紅水河特大橋索塔施工關(guān)鍵技術(shù)

林峰

斜拉橋索塔是大橋最重要的受力結(jié)構(gòu)，施工周期長(zhǎng)、難度大、精度要求高。文章以紅水河特大橋工程為例，針對(duì)索塔施工一系列難題，介紹了塔身爬模施工關(guān)鍵技術(shù)和塔柱水平拉、撐桿設(shè)計(jì)方案以及索塔的測(cè)量控制、鋼錨梁安裝施工等關(guān)鍵技術(shù)。

斜拉橋;索塔;施工技術(shù)

U445.4-A-24-081-4

0?引言

斜拉橋索塔是大橋最重要的受力結(jié)構(gòu)，必須優(yōu)質(zhì)高效地完成索塔施工，才能保證斜拉索的順利安裝與主梁施工。其施工特點(diǎn)是周期長(zhǎng)、難度大、精度要求高。如何能在相對(duì)較長(zhǎng)的施工周期內(nèi)采取合理的技術(shù)措施，確保索塔各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，是一大難題。

1?工程概況

銀川至龍邦高速公路貴州境內(nèi)惠水至羅甸段第11合同段紅水河特大橋?yàn)橹骺?08 m的世界首座非對(duì)稱(chēng)混合式疊合梁斜拉橋，橋型布置為：2×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+（213 m+508 m+185 m）雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，橋長(zhǎng)956 m。貴州岸邊跨和中跨主梁采用鋼主梁與混凝土橋面板共同受力的疊合梁;廣西岸邊跨主梁采用混凝土π形梁。斜拉索布置為平面雙索面、扇形密索體系，每個(gè)索面布有21對(duì)平面索。大橋結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

本橋索塔為5#、6#墩，均為折H型索塔，塔高195.1 m，其中下塔柱高55.0 m，中塔柱高72.0 m，上塔柱高68.1 m，塔柱截面為箱形截面并在四角處設(shè)置倒圓角。每個(gè)索塔共設(shè)上下兩道橫梁，橫梁均采用箱形截面。斜拉索均錨固于上塔柱。索塔塔身設(shè)有勁性骨架以滿(mǎn)足施工的需要。索塔結(jié)構(gòu)和工程量分別如圖2和表1所示。

本橋索塔施工主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)：

（1）索塔高度高，達(dá)到195.1 m。如何選取合理的施工工藝，才能確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成索塔施工。

（2）索塔為折H形狀，分段接頭多，如何確保施工精度。

（3）隨著各個(gè)施工階段的變化，折H型索塔的內(nèi)力也會(huì)不斷變化，塔柱與橫梁節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，如何避免混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂。

（4）索塔鋼錨梁最重節(jié)段達(dá)到16 t，安裝精度要求高，如何才能快速、高效完成鋼錨梁安裝施工。

針對(duì)以上施工難點(diǎn)，經(jīng)比對(duì)論證，本橋塔柱采用液壓自爬模施工，下橫梁采用落地支架施工，上橫梁采用托架施工方法。

2?塔身爬模施工關(guān)鍵技術(shù)

一般高墩施工有翻模、滑模、爬模等工藝。本橋索塔中、下塔柱為等角度變截面，上塔柱為等截面結(jié)構(gòu)。結(jié)合本橋塔身高、分段多、工期短、變截面等特點(diǎn)，經(jīng)綜合考慮，中塔柱及上塔柱除起始段采用翻模施工工藝外，其余節(jié)段外模均采用液壓爬模施工工藝。內(nèi)模采用滑模施工工藝，用塔吊提升內(nèi)模。

液壓爬模體系主要由預(yù)埋件、導(dǎo)軌、液壓系統(tǒng)、模板體系和操作平臺(tái)等幾大部分組成。每節(jié)混凝土設(shè)計(jì)澆筑高度為4.5 m。

塔身兩柱各采用一套爬模施工（每墩共計(jì)2套爬模），模板安裝高度為4.8 m，澆筑高度為4.5 m。下塔柱實(shí)心段為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑時(shí)需設(shè)置冷卻水管，采取溫控措施。

3?塔柱水平拉、撐桿設(shè)計(jì)

