獨(dú)塔斜拉橋傾斜式索塔施工關(guān)鍵技術(shù)研究

朱 磊 （中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

近年來，隨著我國橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，相應(yīng)的橋梁施工技術(shù)水平也得到不斷提高，施工工藝也日趨先進(jìn)。獨(dú)塔式斜拉橋作為一種新型橋梁結(jié)構(gòu)形式，在我國鐵路及公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，索塔作為獨(dú)塔斜拉橋的主要承重構(gòu)件，它將主梁的自重及橋面荷載通過斜拉索轉(zhuǎn)換為自身的軸向壓力。因此，確保索塔的施工質(zhì)量，對保障該類斜拉橋能夠安全運(yùn)行的重要前提。其中，對于傾斜式索塔，具有整體高度高、施工過程剛度及穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，對比垂直型索塔結(jié)構(gòu)施工，具有較高的施工難度。由于在施工過程中，傾斜式索塔均為懸臂結(jié)構(gòu)，因此，如何在高空對塔柱混凝土進(jìn)行澆筑是獨(dú)塔斜拉橋索塔施工的難點(diǎn)之一。

目前，對于傾斜式索塔施工的常用施工方法主要包括翻模施工以及液壓爬模施工。當(dāng)采用翻模施工時(shí)，每肢塔需配備三套模板，從下塔柱一直澆筑至上塔柱。該方法的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在模板周轉(zhuǎn)快，便于塔柱混凝土養(yǎng)護(hù)等特點(diǎn)，但該方法施工需投入較多鋼材，施工成本較高。為了克服這個(gè)問題，液壓式爬模施工方法被發(fā)展應(yīng)用于混凝土塔柱施工，該方法采用液壓爬模施工，其爬升裝置由錨錐、錨板、錨靴、爬頭、軌道及其下?lián)文_、步進(jìn)裝置、承重架及下支撐等部件組成。在塔肢節(jié)段施工時(shí)支撐整個(gè)系統(tǒng),并承受系統(tǒng)自重及待澆節(jié)段混凝土的側(cè)壓力等施工荷載。在一個(gè)節(jié)段澆筑完成后自動爬升，帶動整個(gè)系統(tǒng)爬升至下一個(gè)待澆節(jié)段位置。如此一個(gè)循環(huán)到下一個(gè)循環(huán)，完成塔肢的施工。本文以將軍領(lǐng)路獨(dú)塔斜拉橋?yàn)楸尘埃瑢谝簤号滥＜夹g(shù)的傾斜式索塔施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，研究結(jié)果可為同類型塔柱施工提供重要參考。

1 工程概況

將軍嶺路橋?yàn)橐瓭?jì)淮工程跨越規(guī)劃將軍嶺路的特大型橋梁，主橋全長280m，跨徑布置為（29+30+36+185）m，主橋結(jié)構(gòu)形式為非對稱鋼- 混梁獨(dú)塔雙索面斜拉橋，橋梁整幅布置，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：3.0m（人行道）+3.0m（非機(jī)動車道）+4.5m（拉索及索塔區(qū)）+15.5m（機(jī)動車道）+0.5m（分隔帶）+15.5m（機(jī)動車道）+4.5m（拉索及索塔區(qū)）+3.0m（非機(jī)動車道）+3.0m（人行道）=52.5m，設(shè)計(jì)荷載為城- A 級。鋼箱梁及混凝土箱梁均采用大懸臂展翅箱梁；塔柱采用矩形塔，高116m，主跨及邊跨側(cè)均設(shè)置14 對斜拉索，將軍領(lǐng)路斜拉橋主橋總體布置圖如圖1 所示。

