斜拉橋索塔施工關(guān)鍵技術(shù)分析

曹璨

（江西省交通投資集團(tuán)南昌西管理中心，江西南昌 330000）

0 引言

斜拉橋索塔工程質(zhì)量要求比較高，在施工環(huán)節(jié)需要考慮到工程質(zhì)量與安全要求，從施工準(zhǔn)備、工藝過程、現(xiàn)場管理多方面詳細(xì)地做好控制，才能提升斜拉橋索塔工程質(zhì)量，達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 工程概況

該橋梁項(xiàng)目的規(guī)模比較大，第二標(biāo)段長度為1.825km，分為北岸引橋與主橋結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)索塔方案為鉆石型，其包含塔頭、上塔柱、下塔柱、下橫梁、塔座等結(jié)構(gòu)，前四部分高程分別是25m、91.56m、36.2m、7m。

2 索塔施工關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 塔柱施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 準(zhǔn)備工作

工程準(zhǔn)備環(huán)對整個(gè)項(xiàng)目的施工效果產(chǎn)生直接的影響，必須選擇合適的設(shè)備，這是提高施工效果的關(guān)鍵。而塔柱是重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，塔吊是塔柱施工的主要設(shè)備，為使主塔和上部結(jié)構(gòu)滿足吊裝施工的要求，應(yīng)選擇2 臺(tái)塔吊方式施工，且要合理布置塔吊結(jié)構(gòu)，為塔柱現(xiàn)場施工提供基礎(chǔ)。電梯是塔柱施工的重要設(shè)備，現(xiàn)場總計(jì)配置3 臺(tái)電梯，滿足人員、材料、工具的輸送要求。此外，還要制作混凝土輸送管、泵管、水管等，為塔柱混凝土結(jié)構(gòu)施工提供基礎(chǔ)條件。

2.1.2 塔柱施工技術(shù)

塔柱結(jié)構(gòu)施工前，根據(jù)主塔垂直高度布置水平分層結(jié)構(gòu)，采取分層澆筑作業(yè)。除塔座與底層結(jié)構(gòu)之外，塔柱總計(jì)分為27 個(gè)節(jié)段施工，按照設(shè)計(jì)方案要求分節(jié)段控制高度，使結(jié)構(gòu)質(zhì)量和性能合格。在分節(jié)段澆筑施工中，按照不同結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行施工，保證相鄰結(jié)構(gòu)部分連接性能合格，沒有分層澆筑與振搗質(zhì)量不足的情況。根據(jù)施工工藝方案的要求，在現(xiàn)場分層澆筑施工中，選擇使用標(biāo)準(zhǔn)爬模施工方式。該工藝方案主要包含下述幾個(gè)重要環(huán)節(jié)：

其一，澆筑完成，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度超過15MPa 之后，通過模板后移操作處理，然后進(jìn)行掛座安裝、導(dǎo)軌提升等作業(yè)，最后進(jìn)行爬架的爬升操作，將其移動(dòng)到后續(xù)施工位置。

其二，爬架爬升到規(guī)定部位后，開始進(jìn)行骨架的拼接作業(yè)，再進(jìn)行鋼筋綁扎、模板裁切作業(yè)，并且設(shè)置預(yù)埋部件。

其三，上述工作結(jié)束后，將模板緩慢向前移動(dòng)，并安裝外模與內(nèi)模結(jié)構(gòu)，校準(zhǔn)確認(rèn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量合格后，進(jìn)行拉桿的安裝施工、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

其四，重復(fù)上述三個(gè)步驟，循環(huán)施工作業(yè)，直到整個(gè)爬架改裝到下橫梁的結(jié)構(gòu)上。

在上塔柱的施工中，有些部位的施工與下塔柱是基本相同的，但是由于上、下塔柱之間存在著157.9的夾角，所以在上塔柱施工環(huán)節(jié)有一些不同，需要在下橫梁施工結(jié)束后，把液壓爬模模架、架體落地操作。在具體的施工環(huán)節(jié)中，上塔柱作為首節(jié)開展施工，然后進(jìn)行爬模標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，與下塔柱是一致的。因?yàn)樯纤慕M成結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，除了塔身結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工外，還要落實(shí)索道管安裝、拉壓桿施工、鋼錨梁安裝等作業(yè)，從而確保施工質(zhì)量合格。

