大跨度斜拉橋索塔施工技術研究

趙博 ZHAO Bo

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前我國高速鐵路建設正在如火如荼的進行，隨著橋梁技術的飛躍發展，鐵路橋梁類型也越來越多。當鐵路線路上跨主要航道河流時，為確保通航要求一般設計為大跨度橋梁，主要包括三種橋型結構，一是連續梁橋，該橋梁適用于跨度在160m 以內橋型結構，其優點是施工工期短，梁體后期維護費用低，但也存在安全風險高施工工藝復雜等不足；二是系桿拱橋，該橋型可滿足300m 以內跨徑需求，其優點是受力性能好，全橋穩定性高，但其造價較高，需要采用纜索吊等專業設備，施工安全風險大，對鋼結構加工安裝要求高；三是斜拉橋，該橋梁適用于特大跨度橋型，其優點是經濟性好造型美觀，缺點是索塔高度高施工安全風險大。在新建阜陽至蒙城至宿州鐵路潁河特大橋（31+73+230+114+40）m 斜拉橋索塔施工中，由于該橋索塔高度較高，不但施工技術難度高安全風險大，而且對索塔施工質量及線性也提出了嚴格要求，為確保該索塔能夠保質保量安全順利完成施工，項目部通過制定了詳細的施工方案，對索塔施工所采用的爬模受力性能進行認真計算，同時對施工中的各項工序進行嚴格把控，通過一系列舉措，不但安全順利的完成了該斜拉橋索塔的施工，確保了施工的安全，而且索塔施工質量及線形也滿足相關要求。通過現場實際應用，該大跨度斜拉橋索塔施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果。

1 工程概況

潁河特大橋位于阜陽市潁泉區境內。主橋中心里程：DK128+146.280，起訖里程為DK127+901.530～DK128+391.030 主橋全長489.5m。線路于DK128+121.740 處跨越潁河，線路與潁河的法線夾角為28°。潁河通航等級為規劃Ⅲ級航道，設計凈寬158m，設計凈空10m，設計最高通航水位33.76，設計最低通航水位23.65，采用（31+73+230+114+40）m 混合梁斜拉橋跨越。

本橋為主跨230m 高低塔雙索面混合梁斜拉橋，跨度為（31+73+230+114+40）m，全長489.5m，半飄浮體系。主橋采用高低塔非對稱邊跨布置形式，小里程側為低塔，邊跨長104m，設置一處輔助墩，輔助墩距邊墩31m；大里程側邊跨長154m，設置一處輔助墩，輔助墩距邊墩40m。

橋塔采用H 型花瓶塔，為高低塔形式，小里程側主塔為低塔，塔全高83.4m，橋面以上部分塔高60.6m。大里程側主塔為高塔，塔全高115.1m，橋面以上部分塔高84.8m。低塔設置18 對斜拉索，高塔設置24 對斜拉索，橫向雙索面布置，塔上索間距為1.8～4.5m，組合梁上索間距為10.5m，混凝土梁上索間距為8.0m。橋塔附近無索區長度為23m，跨中無索區長度為7.5m。橋塔結構由下、中、上塔柱及上橫梁、下橫梁五部分組成。（圖1）

圖1 潁河特大橋主橋（31+73+230+114+40）m 高低塔混合梁斜拉橋圖

2 鋼箱梁總體施工方案

本工程主塔截面為箱形結構，除底部初始節段外，其余均采用爬模法施工，每次澆筑高度為4.5m。每個塔肢投入爬架和模板各一套，共投入4 套爬模。下橫梁采用鋼管+貝雷梁式支架現澆施工，先施工塔柱，待二者施工空間無干擾后，開始施工下橫梁支架，縮減施工工期，下橫梁每次澆筑3m 高，分兩次澆筑完成，鋼束均為兩端張拉，并采用張拉噸位與伸長量雙控，每批預應力鋼束必須在每次澆筑的混凝土強度達到設計強度的90%方可進行張拉。

液壓爬模模板高度4.7m。其中下部15cm 為新舊混凝土的壓踏腳，上部5cm 防止混凝土水泥漿溢出污染已澆筑的混凝土。模板豎肋采用80mm×200mm 工字木梁，橫肋采用雙[12 槽鋼，面板為21mm 厚進口維薩板。模板頂配置吊鉤、木梁連接爪等標準件。內模采用組合鋼模板，塔內搭設作業平臺，平臺跟隨索塔施工進度同步提升。（圖2）