塔柱為八字塔造型，采用C50 混凝土，按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，塔柱從承臺頂面算起全高116m，塔柱順橋向?qū)挾?.0m，橋面以上橫橋向?qū)挾?.5m，橋面以下橫橋向?qū)挾扔?.5m 變化至6.0m。塔柱采用矩形空心斷面，四周設(shè)置倒角，橋面以上設(shè)有拉索錨固區(qū)，橋面以上順橋向壁厚0.8m，橫橋向壁厚1.2m，橋面以下順橋向壁厚1.2m，橫橋向壁厚1.5m。主塔與混凝土主梁固結(jié)部位設(shè)置固結(jié)橫梁，箱型斷面，按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，固結(jié)橫梁頂緣設(shè)置20 根15.2- 16 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，底緣設(shè)置30 根15.2- 16 預(yù)應(yīng)力鋼絞線。主塔頂設(shè)置整體式上橫梁，按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上橫梁頂、底緣分別設(shè)置15 根15.2- 16預(yù)應(yīng)力鋼絞線。主塔及橫梁連接部位均設(shè)置人孔，塔內(nèi)設(shè)置爬梯供養(yǎng)護(hù)期間檢修用。塔內(nèi)斜拉索錨固采用鋼錨箱結(jié)構(gòu)形式，斜拉索于塔內(nèi)張拉。索塔構(gòu)造圖如圖2 所示。

圖1 將軍領(lǐng)路斜拉橋總體布置圖

圖2 傾斜式索塔構(gòu)造圖

2 塔柱專項(xiàng)施工工藝流程

將軍領(lǐng)路斜拉橋塔柱采用橫向傾斜構(gòu)造，在實(shí)際施工過程中，塔柱均為懸臂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性及剛度均較差；另外，由于主塔塔身較高，導(dǎo)致施工難度與以往直線型塔柱相比大幅增加。因此，索塔施工成為本橋施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)。為了保證索塔的安全施工，同時(shí)確保施工質(zhì)量，本橋?qū)⒅魉凑障滤⒅兴蜕纤殖扇齻€(gè)分項(xiàng)工程，并統(tǒng)一采用爬模工藝進(jìn)行施工，塔柱爬模模板施工示意圖如圖3 所示。

2.1 下塔柱施工

在下塔柱施工過程中，實(shí)心段第1節(jié)采用爬模模板，從第2 節(jié)段開始采用液壓爬模施工。施工時(shí)，首先澆筑下塔柱實(shí)心段第1 節(jié)段，在施工第1 節(jié)段時(shí)預(yù)埋爬錐，施工第2 節(jié)段時(shí)安裝爬模上架體，完成第2 節(jié)塔柱施工，第2 節(jié)段塔柱施工完畢后，爬模爬升，安裝吊掛平臺，利用爬模進(jìn)行下塔柱其余節(jié)段施工。

主塔液壓爬模模板體系采用木工字梁體系大模板，外模面板采用進(jìn)口21mmWISA 面板，周轉(zhuǎn)次數(shù)50 次以上；內(nèi)模面板采用國產(chǎn)18mm 面板。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段垂直澆筑高度6.0m，模板設(shè)計(jì)高度6.18m，其中模板下包已澆混凝土面100mm，上口挑出80mm。

主塔鋼筋在鋼筋加工車間加工，按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求預(yù)留接頭數(shù)量及位置，利用平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場后，使用塔吊吊至施工區(qū)域，進(jìn)行綁扎安裝。塔柱鋼筋采用勁性骨架定位，勁性骨架豎向采用規(guī)格為75×75×8mm 的角鋼，平聯(lián)及豎向斜撐均采用規(guī)格為63×63×6mm的角鋼，勁性骨架按照圖紙分節(jié)段加工，分段分片安裝。每安裝一次勁性骨架，施工一個(gè)節(jié)段，爬架爬升一次，直至下塔柱施工完成。

2.2 中塔柱施工

下塔柱施工完成后，將下塔柱爬模轉(zhuǎn)換成中塔柱爬模施工。中塔柱爬模施工方法與下塔柱施工類似，但對于異型段塔柱及上橫梁部分，需采用木模施工，其余規(guī)則節(jié)段均使用爬模施工。在中塔柱施工過程中，塔柱內(nèi)側(cè)設(shè)置水平橫撐來抵消塔柱內(nèi)傾產(chǎn)生的水平力，塔柱上橫梁施工完成后拆除水平橫撐。

