懸索橋索塔提升模板施工工藝研究

徐世磊

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266071）

0 引言

索塔是懸索橋的生命支柱，用以支撐纜索系統(tǒng)，并將其索力可靠地直接傳遞給下部結(jié)構(gòu)。為滿足索塔施工的要求，南潯大橋索塔采用提升模板的方法，質(zhì)量可靠，施工安全，既滿足了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工要求，又比爬模、翻模和滑模施工大大降低了成本。因此，本文對懸索橋索塔提升模板施工工藝展開的研究具有極大的經(jīng)濟(jì)意義。

1 工程概況

南潯大橋主橋?yàn)殡p塔雙索自錨式懸索橋，主跨為100m，全橋主塔和輔塔各四座，為混凝土結(jié)構(gòu)。主塔全高為29.539m，橋面以上高度為22m，橋面以上塔柱為矩形截面，順橋向?qū)挾葹?m，橫橋向?qū)挾葹?m，橋面以下塔柱為順橋向變寬矩形截面，主塔底部順橋向?qū)挾葹?.5m，橫橋向?qū)挾葹?.5m，變化高度為4.5m，四角為R=0.25m 的圓弧倒角。輔塔全高為22.8m，橋面以上高約為13.25m，輔塔順橋向?qū)挾葹?m，橫橋向?qū)挾葹?.5m，輔塔四角為R=0.25m 的圓弧倒角。

2 施工工藝方案比選

2.1 液壓爬模法

優(yōu)點(diǎn)：液壓爬模可整體爬升，也可單榀爬升，穩(wěn)定性好；爬模架節(jié)省場地，模板碰傷少；液壓爬升過程平穩(wěn)、同步、安全；施工易操作，施工較安全；與翻模工藝比較，爬升速度快。缺點(diǎn)：液壓爬模施工成本高，保養(yǎng)成本高；適用高度大于40m 的索塔，澆筑節(jié)段不能調(diào)節(jié)；對施工操作技能要求高，維修需要專業(yè)人員操作。

2.2 滑模法

優(yōu)點(diǎn)：施工進(jìn)度快、安全度高、勞動強(qiáng)度低，便于操作。缺點(diǎn)：投入較大，施工質(zhì)量相對較差，不便于在施工期間對索塔混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.3 翻模法

優(yōu)點(diǎn)：采用吊裝設(shè)備進(jìn)行提升，不需要液壓提升油泵；模板節(jié)段可根據(jù)施工需要進(jìn)行調(diào)整，施工較靈活；模板加工簡單通用，施工速度相對較快。缺點(diǎn)：每節(jié)段模板易出現(xiàn)錯臺，平面位置難以控制；模板安拆安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工平臺安全要求高；模板拆除后，脫模劑涂抹不便；索塔預(yù)埋件和模板拉桿安裝質(zhì)量要求高。

2.4 提升模板法

優(yōu)點(diǎn)：模板材料投入少，模板可周轉(zhuǎn)使用，施工工藝簡單，采用塔吊或吊車完成提升，不需要提升系統(tǒng)；上下節(jié)段索塔無拼縫錯臺出現(xiàn)，采用模板包底邊混凝土的方式，保證每節(jié)段混凝土的銜接；模板節(jié)段施工效率高，施工周轉(zhuǎn)快；垂直度和平整度易糾偏，施工調(diào)整簡單；施工安全系數(shù)高，施工操作方便，施工周期較其他施工工藝短。缺點(diǎn)：適用于塔高小于40m 的中低索塔施工，施工高度受到安全防護(hù)支架和塔吊提升高度的限制[1]。

3 施工方案分析

南潯大橋自錨式懸索橋主塔高度為29.539m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段順橋向?yàn)?m，橫橋向?yàn)?m，屬于中低索塔，施工時，對模板的平面位置、垂直度及混凝土的外觀質(zhì)量要求高，綜合施工技術(shù)質(zhì)量、安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行考慮，決定選用塔吊提升模板施工工藝進(jìn)行索塔施工。

3.1 索塔勁性骨架的設(shè)計(jì)

主塔勁性骨架高度為31m，伸入塔座1m，預(yù)留搭接0.5m，第一節(jié)段高度為5m，牛腿節(jié)段高度為2.3m，以后每節(jié)段高度為4m，共五節(jié)段，最后一節(jié)段高度為1.739m。勁性骨架的豎向承載力主塔四角各設(shè)置一根∠125×125×10 角鋼，尺寸為2.4m×1.4m，角鋼距索塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段混凝土邊各為30cm，橫向支撐和斜向支撐均采用∠125×125×10 角鋼，兩節(jié)段勁性骨架的對接采用10mm 厚Q235 鋼板進(jìn)行綁焊，連接焊縫為三面圍焊。

