異形高聳塔柱鋼混結合段施工技術

張躍

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200433）

異形高聳塔柱鋼混結合段施工技術

張躍

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200433）

閱江大橋主塔結構為“帆”形的高聳構筑物，采用鋼混組合結構，鋼混結合段的施工及精確定位是塔柱施工中的重點和難點，結合工程實際，闡述該橋的施工難點、解決方案和最終效果。

鋼混結合段；定位架；三向千斤頂；塔柱

1　工程概況

1.1工程概況

閱江大橋位于廣東省肇慶市區，是連接肇慶市區與南岸高要的一條城市主干路。項目起點位于北岸端州區古塔路與星湖大道交叉路口，沿古塔路跨越西江，在南岸高要烏榕村與世紀大道（S272）銜接。主線全長3.837 km，其中主線橋梁2 355 m/1座，于北岸建設路設置匝道出入口一處，南岸設置互通1處。主橋設計采用“帆”形塔單索面預應力混凝土斜拉橋方案：跨徑布置為160 m+320 m+160 m，墩、塔、梁固結，橋梁總寬33.5 m。主梁為預應力混凝土箱梁，主塔為鋼-混組合塔，見圖1。

1.2塔柱構造概況

閱江大橋主塔為鋼-混組合塔柱，塔柱混凝土段高25.26 m，鋼塔段高58.54 m，總高83.8 m。其中上塔柱為等截面鋼塔，塔柱橫橋向寬度4.0 m，縱橋向寬度3.6m，塔間系梁均為鋼系梁。鋼塔柱總計分為16個節段，每個節段高度2～4.9 m不等，最大鋼塔節段重量為58.57 t。下塔柱為鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級為C60，塔柱截面橫橋向寬4.0 m，縱橋向為變截面，塔柱底部尺寸為9×3.7 m。

鋼混結合段長2.36 m，在結合段頂部設置14 cm厚的承壓板，節段內共設置16束φs15.2-7預應力鋼絞線，結合段鋼箱內主要板件上沿塔高方向布置有剪力釘連接件，用來傳遞鋼塔柱的內力（豎向力、彎矩、剪力）到混凝土塔柱中，見圖2。

2　鋼混結合段施工難點分析

鋼混組合結構在當代建筑中應用越來越多，各種形式的鋼混組合賦予了設計師更大的選擇空間，但對其施工技術的研究還不夠全面，鋼-混組合塔的應用在國內乃至國際應用實例并不多見，采用的組合形式也各有不同，針對本工程鋼塔采用的承壓板結合剪力釘傳力的組合構造，如何實現設計意圖，保證施工質量，需要重點分析，逐個研究對策措施。

2.1定位架設計

鋼混結合段的定位是鋼塔施工成敗關鍵，起始段的定位精確度決定了整個鋼塔段的施工質量，要在距水面近60 m的高空、在平面只有3.6 m× 4 m的位置上完成鋼塔首節的精確定位，定位架設計的合理性尤為重要，定位架的性能需求如下：

（1）可以進行高程、橫向、縱向的細微調整；

（2）自身強度剛度和穩定性要滿足要求；

（3）如采用埋置式，考慮與混凝土的連接；

（4）滿足對鋼塔首節進行臨時固定要求。

鋼混結合段所處位置高，塔柱截面小，鋼混節段內部壁板和頂板均設有剪力釘，并有鋼筋和預應力束等布置，構造及其復雜。定位架采用何種形式，受到多方面條件制約，困難重重。

2.2鋼筋及預應力鋼筋施工

本工程鋼混結合段采用的承壓板和剪力釘結合傳力的設計，混凝土塔段的豎向主筋要插入鋼混段，并在鋼混段位置設置了豎向預應力束，鋼混結合段分為三個箱室，空間異常狹小。需要解決以下兩個難題：

第一：如何保證鋼筋能順利傳入剪力釘空隙；

第二：如何保證鋼筋位置的絕對準確，在鋼塔下放過程中不會卡住，同時預應束要順利穿過鋼混結合段上的預留孔。

圖1　閱江大橋總體立面圖

圖2　鋼混結合段三維模型及立面圖（單位：mm）

2.3鋼混結合段就位與精確調整

鋼混結合段的定位架需要解決的是鋼混結合段的固定，但如何完成高空的精確調整，保證鋼塔在設計的三維空間內定位，必須想出一套行之有效的調整工藝。

2.4混凝土施工工藝確定

鋼混結合段混凝土設計要求采用C60鋼纖維。如何滿足設計要求，選擇什么樣的施工工藝就需要確定對應的混凝土性能指標。結合實際需求，通過對以往工程實例的調研和實物模型的驗證，設計出符合本工程實際的施工配合比，滿足設計和規范要求。

3　針對施工難點采取的施工措施

鋼混結合段施工采取混凝土段設置內置式定位架，結合段底部預留60 cm的過渡段，通過臨時定位與精確定位后的永久定位架之間的轉換，實現鋼塔結合段的準確定位。

3.1定位架設計

因為鋼筋及預應力束定位精度對鋼混結合段就位會產生直接影響，綜合考慮后，確定定位架采用內支撐的形式，借助于底部混凝土段實現定位架的受力傳遞和自身穩定。

內支撐架高5.53 m，主要由4根I40b型鋼作為主撐，橫向使用［20b型鋼作為連接增強穩定性。下部2.66 m預埋在橋塔混凝土段。待預埋段混凝土達到強度，根據實際測量情況在內支撐架周圍設置8個限位擋塊，起到對GT1節段限位作用。內支撐架頂端預留50 mm作為調整段，用于彌補在安裝施工過程中內支撐架產生變形而導致的高程偏差，見圖3。