2.3 上塔柱施工

中塔柱施工完成后將爬模轉(zhuǎn)換成上塔柱爬模施工，上塔柱爬模施工方法與中塔柱施工方法相同。上塔柱外模采用爬模，內(nèi)模除異形段內(nèi)模用普通木模外，其余均使用爬模施工。上塔柱重點(diǎn)控制內(nèi)容有鋼錨箱及索導(dǎo)管定位、環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工等，鋼錨箱由塔吊進(jìn)行安裝到位。考慮到混凝土的收縮、徐變和塔柱彈性變形的影響，為確保斜拉索塔柱錨固位置的準(zhǔn)確，上塔柱施工設(shè)置預(yù)抬量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在索塔節(jié)段混凝土澆筑完畢且達(dá)到強(qiáng)度與齡期后，再對索塔錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉。

3 塔柱專項(xiàng)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 塔柱爬模施工技術(shù)研究

為確保主塔混凝土外立面線形平順、表面光滑、內(nèi)部密實(shí)，本橋采用爬模技術(shù)進(jìn)行主塔施工。爬模設(shè)施分模板系統(tǒng)、預(yù)埋件系統(tǒng)、支架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)。在塔柱爬模施工過程中，無需其他起重設(shè)備，操作方便，爬升速度快，安全系數(shù)高，是高聳建筑物施工時(shí)的首選模板體系。一個(gè)完整的爬模系統(tǒng)分別由模板系統(tǒng)、預(yù)埋件系統(tǒng)、支架系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成。對于模板系統(tǒng)，考慮到該橋塔柱的構(gòu)造特點(diǎn)及尺寸，主塔施工大部分屬于高空作業(yè)，因此要選擇輕質(zhì)高強(qiáng)型的模板體系，本橋塔柱模板由2.1cmWISA 板、工字木梁（H20）、木梁連接爪、背楞組成，具有強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；預(yù)埋件系統(tǒng)為爬模的重要連接構(gòu)件，它主要由埋件板、高強(qiáng)螺桿、受力螺栓、爬錐組成。在施工過程中，要對預(yù)埋件的強(qiáng)度和尺寸依照規(guī)范進(jìn)行測試，保證爬模施工的順利進(jìn)行；爬模支架系統(tǒng)主要由承重三角架、后移裝置、中平臺、吊平臺、導(dǎo)軌、附墻裝置、主背楞組成，該支架系統(tǒng)具有空間穩(wěn)定性好，易于拆卸、組裝等特點(diǎn)，便于主塔的節(jié)段施工；液壓系統(tǒng)是爬模設(shè)備的動力來源，通過自帶的液壓頂升系統(tǒng)，將爬模系統(tǒng)一步步提升，直至主塔混凝土澆筑完成。主塔施工爬模基本流程：上階段混凝土澆筑完成后，拆模后移，安裝附著裝置，綁扎鋼筋，提升軌道，爬升架體，將模板清理并刷脫模劑，然后，將預(yù)埋件固定在模板上，合模并澆筑主塔下節(jié)段混凝土。

圖3 塔柱模板施工示意圖

3.2 塔柱爬模施工質(zhì)量控制

在爬模爬升前，均需對已澆筑完成節(jié)段的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測定，確認(rèn)澆筑節(jié)段實(shí)體強(qiáng)度及現(xiàn)場同條件試塊強(qiáng)度均不低于10MPa 后，方可爬升。由于該橋塔柱整體造型為八字形結(jié)構(gòu)，為確保塔柱截面尺寸定位精確，并在混凝土澆注過程中不變位，在鋼筋骨架中設(shè)置了勁性角鋼骨架，確保施工精度。主塔爬模及所有其他施工用設(shè)備在整個(gè)施工過程中均不得與塔柱鋼筋相連接，避免將其荷載轉(zhuǎn)嫁到鋼筋上。