圖2 爬模結構示意圖

3 主要施工工藝

3.1 塔座施工

索塔塔座采用四棱臺形式，其中687#墩塔座底面尺寸9.2×12.2m，頂面尺寸7.6×10.6m，高2m。688#墩塔座地面尺寸9.2×12.7m，頂面尺寸7.6×11.1m，高2m。承臺施工結束后且混凝土強度滿足規范要求，對塔座范圍內的承臺表面鑿毛處理，清洗干凈后開始綁扎塔座鋼筋，塔座主筋用直螺紋接頭連接，每一層箍筋按照由下而上、從內向外的順序綁扎。對鋼筋復雜的細部進行紙上放樣，并編制綁扎順序，綁扎高度按每次混凝土澆筑高度進行。

塔座模板采用組合鋼模板進行拼裝。并按照有關規范標準進行驗收，滿足要求才允許運至施工現場使用。安裝塔座模板時底端緊靠在承臺預埋定位鋼筋上，定位完成后，由模板孔洞穿入Φ20 螺桿加固模板。螺桿一端與承臺預埋拉桿鋼筋或預埋角鋼焊接牢固，另一端錨固在雙拼背肋上，螺桿尾端帶雙螺母固定。模板全部加固完成后，復測塔座平面位置。重點是保證塔座的外形幾何尺寸、平面位置、高程滿足規范及設計要求。待模板檢查無誤后澆筑混凝土并及時覆蓋養護。

3.2 液壓爬模安裝

液壓爬模安裝流程為：安裝準備→組裝三角架→組裝三腳架平臺→吊裝三角架→組裝上支架及模板→吊裝上支架及模板→安裝上下防墜爬升器及液壓缸→安裝導軌→安裝液壓系統→爬模架體安全防護的安裝（如安全網、防墜網、滅火器、照明設備等）→安裝質量驗收。

首先將兩塊木板按照爬錐中到中間距擺放在水平地面上，保證兩條軸線絕對平行，軸線與木板連線夾角90°，將三角架扣放在木板軸線上，保證三角架中到中間距等于爬第一次澆筑爬錐中到中間距。安裝平臺立桿，用鋼管扣件連接，兩三腳架間同樣用鋼管扣件連接。然后將拼好的架體整體吊起，平穩地掛于第一次澆筑時預埋的受力螺栓（掛座體）上，插入安全插銷。緊接著安裝上支架以及所有操作平臺，用鋼管扣件將上支架連接牢固。最后將拼裝好的模板和架體整體吊起，平穩掛于第一次澆筑時埋好的受力螺栓（掛座體）上，插入安全插銷。利用后移拉桿調節角度，校正模板，完成吊裝過程。（圖3）

圖3 爬模架體安裝順序圖

圖4 爬模架體平面結構圖

3.3 爬模施工工藝

爬模在安裝完畢后需經項目部、監理單位進行驗收，驗收合格后可投入使用。爬模主要施工流程為：節段混凝土澆筑→模板后移→下一節段索塔鋼筋綁扎→安裝爬錐等預埋件→爬模導軌上升→爬架上升→模板涂刷脫模劑及安裝→下節段索塔澆筑。

模板在每次合模安裝前必須對其表面進行處理，去除混凝土塊及油污等后及時涂刷脫模劑，脫模劑不得采用廢機油，需采用專用成品脫模劑。模板安裝過程中需仔細檢查預埋爬錐等預埋件的位置是否正確，同時拉桿位置若與鋼筋沖突時可對拉桿進行適當調整。模架在提升前需對新澆筑的節段混凝土進行檢測，當強度不小于15MPa 后報監理單位申請，然后監理單位出具書面通知后方可進行下一步施工。在爬架提升過程中需安排專人對各組件進行檢查及監測，尤其是爬架受力桿件及液壓系統，出現異常時立即停止并及時匯報相關人員，待情況查明且無影響后方可繼續進行作業。提升過程中需由專人進行操作，每個班組統一指揮，必須要協調同步。

3.4 索塔混凝土施工

索塔每節段混凝土澆筑前必須對其接觸面進行濕潤，澆筑過程中需分區分層進行，每層厚度不得超過30cm。在混凝土振搗過程中要做好分工，嚴格按照振搗相關要求進行作業，不得用振搗棒拖混凝土布料，振搗棒移動間距不得超過有效振動半徑的1.5 倍。混凝土采用泵送入模，其出料口距底部距離超過2m 時需設置串筒，混凝土輸送管道需與索塔進行牢固聯結，在索塔不斷升高時泵管也要隨之接長升高。