圖3　臨時支撐架和永久支撐架示意圖（單位：mm）

內支撐架分為臨時結構和永久結構兩大部分。臨時支撐架通過四面八個牛腿臨時支撐鋼混結合段結構，并對GT1鋼混結合節段進行支撐、限位和精確定位使用。 永久部分是在臨時部分完成精確定位后在節段內部焊接型鋼將GT1節段與內支撐架連接固定。永久結構定位架的主要起到鎖定鋼混結合段，防止其在填充混凝土期間發生位移。

通過建立受力模型，分別計算臨時結構和永久結構受力和變形情況，定位架的受力和變形均較小，能夠滿足施工需要，具體結果見圖4.圖5。

圖4　臨時結構受力分析結果

3.2鋼筋及預應力筋施工控制

鋼筋及預應力位置的準確，對鋼混節段的安裝就位影響巨大，稍有偏差，鋼混結合段就會卡在半空中，因此在塔柱開始分肢位置開始，對鋼筋的綁扎就采取設置定位板定位的措施。從混凝土塔柱第三段開始每隔六米，使用定位板固定主筋，共計4組。每組定位板由4塊花紋鋼板組成，A型鋼板為南北方向，B型鋼板為上下游方向。在標高+49.704處設置2×B4+2×A1；標高55.704處設置2×B3+2×A1，標高61.704處設置2×B2+2×A1；標高64.964處設置2×B1+2×A1。待澆筑混凝土初凝后，方可拆去定位板。定位板布置見圖6。

圖5　臨時結構受力分析結果

圖6　鋼筋定位板分塊大樣圖（單位：mm）

伸入鋼混結合段剪力釘之間的鋼筋，為保證鋼混結合段安裝就位時能夠順利下放，只設置一半的豎向鋼筋直接到頂，另外一半豎向鋼筋在鋼混結合段安裝就位后在箱體內進行機械連接接長。鋼筋接頭在箱體內如何對接問題，首先在三維模型中進行了三維空間模擬，認為可行。然后在鋼混結合節段制作期間，派專人赴鋼塔制作廠家，在現場模擬實際的鋼筋機械連接的位置狀態進行了實體空間的連接模擬。通過理論推理和現場實體模擬雙重手段，確定立了方案的可行性。

3.3鋼混結合段吊裝就位

塔柱鋼混結合段吊裝安放到臨時定位架上以后，通過在塔柱混凝土段頂面設置4組三向千斤頂，千斤頂布置在GT1中間兩個肋板下方。現場對鋼混結合節段進行精確測量，得出當前節段位置偏差值。通過4組三向千斤頂單獨調整使GT1節段位置達到設計要求精度，見圖7。

圖7　千斤頂位置圖

鋼混結合節段調整到位以后，通過鋼塔節段內部，承壓板底面和側板與定位架豎撐之間焊接型鋼進行鎖定，完全焊接固定后，拆除三向千斤頂設備。完成臨時定位支撐向永久定位支撐的轉換。

3.4模板配置及混凝土施工

因鋼塔節段與混凝土節段制作精度不同，如何保證二者之間“無痕對接”，根據初步設計，原設計是將混凝土段的鋼模做高10 cm，抱箍在鋼塔節段上，形成過渡，在實際施工過程中發現，塔柱混凝土段截面尺寸偏差大于鋼混結合段結構底口約8 mm，雖均未超出設計規范要求，若采用鋼模板過渡，此處錯臺及后期修補問題必然出現。經過多次比較，最終決定改用優質木模板進行此處錯臺修正，利用木模的良好彈性，實現“無痕對接”。很好地解決了此處兩種不同材質結構制作精度不同帶來的誤差。

根據設計要求鋼混結合段采用C60鋼纖維混凝土填充，如何保證半封閉空間的混凝土澆筑質量，我們采取了如下措施，對比類似鋼包混凝土施工案例，總結出適合本工程的混凝土性能指標，通過實驗室試拌比選和多次實物模型驗證，最終確定采用自密實鋼纖維混凝土，澆筑過程中輔以振搗棒適量振搗的澆筑工藝。特別在澆筑到箱體拐角及承壓板以下附近區域，采取適量振搗的辦法，保證混凝土的密實度，見表1。

表1　鋼混結合段C60自密實鋼纖維混凝土配合比　kg/m3

4　結語

閱江大橋主塔鋼混結合段施工主要是從現場定位架設計制作、三向千斤頂的選用、鋼筋綁扎精度控制等措施的選擇、過渡段優選木模板，一道道工序的模擬優化和比選，最終形成了一套科學合理的施工工藝。通過研究工藝指導，完成了內支撐架的準確預埋，鋼混結合段順利完成初步吊裝就位，未發生因鋼筋預埋偏差影響下放就位問題；預應力筋順利穿過預留孔洞；通過內支撐架和三向千斤頂快速完成鋼塔首節段的精確定位；綁扎鋼混結合段內的鋼筋及預應力管道恢復施工。在氣溫相對穩定時段完成了混凝土的澆筑。此工藝科學地指導現場施工，成功完成了鋼混結合段的安裝，各項指標符合設計和相關規范要求。

隨著我國綜合國力的不斷提升，鋼結構在大橋上的應用將逐漸普及，而工程師們對橋梁美學的要求，也越來越高，因此各類異形高聳鋼混結構會越來越多。通過閱江大橋主塔鋼混結合段施工的實踐，豐富了該類工程的施工工藝，也為以后類似工程的施工提供了很好的借鑒。

U445.4

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1009-7716（2016）06-0205-04

2016-03-11

張躍（1982-），男，江蘇徐州人，工程師，從事市政道路橋梁土建施工工作。