下塔柱設(shè)計(jì)為外傾，隨著施工不斷升高，外傾長(zhǎng)度及其傾覆力矩越來(lái)越大，在自重、爬模及風(fēng)等荷載作用下會(huì)在塔柱根部產(chǎn)生拉應(yīng)力，這對(duì)塔柱結(jié)構(gòu)受力不利。為最大程度減小塔柱產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止塔柱混凝土開(kāi)裂，在下塔柱施工的同時(shí)設(shè)置兩道臨時(shí)鋼束對(duì)拉來(lái)消除上述應(yīng)力。臨時(shí)鋼束采用15.2 mm鋼絞線，在下橫梁混凝土澆筑完畢預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后，方可拆除下塔柱臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束。

中塔柱設(shè)計(jì)為上內(nèi)傾，隨著塔柱施工后不斷升高，形成傾斜懸臂狀態(tài)，在外力作用下也會(huì)在塔柱根部產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，在中塔柱施工的同時(shí)必須設(shè)置水平橫撐。本橋設(shè)置了三道水平橫撐，因跨度較大，水平橫撐采用自身剛度較大的813×9 mm鋼管。在上橫梁施工完畢施加預(yù)應(yīng)力后，方可拆除水平橫撐。

下塔柱臨時(shí)鋼束及中塔柱鋼管水平橫撐如圖3、圖4所示。

3.1?水平拉力設(shè)置

（1）當(dāng)索塔施工至第七節(jié)段時(shí)，第一次施加水平拉力F1。水平力通過(guò)對(duì)拉鋼絞線施加，鋼絞線數(shù)量為16根，每根鋼絞線施加預(yù)拉力130.0 kN[1-2]。見(jiàn)圖5。

（2）當(dāng)索塔施工至第十二節(jié)段時(shí)，第二次施加水平拉力F2。水平力同樣通過(guò)對(duì)拉鋼絞線施加，鋼絞線數(shù)量為16根，每根鋼絞線施加預(yù)拉力130.0 kN。見(jiàn)圖5。

3.2?水平推力設(shè)置

（1）當(dāng)索塔施工至第二十節(jié)段時(shí)，第一次施加水平推力F3。在下橫梁施工完畢且第二層混凝土達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，卸除F1、F2水平拉力。水平推力通過(guò)千斤頂在813×9 mm橫撐鋼管上施加。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)取2根鋼管，每根鋼管施加預(yù)推力443.7 kN[1-2]。見(jiàn)圖6。

（2）當(dāng)索塔施工至第二十四節(jié)段時(shí)，第二次施加水平推力F4。水平推力通過(guò)千斤頂在813×9 mm橫撐鋼管上施加。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)取2根鋼管，每根鋼管施加預(yù)推力358.1 kN[1-2]。見(jiàn)圖6。

（3）當(dāng)索塔施工至第二十八節(jié)段時(shí)，第三次施加水平推力F5。水平推力通過(guò)千斤頂在813×9 mm橫撐鋼管上施加。現(xiàn)場(chǎng)取2根鋼管，每根鋼管施加預(yù)推力354.55 kN[1-2]。見(jiàn)圖6。

4?索塔的測(cè)量控制

索塔測(cè)量控制以勁性骨架的定位安裝為主控。先放樣定位好勁性骨架，復(fù)核勁性骨架時(shí)標(biāo)記好參照點(diǎn)。鋼筋模板根據(jù)參照點(diǎn)進(jìn)行安裝，確保在安裝過(guò)程中控制鋼筋模板安裝的精度與鋼筋保護(hù)層厚度。斜拉索預(yù)埋鋼套管與鋼錨梁的初步定位也是根據(jù)勁性骨架上的參照點(diǎn)，最后再精調(diào)復(fù)核設(shè)計(jì)坐標(biāo)。

塔柱施工測(cè)量放樣的重點(diǎn)是：塔柱的測(cè)量控制主要是對(duì)勁性骨架、模板、索導(dǎo)管的安裝測(cè)量控制，重點(diǎn)是保證塔柱各部位的傾斜度、垂直度、斷面尺寸和塔柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間位置。

塔柱施工測(cè)量方法仍以全站儀坐標(biāo)放樣法為主，在索塔施工放樣中應(yīng)采用三維坐標(biāo)法，此法測(cè)量工作相對(duì)簡(jiǎn)單和靈活。整個(gè)索塔施工的平面和高程放樣均采用全站儀在施工控制網(wǎng)點(diǎn)上進(jìn)行，放樣元素為三維坐標(biāo)，其高程采用精密三角高程測(cè)量方法傳遞和用鋼尺量取復(fù)核。

