特大橋橋塔施工重要設備選型及布置

摘 要：大型工程施工的設備選型及布置對工程的安全高效運轉具有重要作用。該文以某特大跨河大橋主橋橋塔施工為例，從施工工藝及重點工程角度，對施工中所需吊裝起重機、施工電梯、液壓爬模等重要設備的選型及安裝布置進行探討。該文旨在為類似工程施工的優化設計提供參考。

關鍵詞：特大橋；橋塔施工；設備選型；液壓爬模；安裝布置

中圖分類號：U445.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）28-0149-04

Abstract： Equipment selection and layout for large-scale project construction play an important role in the safe and efficient operation of the project. Taking the construction of the main bridge tower of a very large river-crossing bridge as an example， this paper discusses the selection and installation layout of important equipment such as hoisting cranes， construction elevators， and hydraulic climbing formworks required during construction from the perspective of construction technology and key projects. This paper aims to provide reference for the optimization design of similar projects.

Keywords： super large bridge; bridge tower construction; equipment selection; hydraulic climbing formwork; installation layout

隨著國民經濟的不斷發展，交通事業取得了很大進展，橋梁工程建設也進入了迅速崛起發展的階段，結合我國地大物博、地勢起伏較大、山川河流縱行交會等特點，特大橋、高架橋的施工已不再少見。而作為大型橋梁施工最為關鍵的元素，現場設備選型及布置對工程的安全高效運轉具有極為重要的作用[1]。然而，設備選型及布置具有極為突出的單一性，即使是2個設計構造相同的工程，因施工環境、項目開始、竣工和施工等不同，設備選型及布置都存在較大差異[2-3]。因此，在橋梁施工設備選型及布置設計方面，不僅要綜合考慮施工環境、工程設計，還要綜合考慮設備安裝、操作的簡單和安全可靠，并且綜合考慮經濟效益等因素。

1 工程概況

本文以某特大橋施工為例，該大橋全長2 190 m，孔跨布置為41-32 m雙線簡支梁+2-24 m雙線簡支梁+1×（80+80+310+80+80） m鋼混組合梁斜拉橋+1-（80+80） m T構，設計為高速鐵路大橋。44#、45#塔座頂面以上塔高分別為111.5、115 m，橋面以上塔高89.45 m，中、上塔柱分別長55、42.2 m，下塔柱44#、45#分別為14.3、17.8 m。44#、45#塔在迎水面設破冰棱，高度分別為6.15、9.65 m。下橫梁為單箱雙室 （6個箱室）預應力混凝土結構，橫橋向長26.612 m（18.188 m），順橋向寬6.5 m，高4.5～6.16 m。上橫梁為單箱單室預應力混凝土結構，橫梁長18.2 m（9.9 m），寬5.4 m，高4.0～5.321 m。腹板厚1 m，頂板厚0.6～1.353 m，底板厚0.6～1.569 m。

2 橋塔及塔柱施工工藝流程

2.1 橋塔施工工藝流程

橋塔施工的工藝流程主要包括，注備工作、下塔柱施工、下橫梁施工、中塔柱施工、上橫梁施工和上塔柱施工。具體工藝流程如下所述。

1）下塔柱施工，承臺、塔座施工時預埋加強型鋼、勁性骨架、破冰棱及塔柱鋼筋等主體構件和下橫梁支撐體系、塔吊基礎等輔助預埋件，施工采用汽車吊吊裝、汽車泵泵送澆筑完成，下塔柱采用懸臂模施工。

2）對兩塔肢之間的液壓爬模結構進行拆除，其他三面正常爬升至待施工位置；完成下橫梁支架的搭設，并對其進行預壓，預壓荷載為支架恒載110%，以消除支架的非彈性變形。下橫梁鋼筋、預應力、模板分2次施工完成；澆筑下橫梁，待混凝土強度、彈模達到設計要求，按設計圖紙分步張拉橫梁預應力鋼束，并對管道進行壓漿、封錨。

3）中塔柱施工采用液壓爬模，施工過程中安裝塔柱主動橫撐；塔柱施工過程中注意對電梯、塔吊、電力、排水系統、照明和爬梯等預埋件的安裝施工；中塔柱分9個澆筑節段，最大澆筑高度6 m，當前塔吊高度為95 m。