塔柱每節(jié)段混凝土澆筑完成后，爬模爬升，對上節(jié)段爬模模板標(biāo)高和斷面位置坐標(biāo)進(jìn)行絕對放樣，不可采用相對位置確定，以避免累積誤差。在鋼筋及勁性骨架安裝過程中，在勁性骨架上測出每節(jié)段塔柱的斷面位置，既可以保證鋼筋安裝精度，用時(shí)保證鋼筋安裝成型后不侵占模板位置，滿足保護(hù)層要求。爬模爬升后，模板安裝固定過程中，通過測量放樣對模板標(biāo)高、斷面位置由粗調(diào)到精調(diào)多次測量，直至模板固定牢固后測量放樣數(shù)據(jù)偏差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。塔柱預(yù)偏值結(jié)合監(jiān)控單位提供的偏指令及已完工節(jié)段線形綜合考慮做相應(yīng)調(diào)整。

3.3 塔柱節(jié)段混凝土施工質(zhì)量控制

當(dāng)模板支護(hù)完成后，塔柱采用C50混凝土進(jìn)行澆筑，混凝土輸送采用地泵式，輸送管采用壁厚為8mm 的特制超高壓輸送管，泵管沿塔柱外壁進(jìn)行布置，單獨(dú)設(shè)置預(yù)埋件，以便于排除堵管、裝拆和清洗管道。泵管每隔6m 固定，固定點(diǎn)設(shè)置于泵管接頭處下方15cm，滿足塔柱混凝土澆筑施工需要。每個(gè)塔肢分別布置一套輸送泵管，共設(shè)2 套。混凝土澆筑過程中做好現(xiàn)場檢查監(jiān)控，按要求做坍落度試驗(yàn)，測量混凝土入模溫度，并觀察混凝土的和易性、保水性和均勻性，符合規(guī)范要求才能使用；按要求制作足夠組數(shù)的混凝土試塊作為混凝土同條件養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊，以便確定拆模時(shí)間、測定混凝土強(qiáng)度和彈性模量。為使混凝土澆筑布料均勻，根據(jù)混凝土流動半徑均勻布置下料點(diǎn)，布置溜槽、串筒等，混凝土進(jìn)入模板內(nèi)時(shí)，控制混凝土自由下落高度不超過2m。混凝土澆筑采用分層的方式進(jìn)行，分層厚度不大于30cm，施工中保證連續(xù)施工不中斷。混凝土振搗采用ZN50 振動棒，每臺振動棒必須配備足夠長電纜線。

混凝土澆搗后，需要在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一方面為水泥充分水化創(chuàng)造條件，加速混凝土硬化；另一方面為防止混凝土成型后暴曬、風(fēng)吹、寒冷等條件而出現(xiàn)的不正常收縮、裂紋等破損現(xiàn)象。因此，在塔柱混凝土澆注后，如果不及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土?xí)蛩终舭l(fā)過快，形成脫水現(xiàn)象，會使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，缺乏足夠的粘結(jié)力，從而會在混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強(qiáng)度時(shí)，水分過早地蒸發(fā)還會產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂紋，影響混凝土的耐久性和整體性。因此，在混凝土澆筑初期階段的養(yǎng)護(hù)非常重要。本橋現(xiàn)澆塔柱混凝土采用噴淋系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，噴淋系統(tǒng)由地面總集水箱、高壓水泵、供水管路、噴水管路組成，供水管路連接于集水箱和塔壁預(yù)埋件上，噴水管路連接于供水管路及爬模模板設(shè)置的噴水面上，養(yǎng)護(hù)水通過高壓水泵將集水箱里的水輸送至供水管路，水源通過供水管路送至噴水管路對塔柱混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。混凝土采用淡水養(yǎng)護(hù)且養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于7d（含帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間），噴淋次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況，以能保持混凝土處于濕潤的狀態(tài)來決定。當(dāng)日平均氣溫低于5℃時(shí)，不得澆水，在模板拆除后，立即將預(yù)先配制好的養(yǎng)護(hù)劑用噴霧器噴灑于混凝土表面上，噴灑均勻、適量，勿漏噴，勿流淌，養(yǎng)護(hù)劑噴灑兩道，并隨配隨用。

4 結(jié)論

在實(shí)際施工中，通過合理的技術(shù)管理辦法及施工措施，有力地保證了斜拉橋施工質(zhì)量，進(jìn)而對我國橋梁事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。