3.2 提升模板的設(shè)計(jì)

主塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段模板由四片模板拼裝而成，單片模板長度為1886mm，寬度為2393mm，高度為4050mm，單片模板自重為2.671t。面板采用組合鋼模板，橫圍檁為8#槽鋼，間距為400mm，豎向桁架，間距為361mm，桁架寬度為750mm，外圍檁采用10#槽鋼，間距為1740mm。具體如圖1 所示。

圖1 索塔模板圖

背部采用桁架結(jié)構(gòu)，豎肋橫撐采用10#槽鋼，斜撐采用∠5# 角鋼，桁架高度為4486mm，寬度為750mm。模板間用M24 螺栓鉸接，每塊模板的豎向兩側(cè)采用∠80×80×8 角鋼進(jìn)行拼接，角鋼之間預(yù)留D=20mm 的孔，同時，為方便模板安裝時進(jìn)行調(diào)整，在模板間預(yù)留5mm 的縫隙，兩側(cè)角鋼各粘貼5mm 的止?jié){條。

4 工藝流程

4.1 索塔分節(jié)段

為保證索塔施工順利進(jìn)行，主塔施工計(jì)劃分為起步節(jié)段、牛腿節(jié)段和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。起步節(jié)段長度為5m，牛腿節(jié)段長度為2.3m，每節(jié)段采用定型模板，主塔牛腿節(jié)段向上為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，每個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為4m（最后一節(jié)段長度為2.239m），每個主塔計(jì)劃采用一套定型鋼模，如表1 所示；輔塔施工采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，每節(jié)段長度為4m（最后一節(jié)段長度為2.8m），如表2 所示。

表1 主塔分節(jié)段高度（不含塔基共29.539m）

表2 輔塔分節(jié)段高度（不含塔基共22.8m）

4.2 索塔施工工藝流程

索塔施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 索塔施工工藝流程圖

4.3 主要施工方法

4.3.1 塔吊配置及安裝

為確保索塔施工順利進(jìn)行，在17#承臺右幅、18#承臺右幅各安裝一臺塔吊，塔吊用于模板爬升、混凝土澆筑、鋼筋安裝、勁性骨架及安全梯籠吊裝等工作。

4.3.2 施工安全防護(hù)措施

為滿足每節(jié)段索塔施工安全，在輔塔和主塔之間安裝專用安全梯籠，作為施工人員上下行走的安全通道，每相隔3～5m 采用直徑為18mm 的光圓鋼筋將安全梯籠與索塔附著相連，以此保證安全梯籠的穩(wěn)定性。隨著每節(jié)段模板的提升，在索塔的外圍搭設(shè)雙排盤口式支架，排距為0.9m，橫向間距為0.9m，縱向步距為1.5m，橫縱向布置斜拉桿，外圍懸掛安全密目網(wǎng)，縱向每相隔3～5m 懸掛一層防墜網(wǎng)，頂端滿鋪模板作為施工平臺，施工平臺與梯籠之間通過配套的安全梯籠通道連接。為保證施工人員在鋼筋綁扎和混凝土澆筑時的安全，采用∠50×50×5 角鋼焊接三層的防護(hù)框架，框架高度為5.5m，底部滿鋪厚度為5cm 的木板，外圍懸掛綠色防護(hù)鋼網(wǎng)，并在框架底端預(yù)留螺栓孔，與模板支架連接，施工人員在密閉的防護(hù)框架中施工。

4.4 施工監(jiān)測

4.4.1 高程測設(shè)方法

索塔施工的高程放樣利用全站儀的三角測量功能來實(shí)現(xiàn)，主要是用來校核模板的高程，對于同一根主纜下的索塔，采用同一個基準(zhǔn)點(diǎn)，利用軸線控制測量，測量時，全站儀仰角控制在30°以下。為進(jìn)一步提高索塔的高程測量精度，還需要采用水準(zhǔn)測量方法對索塔施工的高程進(jìn)行復(fù)測[2]。