4）施工過程中，同步施工上橫梁牛腿預埋件，搭設施工平臺；對兩塔肢之間的液壓爬模結構拆除，其他三面正常爬升至待施工位置；安裝上橫梁支架體系；立模、綁扎上橫梁鋼筋，安裝橫梁預應力鋼束錨墊板，鋪設預應力管道、穿入預應力鋼束等；上橫梁分2次澆筑成型，待混凝土強度達到設計強度的95%，按設計要求分步張拉橫梁預應力鋼束，并對管道進行壓漿、封錨。

5）上橫梁施工完成后，拆除模板及支架；繼續完成上塔柱施工；施工時注意索導管定位及環向預應力安裝、張拉、壓漿及封錨；按照由下至上的順序，完成索塔上塔柱結構施工。

6）主塔施工完成后配合爬模拆除、斜拉索施工、橫撐拆除、施工平臺拆除和塔頂防水等附屬施工。

2.2 塔柱分節施工方案

44#、45#塔座頂面以上總塔高分別為111.5、115 m，塔座高3 m。根據塔柱高度、截面特點，鋼錨梁牛腿布置，并結合塔柱與橫梁同步施工的需要，塔座一次性澆筑。

44#墩柱下塔柱分3個節段澆筑：4.096 m+3.904 m+2.886 m。下橫梁分2次澆筑，第一次澆筑3.414 m，第二次澆筑2.75 m。中塔柱分9個節段澆筑：3.25 m+6 m×6+5.7 m+4.462 m。上橫梁一次澆筑成型，澆筑高度5.392 m。上塔柱分9個節段澆筑：1.996 m+4.399 m+5.908 m+4.918 m+4.6 m×3+4.751 m+3.874 m，整塔共25個節段。

45#墩下塔柱4個節段：3 m+4.45 m+4 m+2.936 m。下橫梁分2次澆筑，第一次澆筑3.414 m，第二次澆筑2.75 m。中塔柱分9個節段澆筑：3.25 m+6 m×7+2.838 m。上橫梁一次澆筑成型，澆筑高度5.392 m。上塔柱分9個節段澆筑：1.997 m+3.208 m+5.131 m+4.786 m+4.6 m×2+4.8 m+3.725 m+2.4 m，整塔共26個節段。

3 重要設備選型及布置

3.1 塔式起重機

3.1.1 塔吊選型

根據現場實際施工情況考慮，最大吊重鋼錨梁8.9 t，最大吊距為12 m。2IUnkwYU9We4MDKmQdm3m0DPcAl1sj15byWqYbGB8+A=為節省上下層塔吊之間的空間，以及減少兩塔肢之間的高差，本次塔吊選型為平頭式塔吊，卷揚機滿足4倍率鋼絲繩的容繩量大于520 m。為滿足吊裝重量及安全系數考慮，選用W7020-12E塔吊：該塔吊塔頂部分為平頂式，吊距19 m內最大吊重為12 t，滿足最大起重距離12 m及最大起重量8.9 t的要求。根據本項目實際情況，塔吊放繩長度為130 m，安裝高度135 m，采用四倍率吊重時鋼絲繩長度為520 m，該塔吊卷揚機容繩量為600 m，滿足容繩量要求。安全系數按80%考慮，起吊重物8.8 t+吊鉤0.6 t=9.4 t，12 t×0.8=9.6 t，9.6 t＞9.4 t，經計算W7020-12E型塔吊滿足吊裝需求。

綜上所述，該型號塔吊滿足需要的吊距及吊重要求，且采用四倍率時卷揚機容繩量滿足要求，故W7020-12E型塔吊可以滿足施工需要。2臺吊臂長度1臺70 m/1臺25 m（44#墩）/1臺30 m（45#墩），2臺塔吊上下間距為15 m。塔肢兩側各布置一臺W7020-12E塔式起重機。

