甬江主橋北岸索塔施工關(guān)鍵技術(shù)

任世朋，朱元元

(中鐵四局集團(tuán) 第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131)

甬江主橋北岸索塔施工關(guān)鍵技術(shù)

任世朋，朱元元

(中鐵四局集團(tuán) 第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131)

介紹甬江主橋(主跨468 m鋼箱混合梁斜拉橋)北岸索塔的施工，對(duì)大跨度雙塔斜拉橋索塔、液壓爬模下橫梁、中塔柱合龍段和鋼錨箱施工等關(guān)鍵技術(shù)作了較詳細(xì)的闡述，并對(duì)索塔施工設(shè)備的選型、安裝拆除時(shí)機(jī)作了敘述。工程實(shí)踐表明，該索塔施工方法合理，對(duì)鐵路斜拉橋的索塔施工提供了參考實(shí)例。

斜拉橋 索塔 下橫梁 液壓爬模 錨箱

1 工程概況

寧波鐵路樞紐工程是國家鐵路網(wǎng)規(guī)劃的重要建設(shè)工程之一，甬江主橋?yàn)樵摴こ剃P(guān)鍵項(xiàng)目，長909 m，是國內(nèi)首座鐵路鋼箱混合梁斜拉橋。

甬江主橋?yàn)殇撓浠旌狭喊肫◇w系，采用(53+ 50+50+66+468+66+50+50+53)m跨徑布置，邊跨及部分中跨244.5 m主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，部分中跨419 m主梁為鋼箱梁。全橋布置見圖1。

圖1 橋型立面(單位:m)

橋塔采用鉆石型索塔，橋面以上索塔采用倒Y形，橋面以下塔柱內(nèi)縮為鉆石形。塔底以上全高177.91 m，橋面以上塔高 141.5 m，橋面以下塔高36.41 m，橋面以上塔的高跨比為1∶3.307。索塔縱向?qū)挾扔伤? m線形加寬至塔底12.53 m。

下塔柱為兩分離內(nèi)傾斜塔柱，單箱單室截面壁厚為1.5 m;中塔柱為兩分離內(nèi)傾斜塔柱，單箱單室截面，順橋向壁厚1.4 m，橫橋向壁厚1.2 m。中塔柱和下塔柱在塔梁交接處設(shè)下橫梁，下橫梁采用等寬度變高度截面全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。上塔柱斜拉索錨固區(qū)橫橋向?qū)? m，采用單箱雙室截面，順橋向壁厚1.4 m，橫橋向壁厚0.8 m(見圖2)。

圖2 索塔構(gòu)造示意(單位:cm)

為保證斜拉索與索塔錨固區(qū)結(jié)構(gòu)受力的可靠性和運(yùn)營期的安全性，索塔錨固采用內(nèi)置整體式鋼錨箱，單塔鋼錨箱共計(jì)48節(jié)，其中C類鋼錨箱高5.66 m、質(zhì)量29.6 t，其余A類和B類鋼錨箱質(zhì)量均在9～15 t。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

1)塔柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工設(shè)備選型與安裝時(shí)間點(diǎn)非常關(guān)鍵。

2)索塔高177.91 m，C50高性能混凝土黏度大、坍落度小，泵送施工難度大。

3)下橫梁與索塔交匯處，截面高度大、鋼筋密集、預(yù)應(yīng)力眾多，施工難度大。

4)中塔柱合龍段為拱形結(jié)構(gòu)，支架及模板設(shè)計(jì)及施工難度大。

5)鋼錨箱自重大、體積大、精度要求高。

3 索塔施工主要機(jī)械設(shè)備

甬江北岸索塔施工的主要機(jī)械設(shè)備為塔吊、電梯和混凝土輸送泵。

3.1 塔吊

為滿足左右塔肢同時(shí)施工，中塔柱及下塔柱施工期間設(shè)置2臺(tái)塔吊。綜合考慮荷載、場(chǎng)地及清水浦大橋距離，右塔肢安裝QTZ6016型塔吊，左塔肢采用特制臂長25 m的TC5013型塔吊。

綜合考慮鋼錨箱吊裝、爬模拆除等因素，中塔柱合龍段施工前安裝 TC7052型塔吊，拆除 QTZ6016及TC5013型塔吊。

3.2 施工電梯

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置2臺(tái)上海寶達(dá)SCQ200型施工電梯。下塔柱及中塔柱施工期間，左右塔肢各安裝1臺(tái)施工電梯，滿足左右塔肢同時(shí)施工需要。中塔柱合龍段施工時(shí)，拆除右塔肢電梯;中塔柱合龍段施工完成后，在左塔肢與上塔柱交匯處設(shè)置電梯平臺(tái)，安裝垂直電梯。