在混凝土澆筑后其強度達到2.5MPa 時，需人工手持風鎬將表面的松散面及砂漿等進行鑿除，并用高壓空氣將表面吹干凈。在混凝土澆筑初凝后及時覆蓋灑水養護，前期可采用土工布或吸水棉，模板拆除后可采用薄膜進行覆蓋養護。

3.5 爬模拆除

當結構施工完畢，即可對爬模進行拆除，其總體拆除流程為：拆除準備→模板拆除→模板上支架系統拆除→導軌→拆除液壓裝置及配電裝置→液壓控制泵站→液壓裝置→拆除附墻裝置及爬錐→主梁三腳架和吊平臺→最高一層附墻裝置及爬錐，并修補好爬錐孔洞。

爬模的拆除必須經項目技術負責人簽字后方可。專業公司提供專人負責爬模拆除過程中的技術指導和安全培訓工作，項目方負責爬模的拆除工作，應配專業架子工，爬模拆除前，根據施工方案由技術負責人向施工人員進行書面安全交底。爬模拆除時應先清理架上雜物，如腳手板上的混凝土、砂漿塊、U 型卡、活動桿件及材料。拆除后，要及時將結構周圍搭設防護欄桿。

4 爬模受力計算

4.1 荷載取值（表1）

表1 施工階段各層平臺荷載表

根據《液壓爬升模板工程技術規程》JGJ195-2010 要求，爬模在施工狀態下荷載效應組合應按照以下公式計算：

強度及穩定性計算荷載組合：1.2SGK+0.9[1.4（SFK1+SWK7）]

剛度計算荷載組合：SGK+SFK1+SWK7。

4.2 爬架受力計算

爬模仰爬面為最不利受力面，此時模板及架體受到澆筑節段混凝土及鋼筋的自重分力最大，架體及埋件受力最為不利。為抵抗混凝土自重，仰爬面爬模后移架體與結構內側勁性骨架拉結，同時模板兩側端頭模通過角模與斜爬面模板通過陽角處模板及拉結固定，同時內模通過型鋼對拉且做斜向拉結，所以仰爬面混凝土自重均由勁性骨架及側模拉結、內模對拉承擔，模不承擔仰爬面混凝土自重荷載。爬架自重由軟件自動生成，爬模支架各主要桿件的軸力、彎矩、剪力圖如圖5 所示。（表2）

表2 爬架桁架各主要桿件的軸力、彎矩、剪力表

圖5 爬架在最不利工況下其荷載圖、軸力圖、剪力圖、彎矩圖（從左到右）

上述是各受力桿件的受力情況，受拉桿件滿足要求！

4.3 混凝土抗拔計算

根據《建筑施工計算手冊》，按錐體破壞，取K=2，有

式中：

b—錨板邊長（mm）；

h—破壞錐體高度（通常與錨固深度相同）（mm）；

fc—混凝土的局部抗壓強度（N/mm2）。

計算得

混凝土的抗拔力為F=3173kN>118kN，故滿足要求。

5 安全質量保障措施

①爬模安裝必須按照已批復的施工方案實施，嚴禁私自調整工藝流程，如現場條件確實需要變更的，需要重新調整方案并按要求評審、報批。

②嚴格控制預埋件和預埋套管的埋設質量，預埋孔位偏差未達到要求的不得進行安裝，預埋孔處墻面必須平整，保證掛座與墻體的充分接觸。

③爬模提升到位后，必須及時按使用狀態要求進行附著固定。在固定工作之前，施工人員不得擅自離崗或下班，未辦交付使用手續的，不得投入使用。

6 結束語

通過對穎河特大橋斜拉橋索塔所采用的爬模受力性能進行認真計算，同時對施工中的各項工序進行嚴格把控等一系列舉措，不但安全順利的完成了該斜拉橋索塔的施工，確保了施工的安全，而且索塔施工質量及線形也滿足相關要求。通過現場實際應用，該高速鐵路大跨度斜拉橋索塔施工所涉及的相關技術在實際應用中取得很好的效果，也為后續類似施工提供了借鑒和參考。