鋼錨梁施工環(huán)節(jié)應(yīng)按照下述步驟進(jìn)行：首先，鋼錨梁采取廠家預(yù)制的方式進(jìn)行加工，檢驗(yàn)合格后，才能運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場。其次，現(xiàn)場施工采取吊裝作業(yè)方式，拼接為整體結(jié)構(gòu)。最后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段進(jìn)行施工，加強(qiáng)施工工期的控制，通過塔吊實(shí)現(xiàn)鋼錨梁循環(huán)控制，安裝的同時(shí)要開展塔柱混凝土澆筑作業(yè)。

2.2 塔座施工關(guān)鍵技術(shù)

塔座是索塔的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)的施工中，應(yīng)加強(qiáng)鋼筋制作與綁扎管理，提高鋼筋結(jié)構(gòu)性能。鋼筋制作時(shí)，應(yīng)落實(shí)質(zhì)量管理和控制，加強(qiáng)調(diào)直、表面清理處理，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案開展加工施工。經(jīng)檢驗(yàn)合格后，再運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場，符合要求后即可綁扎施工。綁扎作業(yè)結(jié)束后，安裝塔座模板。

該項(xiàng)目中，選擇使用木模進(jìn)行施工，應(yīng)落實(shí)模板設(shè)計(jì)和控制工作，在內(nèi)部設(shè)置龍骨支撐結(jié)構(gòu)，保證模板的剛度、穩(wěn)定性、承載性能合格。模板安裝工作結(jié)束后，開始澆筑塔座混凝土。由于工程中混凝土使用量較大，所以采用攪拌站直供的方式，同時(shí)應(yīng)用混凝土罐車、地泵、泵管等設(shè)備，完成混凝土輸送處理。再根據(jù)水平分層的方式進(jìn)行混凝土的澆筑施工，單層厚度控制在30cm 左右。每次完成一層澆筑施工，插入振搗棒振搗處理，確保結(jié)構(gòu)的密實(shí)度性能合格。要注意混凝土澆筑保持連續(xù)性，以免中斷施工而影響工程的質(zhì)量。振搗施工階段，間距按照振搗器1.5 倍的作業(yè)半徑施工，且要與模板、預(yù)埋件保持足夠的距離，以免影響結(jié)構(gòu)的性能。施工結(jié)束后，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)溫度的檢測，并采取必要的保溫保濕的處理方式，確保內(nèi)外溫差處于合理范圍內(nèi)，且濕度合理，不會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境作用或者水化熱過大而造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等病害問題。

2.3 下橫梁施工技術(shù)

下橫梁施工，首先應(yīng)設(shè)置支架結(jié)構(gòu)，目前工程中應(yīng)用鋼管柱的支架形式，其支撐鋼管結(jié)構(gòu)尺寸為準(zhǔn)800mm×10mm，布置2 排，每排6 根支架鋼管。鋼管柱使用多節(jié)拼接形成，長度控制在35.5～39.6m 之間，底部設(shè)置在塔座頂面與承臺(tái)頂面。鋼管柱處于塔吊的下部，使用分節(jié)安裝的施工方式，連接部位應(yīng)用法蘭盤拼接。支架安裝工作結(jié)束后，開始進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)，防止因承重力、支架鋼管等結(jié)構(gòu)造成的變形問題。

上述工作結(jié)束后，開始安裝下橫梁的模板結(jié)構(gòu)，該工程應(yīng)用的是木模與自制鋼模的結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)模為木模，側(cè)模、底模應(yīng)用的是鋼模。鋼模使用的是A3 鋼板，厚度為6mm，采用螺栓與拉桿進(jìn)行固定的方式。內(nèi)模和底模、側(cè)模的尺寸是相對應(yīng)的，也要使用拉桿固定。模板安裝工作結(jié)束后，開始澆筑混凝土施工。通常來說，下橫梁使用兩次澆筑方式：