3.3 混凝土輸送泵

塔冠距離地面高度約為180 m，泵送壓力高，C50高性能混凝土坍落度小、黏性大泵送困難?？紤]彎頭處壓力損失和泵送壓力儲(chǔ)備，選用三一重工的HBT80C混凝土拖泵，該拖泵有電力驅(qū)動(dòng)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種類型，為保護(hù)環(huán)境、節(jié)約成本選用電力驅(qū)動(dòng)型。其主要技術(shù)參數(shù):理論混凝土輸送量87.8 m3/h，理論最大輸送距離水平1 000 m，垂直320 m。

4 施工流程及關(guān)鍵技術(shù)

4.1 混凝土工程

索塔C50混凝土坍落度控制在180～220 mm，經(jīng)過試驗(yàn)選用的混凝土配合比見表1。

混凝土配合比

表1 索塔C50

1)夏季泵送混凝土措施

7至9月份氣溫達(dá)38℃，泵管在混凝土輸送摩擦和陽光暴曬下溫度高達(dá)55℃，混凝土坍落度損失大，容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。采用給泵管纏繞土工布并澆水降溫的措施，利于混凝土泵送。

2)混凝土養(yǎng)護(hù)措施

由于索塔截面變化大，并存在混凝土齡期差等原因，塔柱根部易產(chǎn)生收縮裂縫［1］。為避免裂縫的產(chǎn)生，每節(jié)索塔混凝土終凝后覆蓋土工布并灑水，模板拆除后噴灑混凝土養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)［2］。

4.2 液壓爬模系統(tǒng)

索塔采用北京卓良ZPM-100型液壓爬模施工，主要由模板、預(yù)埋件、支架和液壓系統(tǒng)4部分構(gòu)成。模板系統(tǒng)由工字木梁和維薩板組成;預(yù)埋件包含埋件板、高強(qiáng)螺桿、受力螺栓和爬錐;支架系統(tǒng)由承重三腳架、后移裝置、平臺(tái)、爬升導(dǎo)軌、附墻裝置和主背楞組成;液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、油缸、閥門、膠管、液壓閥和配電裝置組成［3-5］。液壓爬模構(gòu)造示意如圖3。

液壓爬模優(yōu)點(diǎn)如下:①成品混凝土外觀質(zhì)量好;②有利于混凝土面的養(yǎng)護(hù);③鋼木模板體系剛度大、質(zhì)量輕;④爬模動(dòng)力來源是本身自帶的液壓頂升系統(tǒng)，架體整體提升，施工效率高;⑤爬模架體采用雙埋件，單個(gè)架體的安全儲(chǔ)備為4倍荷載，保證了高空施工的安全性;⑥架體把索塔圍成一圈，形成封閉的六層平臺(tái)，保證高空作業(yè)安全性。

4.3 勁性骨架

勁性骨架安裝在索塔兩層主筋內(nèi)側(cè)，起測(cè)量定位、鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋定位、承受人員及部分施工荷載的作用［6］。塔座澆筑前按照設(shè)計(jì)位置安裝勁性骨架預(yù)埋件，骨架立柱采用∠75×75×8角鋼，斜撐及平聯(lián)均采用∠50×50×6角鋼。勁性骨架在加工棚預(yù)制焊接為6 m標(biāo)準(zhǔn)段，吊裝至作業(yè)平臺(tái)后焊接成整體［7］，便于鋼筋和預(yù)埋件定位。

圖3 液壓爬模構(gòu)造示意

4.4 下橫梁施工

1)下橫梁支架

下橫梁施工采用鋼管支架體系，鋼管立柱型號(hào)為φ530 mm壁厚10 mm，平聯(lián)及斜撐為［20mm，落架砂筒上安裝400 mm×400 mm的HW型鋼分配梁;中間設(shè)置4片加強(qiáng)型貝雷梁，兩端設(shè)置異型桁架連接貝雷梁;其上布設(shè)間距為0.75 m的I12工字鋼和6 mm鋼模板。支架結(jié)構(gòu)形式布置見圖4。