3.1.2 塔吊配置

為方便現場材料運輸及鋼錨梁安裝，每個主塔配備2臺W7020-12E型塔式起重機，在承臺施工期間預埋基礎構件。44#墩受場地影響塔吊均布置在小里程側，45#墩布置在承臺對角側，如圖1和圖2所示。塔吊最大有效起吊高度304 m，塔吊起重力矩分別為2 820 kN·m。塔吊基礎設置在承臺頂面，澆筑承臺混凝土前，測量放樣好塔吊基礎位置及標高。預埋型鋼及鋼板，螺栓精確定位后與預埋型鋼構件焊接牢固，連同塔吊底座一起澆入混凝土中。待混凝土達到設計強度后，將塔吊基礎節段直接固定在預埋地腳螺栓上，用水準儀和水平尺校準塔吊基礎節的水平度，然后用楔形鋼板將塔身墊平、緊固，直到符合安裝要求。塔吊基礎完成安裝以后，用汽車吊將塔吊安裝至最小自升高度，塔吊即可利用自身的吊臂、自升架及液壓頂升系統完成自升工作，塔吊上部每18 m設置一道附著件，具體位置視現場施工情況確定。

3.2 液壓爬模

3.2.1 液壓爬模簡介及爬升原理

中上塔柱施工采用液壓爬模施工，設計的模板體系由兩部分組成：模板體系和液壓爬升體系ACS100。塔柱分層澆筑高度2.0～6.0 m，可匹配橋塔結構鋼筋的出廠尺寸，同時可以減少混凝土澆筑分層總數。自爬模的頂升運動通過液壓油缸對導軌和爬架交替頂升來實現。導軌和爬模架互不關聯，二者之間可進行相對運動。當爬模架工作時，導軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無相對運動。退模后立即在退模留下的爬錐上安裝承載螺栓、掛座體及埋件支座，調整上、下換向盒棘爪方向來頂升導軌，待導軌頂升到位，就位于該埋件支座上后，操作人員立即轉到下平臺拆除導軌提升后露出的位于下平臺處的埋件支座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結之后就可以開始頂升爬模架，這時候導軌保持不動，調整上下棘爪方向后啟動油缸，爬模架就相對于導軌運動，通過導軌和爬模架這種交替附墻，互為提升對方爬模架即可沿著墻體上預留爬錐逐層提升。

3.2.2 ACS100液壓自動爬升模板

ACS100液壓自動爬升模板由重型油缸驅動，液壓頂升動力來自中央電力集成控制柜，連接多個液壓油缸實現提升，通過開關液壓油缸的閥門，也可以實現不同架體的分開爬升動作，在正常施工平臺頂面安裝一節鋼筋施工平臺，便于鋼筋安裝時使用。在橋塔施工過程中，單個油缸通過控制調節器相互協調同步工作，液壓油缸配備了防止油管破裂的安全裝置。爬升模板上下共6層工作平臺，采用固定扶梯相連。

施工時，考慮堆放鋼筋，施工荷載標準值5.0 kN/m2，下操作平臺施工荷載標準值為1.0 kN/m2，吊裝平臺施工荷載標準值為1.0 kN/m2。工作及爬升狀態允許風荷載為七級風，如風速大于七級風速（基本風壓為ω=0.183 kN/m2），模板必須合攏并且固定在橋塔上，應注意風速大于九級風（基本風壓為ω=0.374 kN/m2）時，必須增設加強部件，加強部件可選擇型鋼，如槽鋼、H鋼，合模并將模板對拉緊固后，將爬模上桁架與模板槽鋼背楞連接為整體，以將爬模系統固定在塔身上。

3.2.3 模板體系

墻模體系，主要組成部分包括維薩板、木工字梁、鋼背楞三部分。模板重量約為65 kg/m2。板面對角線誤差值小于3.0 mm；相鄰模板高低差±0.5 mm，2塊模板拼縫間隙±0.5 mm；板面平整度±0.5 mm，模板局部變形不應大于1.0 mm；21 mm的維薩板倒用30～40次。

爬架、模板就位（非液壓自動爬升過程），或者卸除爬架、模板時，需要利用塔吊進行提升，塔吊用鋼架附著于塔身上，按一定高度在塔身上預留附著點，與電梯不同側。電梯位置處吊裝平臺下部增加一層下掛平臺，人員借助該平臺通至爬模底部平臺，實現人員上下通行。

3.3 施工電梯

主塔施工期間為方便施工作業人員上下通行采用施工電梯，主墩塔肢側面各安裝一部施工電梯。下塔柱及下橫梁施工過程中，考慮距原地面高度較小，施工人員可通過臨時爬梯到達施工作業面。自中塔柱施工開始，左右塔柱外側各安裝一臺施工電梯，通過電梯直接到達施工平臺。電梯選用SC200單籠施工電梯，供人員上下使用。電梯最大起重量為2.0 t，載人量10人。