第一次澆筑高度為3.5m，為底板與1/2 腹板結(jié)構(gòu)；第二次澆筑高度為3.5m，為1/2 腹板與頂板結(jié)構(gòu)。澆筑施工采用泵管輸送方式進(jìn)行，要落實(shí)分層澆筑的方式，單層厚度在50cm 以上，每層澆筑工作結(jié)束后，應(yīng)用振搗棒進(jìn)行振搗施工，達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。施工結(jié)束后，經(jīng)過檢測確定混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度超過2.5MPa，開始進(jìn)行腹板的鑿毛、沖洗處理，達(dá)到平整度標(biāo)準(zhǔn)。施工結(jié)束后，應(yīng)用草簾、草墊等覆蓋混凝土結(jié)構(gòu)，并灑水保濕處理，達(dá)到濕潤條件。根據(jù)自然環(huán)境，采取必要的保溫措施，預(yù)防出現(xiàn)內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂縫問題。

3 針對索塔施工質(zhì)量采取的控制措施

3.1 下塔柱斜面支架

該工程下塔的高度設(shè)計(jì)為10m，設(shè)計(jì)形式以閉合多箱室結(jié)構(gòu)為主，而后采取兩次澆筑的方式進(jìn)行施工，澆筑高度為5m，下塔柱傾斜角度設(shè)計(jì)為62。施工環(huán)節(jié)為提升模板的安全性與混凝土澆筑質(zhì)量，在現(xiàn)場設(shè)置了斜面支撐體系，使其能夠?qū)δ０暹M(jìn)行穩(wěn)固處理，該體系應(yīng)用8 榀型鋼支架組合而成，加強(qiáng)型鋼連接，防止出現(xiàn)失穩(wěn)的問題。經(jīng)過受力條件的計(jì)算，每一榀型鋼支架包含56B、36B、20B 工字鋼組成，采取焊接連接的方式（施工現(xiàn)場見圖1）。

圖1 施工現(xiàn)場

3.2 主動(dòng)橫撐

此次橋梁項(xiàng)目中，主動(dòng)橫撐結(jié)構(gòu)的主要作用在于提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少偏移的情況出現(xiàn)。在施工過程中需要對塔柱的受力條件進(jìn)行分析，而后利用三維模型對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，而后以橫梁及下橫梁為主設(shè)置主動(dòng)橫撐結(jié)構(gòu)。安裝橫梁結(jié)束后，應(yīng)用千斤頂給予足夠的頂升力，防止發(fā)生塔柱傾斜的問題，確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量合格。

3.3 液壓自爬模體系

該工程中，索塔塔柱容易發(fā)生變形的問題，中橫梁并未發(fā)生變化，而塔柱因?yàn)楦叨冗^大而發(fā)生傾斜的問題，所以應(yīng)加強(qiáng)索塔中、上塔柱的分節(jié)段施工。在分節(jié)段施工中，單個(gè)階段高度為6m，全塔包含25 個(gè)節(jié)段，使用專業(yè)廠家生產(chǎn)的ZPM-100 型液壓自爬模體系。較之翻模、滑模來說，這種爬模施工系統(tǒng)應(yīng)用到索塔形式施工有良好的效果，達(dá)到分節(jié)段施工要求，且安裝方便、操作空間較大，具備較高的標(biāo)準(zhǔn)化水平，還能改善塔柱外形執(zhí)行，保持索塔線形。在這一爬模體系內(nèi)，從上到下有大約15m 的垂直高度平臺(tái)，包含吊平臺(tái)、主平臺(tái)、上平臺(tái)結(jié)構(gòu)。模板包含內(nèi)、外模的結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)施工需要進(jìn)行模板加工，確保結(jié)構(gòu)尺寸、形式都符合要求，并進(jìn)行穩(wěn)定的連接，轉(zhuǎn)角部位設(shè)計(jì)為圓弧形式，采取定制方式。內(nèi)模使用鋼模板的形式。爬模工藝如下：現(xiàn)場應(yīng)用塔柱混凝土埋設(shè)爬錐，設(shè)置掛座的結(jié)構(gòu)，并且設(shè)置受力螺栓，架體達(dá)到穩(wěn)定性要求，通過架體支撐作業(yè)平臺(tái)施工，在平臺(tái)上進(jìn)行模板施工操作，完成安裝與拆除，并且完成鋼筋綁扎、模板安裝以及澆筑施工，流程圖見圖2。