4.4.2 索塔的軸線坐標(biāo)控制

利用索塔的軸線偏差，控制索塔的垂直度。

4.4.3 主塔應(yīng)力測量

在主塔上布置兩個應(yīng)力測試截面，分別位于下塔柱承臺頂面附近以及中塔柱與下橫梁交界處。將鋼弦式混凝土應(yīng)變計(jì)埋設(shè)在邊角上，索塔施工過程中的應(yīng)力測點(diǎn)布置如圖3 所示（主塔上布置2 個截面8個點(diǎn)）。

圖3 主塔應(yīng)力測點(diǎn)截面布置圖

4.5 勁性骨架的安裝

索塔勁性骨架借助塔吊逐節(jié)段安裝，每節(jié)段之間采用鋼板焊接的形式連接，每節(jié)段勁性骨架比該節(jié)段混凝土高30～50cm，保證搭接垂直度在±5mm 之內(nèi)。

4.6 節(jié)段鋼筋安裝

每節(jié)段混凝土澆筑完成，待強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 以上后，進(jìn)行頂端混凝土鑿毛；待勁性骨架安裝完成后，進(jìn)行節(jié)段鋼筋綁扎。

4.7 節(jié)段模板安裝

4.7.1 第一節(jié)段（變截面）和牛腿節(jié)段模板安裝

主塔第一節(jié)段索塔高度為5m，包含4.5m 變截面和0.5m 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段塔身，底口順橋向長度為3.5m，橫橋向?qū)挾葹?.5m，倒角R=25cm。頂口順橋向長度為2m，橫橋向?qū)挾葹?m，倒角R=25cm。塔基變截面模板高度為5m，分四片模板拼裝而成，每片模板由上下兩節(jié)段組成，每節(jié)段高度為2.5m。第一節(jié)段變截面澆筑完成后，直接在第二節(jié)段即牛腿節(jié)段進(jìn)行模板安裝，該節(jié)段模板安裝完成后，在模板的頂部預(yù)埋標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段螺栓。

4.7.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段模板提升安裝

模板坐在已焊好的三角支架上，三角支架用M24螺栓與下塔柱預(yù)埋的圓臺螺母連接，圓臺螺母與提前預(yù)埋在模板下端的螺栓連接。

模板使用塔吊進(jìn)行分片安裝，采用側(cè)包底的形式，模板坐在已焊好的三角支架上，三角支架用φ24拉條與下塔柱預(yù)埋的圓臺螺母連接，桁架下口通過螺栓連接圓臺螺母進(jìn)行底部固定，頂口桁架通過φ24 拉條與勁性骨架臨時焊接固定，然后進(jìn)行模板垂直度調(diào)整。

4.8 節(jié)段索塔澆筑

模板固定完成后，安裝防護(hù)框架，進(jìn)行塔吊吊裝吊灌分層澆筑、分層振搗，該節(jié)段澆筑完成后，進(jìn)行下節(jié)段鋼架綁扎，完成模板提升，依次循環(huán)。模板提升后，檢查模板拼縫質(zhì)量，并進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測。

5 施工中的創(chuàng)新點(diǎn)

第一，提升模板的設(shè)計(jì)，打破傳統(tǒng)的液壓爬模、滑模以及翻模的常規(guī)施工工藝。與施工投入相對較小的翻模施工工藝相比較，提升模板按照每節(jié)段4m 施工，翻模則需要準(zhǔn)備3 節(jié)段2m（共6m）的模板，按照模板耗材計(jì)算，每套提升模板比翻模節(jié)省2m 的模板材料。

第二，每節(jié)段模板采用底模板包混凝土的施工方式，消除索塔節(jié)段之間的錯臺。模板拼縫設(shè)置在軸線上，保證塔柱圓倒角處的混凝土保護(hù)層質(zhì)量，使塔柱線形更加順直。

第三，塔吊提升模板施工工藝的上節(jié)段鋼筋綁扎在下節(jié)段模板拆除之前完成，施工工藝更加緊湊，較常規(guī)工藝每節(jié)段節(jié)省1～2 天，施工效率大幅度提升。

6 結(jié)語

塔吊提升模板施工工藝操作方便、安全、速度快、質(zhì)量控制能力強(qiáng)，在中低索塔的施工中具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。該施工工藝在應(yīng)用過程中還需要在模板設(shè)計(jì)、勁性骨架設(shè)計(jì)、安全體系及施工程序方面加以完善，以進(jìn)一步提高施工效率、節(jié)省成本，為我國橋梁建設(shè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。