在塔肢左右兩側各布置一臺施工電梯，該升降機配置Ⅱ型加長附墻架，附墻間距為4～6.2 m，電梯最大自由高度為7.5 m。附墻架可在2.9～3.6 m內調節尺寸，附墻架可采用熱浸鋅處理，以提高附墻架的強度及防腐性能，頂部附墻架安裝時可在梯籠頂打開天窗口上升至安裝位置進行安裝。

3.4 混凝土輸送設備

44#、45#塔座頂面以上總塔高分別為111.5、115 m，中、上塔柱分別長55、42.2 m，索塔混凝土最大泵送高度約107 m，混凝土強度等級、抗裂及耐久性要求高，泵送難度大。44#墩為避免與其他工裝設備沖突，現場將混凝土泵管布設在大里程側，45#墩將混凝土泵管布設在大小里程對側。泵管外側采取塔柱預埋套筒與鋼構外框相連接，將泵管放在鋼構框里面，便于泵管檢修及穩固泵管。44#墩側場平高程為1 090.0 m，45#墩場平為既有原地面高程。根據塔柱混凝土泵送高度的要求，選用SANY11023車載泵。下塔柱及橫梁施工時使用汽車泵澆筑，下橫梁以上部分采用混凝土車載泵施工，現場共布設3臺汽車泵，其中2臺使用，一臺備用。

3.5 施工用水及用電

主塔施工水管沿塔吊塔身內側布置。高揚程水泵或在下橫梁、上橫梁部位放置水桶，接力將施工用水送至用水部位。水管通過塔吊塔身提升至中轉處或用水部位。主塔施工電纜沿塔吊塔身內側布置，為保護電纜不被破壞，可在電纜外側安裝絕緣保護罩，與水管錯開布設。

4 索導管及鋼錨梁

斜拉索在塔端采用了2種錨固方式S/M7～S/M14采用鋼梁+鋼牛腿結構，S/M1～S/M6采用混凝土錨固齒塊結構。上塔柱斜拉索錨固區域設置有鋼錨梁，鋼錨梁的作用是用來平衡塔身兩側斜拉索的水平分力，斜拉索的豎向分力通過鋼壁板上的剪力釘傳遞給索塔混凝土。

鋼錨梁安裝精度控制要求高，單節鋼錨梁最大重量8.9 t（含鋼錨梁、鋼牛腿及鋼壁板），鋼錨梁通過鋼壁板上的剪力釘與索塔混凝土固結。鋼錨梁采用塔吊整體吊裝到位，每套鋼錨梁由3部分組成：一根鋼錨梁、2個鋼牛腿及2塊鋼壁板，其中鋼牛腿及鋼壁板作為一個整體構件焊接在一起，鋼錨梁與鋼牛腿間通過螺栓進行連接，鋼壁板上還設置有剪力釘及索套管。

鋼牛腿、斜拉索導管與混凝土接觸面表面噴砂處理Sa2.5級，防腐涂裝采2兩道環氧富鋅底漆，出廠前刷一道，干膜厚度不小于50 μm；澆筑塔壁凝前再涂劇一道，干膜厚度不小于80 μm。鋼錨梁表面及內部、鋼牛腿及斜拉索導管不與混凝土接觸的表面防腐涂裝。高強螺栓拼接摩擦面：二次表面噴砂處理Sa3級、Rz50～100 μm+涂無機富鋅防銹防滑涂料130±40 μm。出廠時栓接表面抗滑移系數試驗值不小于0.55，安裝時不應小于0.45。高強度螺栓施擰完畢后，用環氧磷酸鋅封孔劑封孔后加涂相應的配套涂料。

5 結束語

現代化橋梁施工受施工環境、施工條件限制，對設備選型、布置提出了更高的要求，直接影響到橋梁工程施工的安全工效。根據主塔施工高度、吊裝重量對每個主塔選擇配置了2臺W7020-12E型塔式起重機；為提升中、上塔柱施工效率和安全性，采用全斷面的ACS100液壓爬升體系；考慮主塔及塔柱、橫梁施工的空間及高度限制，設置了SC200單籠施工電梯。除此之外，為了保證各類設備的高效協調運轉，對各類設備的布置進行了合理科學配置。

參考文獻：

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研究[D].宜昌：三峽大學，2022.