5?鋼錨梁安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

為提高鋼錨梁的定位安裝精度，本橋采用整節(jié)段起吊安裝的方案（見(jiàn)下頁(yè)圖7）。在場(chǎng)地拼裝腳手架上根據(jù)換算后的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，將鋼錨梁進(jìn)行整節(jié)段拼裝。拼裝復(fù)核完成后，用大型塔吊起吊安裝，并在塔柱上按設(shè)計(jì)坐標(biāo)復(fù)核。該施工方法簡(jiǎn)便，工藝程序清晰易懂，施工人員易于掌握，施工過(guò)程易于控制，施工質(zhì)量易于保證，而且安裝速度快，定位精確，保證了斜拉索的安裝精度，提高了工作效率，節(jié)省了時(shí)間和成本。

5.1?場(chǎng)外拼裝

相對(duì)于高空拼裝來(lái)說(shuō)，鋼錨梁在指定場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行加工拼裝會(huì)極大提高拼裝的精準(zhǔn)度，同時(shí)也方便高強(qiáng)螺栓的施工，在安全方面也有所保證。鋼錨梁拼裝完畢后，需進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收內(nèi)容包括焊縫質(zhì)量、螺栓扭力、各鋼板相對(duì)位置、索導(dǎo)管與錨墊板軸線重合度、鋼壁板垂直度等。只有在驗(yàn)收合格后方可運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝[3]。

5.2?現(xiàn)場(chǎng)吊裝及定位安裝

驗(yàn)收合格后的鋼錨梁運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)二次驗(yàn)收，確保尺寸、軸線位置等在運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)變動(dòng)，且整體誤差在允許范圍內(nèi)后，方可開(kāi)始安裝吊具。使用的吊具需要經(jīng)過(guò)驗(yàn)算和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，確保其承載力滿(mǎn)足施工要求。吊具安裝完畢后，經(jīng)塔式起重機(jī)起吊至上塔柱相應(yīng)位置，進(jìn)行整體位置調(diào)整與定位。

鋼錨梁定位安裝分為首節(jié)安裝和陸續(xù)批次安裝。首節(jié)鋼錨梁安裝重點(diǎn)為：控制鋼牛腿塔壁鋼板的高程、平面位置以及塔壁鋼板之間的相對(duì)高差。

5.3?測(cè)量要求

鋼錨梁定位測(cè)量須選擇合適的天氣，在凌晨進(jìn)行測(cè)量定位為佳，以減少溫度、風(fēng)等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。首節(jié)鋼錨梁精確定位完成后，用水準(zhǔn)儀和鋼尺將高程基準(zhǔn)點(diǎn)傳至第一節(jié)鋼錨梁頂口附近并做好標(biāo)記，以后每安裝一節(jié)鋼錨梁，均須用鑒定鋼尺將前一節(jié)的高程基準(zhǔn)引測(cè)至該節(jié)段鋼錨梁的頂口。為消除高程傳遞的誤差，每安裝5節(jié)鋼錨梁，須進(jìn)行依次整體復(fù)核。

索塔鋼錨梁與索導(dǎo)管安裝定位是測(cè)量控制難度最大、精度要求最高的部分，索導(dǎo)管的位置在鋼錨梁制作時(shí)已按相對(duì)幾何位置精確定出，對(duì)鋼錨梁的精確定位實(shí)際上就是對(duì)索導(dǎo)管的精確定位。要采用合理的測(cè)量方法，提高鋼錨梁安裝精度。

6?結(jié)語(yǔ)

本橋在施工過(guò)程中采取一系列技術(shù)措施，優(yōu)質(zhì)高效地完成了索塔施工，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，為大橋順利施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的不斷推進(jìn)，會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的高墩高塔的橋梁，如何優(yōu)質(zhì)高效地完成高墩高塔施工是整座大橋施工的關(guān)鍵。本橋的順利建成進(jìn)一步豐富了高墩橋梁的施工技術(shù)，為今后類(lèi)似工程的施工提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]GB 50017-2013，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].