受力牛腿支承，鋼管樁頂布置2*HN700*300型鋼分配梁，分配梁上布置貝雷梁，然后布置下橫梁底模系統。下橫梁鋼管樁貝雷梁落地支架方案布置見圖3所示。

圖3 下橫梁支架布置示意圖

3.2 .2 塔柱中、上橫梁施工方案選型

中橫梁跨度約24m，距離下橫梁頂面約84m，上橫梁跨度約5m，距離中橫梁頂面約62m。由于中橫梁跨度適中、截面大、可考慮采用支承在下橫梁頂面的鋼管樁貝雷梁支架方案或依附在塔柱上的整體支架方案進行施工。

支承在下橫梁頂面的鋼管樁貝雷支架，結構受力明確、跨度可以任意調整，各類結構受力相對較小，但由于中橫梁距離下橫梁頂面約84m，如采用支承在下橫梁頂面鋼管樁方案，支架高度太大，支架結構受力影響因素增多，支架安裝風險大，支架安拆工作量巨大。

依附在塔柱上的整體支架，其結構受力明確、跨度不能調整，主要桿件受力大，單位面積支架結構重量大，對起重設備要求較高，但由于其采用了模板、支架整體結構形式，主要工作均可在鋼結構廠內制造完成，現場安裝工作較小，安裝質量可控，安裝風險小。

通過比選塔柱中橫梁支架體系，確定采用依附在塔柱上的整體支架結構，主受力桿件采用HN500*200型鋼，靠近塔柱附近采用依附在塔柱的受力牛腿支承，支承牛腿上布置2*HN700*300型鋼分配梁，分配梁上放置支架體系，為減小單塊支架的重量，將中橫梁支架沿著縱橋向每2m分為一個單元件，單元件吊裝就位后采用螺栓連接成為一個整體。中橫梁整體支架方案布置見圖4所示。

上橫梁支架施工方案選型與中橫梁選型基本一致，采用依附在塔柱上整體支架方案。

圖4 中橫梁支架布置圖

3.3 超高塔柱混凝土泵送設備選型

塔柱混凝土施工主要需要解決的難點為：超高混凝土泵送困難。

塔柱混凝土施工方案需要考慮的因素有：（1）選用高壓輸送泵，如果輸送泵能力強則不設接力泵，直接將混凝土輸送至塔頂；（2）若輸送泵能力弱：設置接力泵，以達到所需要的泵送高度。

瑯岐閩江大橋4#主塔輸送泵選型及輸送泵管布置：（1）輸送泵及泵管均布置兩套，以策保險；輸送泵采用HBT90C高壓輸送泵，直接將混凝土輸送至塔頂；（2）輸送泵管沿塔柱外側上升，穿過爬模支架到達塔柱各施工面。

3.4 高塔施工起重設備選型及布置

塔柱為高聳結構，為滿足施工過程的吊裝作業，需要選用適合的塔吊。塔吊的選型及布置方案主要需要考慮的因素：（1）塔吊吊重曲線，需要滿足最大吊重和最遠吊距要求；（2）塔吊位置盡量不要侵入主梁范圍內；（3）塔吊附墻后允許最大自由懸高；（4）方便物資裝卸與運輸；（5）需要塔吊數量；（6）塔吊拆除方案；（7）經濟適用性。

綜合考慮確定：瑯岐大橋4#墩性能較大塔吊選用波坦MC480，最大吊重25t，最大彎矩約為480t·m，塔吊附墻后最大懸臂高度67m，選用55m長度吊臂；性能較小塔吊選用波坦MC230，最大吊重10t，最大彎矩約為230t·m，塔吊附墻后最大懸臂高度42m，選用45m長度吊臂。

波坦MC480塔吊使用時間較短，布置在塔柱大里程上游側，波坦MC480塔吊在塔柱施工完成后進行拆除，拆除工況塔吊吊臂朝向為縱橋向，將塔吊自降至承臺面進行拆除。波坦MC230塔吊使用至斜拉索安裝完成，布置在塔柱小里程下游側，波坦MC280塔吊在斜拉索施工完成后進行拆除，拆除工況塔吊吊臂朝向為縱橋向，將塔吊自降至承臺面進行拆除。

為避免兩塔吊發生碰撞，將MC230塔吊布置在MC480塔吊下方，兩塔吊始終保持10m以上高差，塔吊立面布置示意見圖5。

圖5 塔吊布置立面圖

3.5 塔柱人員通道布置及設備選型

塔柱施工人員上下人次巨大，塔柱高度高，為方便人員上下在塔柱外側布置施工用臨時電梯作為塔柱人員主要通道，另考慮塔柱施工期間意外停電、電梯機械事故等原因致使電梯無法工作，在塔柱內側利用塔柱永久檢修通道作為塔柱人員通行的應急通道。

瑯岐閩江大橋4#塔柱電梯選型及布置：電梯選型選用齒輪齒條爬升、帶自動抱緊裝置的施工電梯；電梯布置布置應避開塔吊附墻撐桿，一般布置在遠離塔吊的一側，尤其是電梯吊籠。

瑯岐閩江大橋4#塔柱施工電梯方案：在進行下塔柱施工階段時施工人員通過利用下橫梁支架搭設人員上下施工通道，進行中塔柱施工后開始布置電梯。電梯選用SCQ200GD傾斜電梯，傾斜角度與塔柱傾斜角度相適應。

塔柱施工時，在上下游兩面各布置一臺斜電梯，上游側電梯底平臺布置在下橫梁外側，下游側電梯底平臺布置在承臺頂面，電梯跟隨塔柱的升高而接高，電梯布置在遠離塔吊側。另外配套布置人員通道平臺，保證施工人員可以通過電梯抵達各施工作業面。瑯岐閩江大橋4#塔柱施工電梯布置詳見圖6所示。

圖6 塔柱電梯布置圖

4 結束語

瑯岐閩江大橋4#塔柱以其結構高聳，塔柱截面變化大、位于閩江干流中心等特點使得施工非常困難。本文從塔柱施工模板方案選型、橫梁施工方案選擇、混凝土泵送方案選擇、塔柱施工塔吊、電梯設備選型等方面，全面地介紹了高塔柱結構的施工特點和施工方案確定。

實踐證明，在此類結構施工通過優化施工方案，統籌考慮整個施工過程的模板、橫梁施工方案選型、混凝土泵送、塔柱施工塔吊、電梯設備選型等方案，是保證整個施工過程按照工期計劃順利進行完成的途徑。

TU722

A

1003-5168(2014)03-0142-03