圖2 施工流程

爬升環(huán)節(jié)需要提前做好上下掛座導(dǎo)軌布設(shè)，同時(shí)保證滑輪、導(dǎo)軌機(jī)械有效連接，而后啟動(dòng)油泵設(shè)備，通過千斤頂進(jìn)行頂升施工，使其能夠緩慢地移動(dòng)到設(shè)計(jì)位置。需要注意的是，在施工時(shí)要做好油缸循環(huán)頂升高度的控制（一般控制在30cm 左右），第一節(jié)爬升完成后，第二部則反復(fù)執(zhí)行上述步驟，直到頂升到規(guī)定施工位置。在現(xiàn)場施工作業(yè)中，塔柱橫橋向投影面是斜面，所以爬錐預(yù)埋位置應(yīng)和斜面是垂直設(shè)置的，這樣容易造成結(jié)構(gòu)受力不均勻，發(fā)生傾斜的問題，架體受力不均勻，造成爬升施工中無法達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度和性能的要求。為了消除上面問題的影響，技術(shù)人員總結(jié)現(xiàn)場施工因素，最終選擇使用單個(gè)千斤頂油缸設(shè)置截流閥的方式，單獨(dú)控制油缸速度，達(dá)到同步頂升的效果。

3.4 混凝土澆筑措施

該項(xiàng)目開展中施工條件比較艱苦，鋼筋的分布密度相對較高，容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)度不合格，影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。為提升振搗施工質(zhì)量水平，施工技術(shù)人員研發(fā)出一種可以伸縮的混凝土振搗裝置。索塔混凝土澆筑施工中，首先要把振搗結(jié)構(gòu)插入塔柱內(nèi)，再把振搗棒插入結(jié)構(gòu)內(nèi)，預(yù)防振搗棒觸碰鋼筋而影響振搗質(zhì)量，最后，在混凝土澆筑工程完成后還需要做好混凝土養(yǎng)護(hù)，保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)方案要求。

3.5 鋼錨梁施工措施

在斜拉索塔施工環(huán)節(jié)鋼錨梁作為系統(tǒng)性工程，在操作階段為了減少鋼錨梁變形問題出現(xiàn)需要對施工過程進(jìn)行控制。在該工程中不再使用鋼錨梁對拉螺栓連接方式，而是工廠預(yù)制鋼錨梁的整個(gè)節(jié)段，然后再進(jìn)行現(xiàn)場安裝施工。因?yàn)殇撳^梁的最大吊重在7.5t 左右，所以單個(gè)主塔應(yīng)用1 臺(tái)川建C7050 塔式起重機(jī)以及1 臺(tái)川建C7022 塔式起重機(jī)即可完成吊裝作業(yè)，保證各方面的技術(shù)參數(shù)符合工程的施工要求。在現(xiàn)場施工中，單個(gè)塔柱內(nèi)的全部分節(jié)錨梁都要提前試拼裝處理，防止發(fā)生結(jié)構(gòu)安裝偏差的問題，對后續(xù)施工提高精度產(chǎn)生積極的作用。相關(guān)施工條件成熟以后，才能將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場拼裝。在上環(huán)節(jié)首先把鋼錨梁在指定的位置安裝，同時(shí)做好安裝精度的控制。之后進(jìn)行塔柱混凝土澆筑施工，采用這種方法的主要目的是有效控制混凝土澆筑出現(xiàn)位移的現(xiàn)象出現(xiàn)。需要注意的是，在鋼管支架安裝到第二錨梁結(jié)構(gòu)時(shí)，同樣也要做好施工過程的控制，確保安裝質(zhì)量與安全得到保障。此外，在施工中，為預(yù)防因?yàn)槎啻味ㄎ欢斐衫塾?jì)誤差的問題，應(yīng)提高鋼錨梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平，合理提高安裝速度，使其達(dá)到工程效率和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

綜合以上分析，斜拉橋索塔工程是較為系統(tǒng)性的工程，在施工環(huán)節(jié)對工程質(zhì)量要求非常高。因此，在斜拉橋索塔施工階段，需要明確工程的施工要求，通過施工方案優(yōu)化、明確技術(shù)工藝、做好現(xiàn)場質(zhì)量以及安全管控等措施，確保斜拉橋索塔工程的施工效果。