圖4 索塔下橫梁支架布置

2)混凝土施工

下橫梁高6～7.9 m，第6，7節(jié)索塔和下橫梁混凝土共計(jì)962 m3，分兩次澆筑［8］，第一、二次澆筑高度分別為4.2 m和1.8 m。

3)下橫梁施工程序

①支架搭設(shè)、安裝平聯(lián)、砂筒、分配梁、貝雷梁及底模;②安裝橫梁及索塔第6節(jié)勁性骨架，綁扎鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼絞線;③第6節(jié)液壓爬模爬升，橫梁側(cè)模及內(nèi)模安裝，預(yù)埋件定位;④檢查驗(yàn)收后，第一次澆筑混凝土;⑤混凝土養(yǎng)護(hù)、接茬面鑿毛，安裝橫梁與索塔第7節(jié)勁性骨架，綁扎鋼筋;⑥根據(jù)要求對(duì)部分預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行初張拉;⑦索塔第7節(jié)液壓爬模爬升，下橫梁外側(cè)模及埋件安裝;⑧全面檢查驗(yàn)收后第二次澆筑混凝土;⑨混凝土齡期及強(qiáng)度滿足張拉條件后，預(yù)應(yīng)力束張拉至設(shè)計(jì)值，真空輔助壓漿［9］。

4.5 中塔柱“拉桿—撐桿”施工

中塔柱施工期間為保證結(jié)構(gòu)應(yīng)力和線形受控，在施工過程中設(shè)置主動(dòng)拉桿，控制索塔混凝土應(yīng)力不超過0.5 MPa。下塔柱拉桿采用φ32 mm精軋螺紋鋼，5根平行布置;中塔柱撐桿采用 φ530 m×10 mm鋼管，兩根平行對(duì)稱布置，層間距為18 m。

采用穿心式千斤頂對(duì)拉桿精確施加主動(dòng)力。為準(zhǔn)確地掌握索塔應(yīng)力值及變化情況，在索塔下根部、下橫梁中部及拉桿處等位置，安裝應(yīng)力傳感器，對(duì)索塔施工各個(gè)階段應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)結(jié)構(gòu)線形復(fù)測(cè)。實(shí)際監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)表明:施工各階段內(nèi)力變化可控，成塔后線形符合設(shè)計(jì)要求。

4.6 中塔柱合龍段施工

1)中塔柱左右塔肢交叉施工

受中塔柱兩肢間距離和液壓爬模平臺(tái)寬度影響，中塔柱施工至第18節(jié)段時(shí)，兩塔肢將不能同時(shí)平行施工，一側(cè)暫停施工，另一側(cè)繼續(xù)施工兩個(gè)節(jié)段之后拆除內(nèi)側(cè)爬架，暫停該側(cè)施工。另外一側(cè)繼續(xù)施工至同一標(biāo)高，拆除內(nèi)側(cè)爬架，將兩肢模架組拼成整體，然后進(jìn)行合龍段施工。

2)拱形骨架設(shè)計(jì)與施工

拱架單元由半圓拱形構(gòu)件、撐桿和水平橫桿組成，連接處均滿焊。拱架單元順橋向間距為0.6 m，共設(shè)18片拱架單元。單片拱形支架預(yù)先在地面加工場(chǎng)地精確制作，然后單片吊裝至指定位置拼裝。拱形支架結(jié)構(gòu)形式布置見圖5。

4.7 鋼錨箱安裝定位

鋼錨箱主要由側(cè)面拉板、端板、承壓板、橫隔板和加勁肋等組成，構(gòu)造見圖6。錨箱在工廠預(yù)拼裝后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，除C類鋼錨箱分兩塊吊裝外均獨(dú)立吊裝。

1)基座鋼錨箱安裝

C類鋼錨箱為錨固區(qū)第一節(jié)鋼錨箱，又稱基座鋼錨箱，具有體積大、自重大、定位精度要求高等特點(diǎn)，安裝精度直接影響整個(gè)鋼錨箱線形，對(duì)索長確定以及張拉力影響較大。

圖5 拱形支架結(jié)構(gòu)示意

圖6 鋼錨箱構(gòu)造示意

在型鋼基座上設(shè)鋼管支架體系，與型鋼基座焊接，用于支承鋼錨箱中隔板，可滿足鋼錨箱分塊吊裝定位需要。型鋼基座上焊接千斤頂后座板，安裝三向式千斤頂微調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基座鋼錨箱的精調(diào)、定位。

2)鋼錨箱連接板安裝

鋼錨箱吊裝時(shí)將連接板從側(cè)面向鋼錨箱靠攏，在定位螺栓孔內(nèi)插入定位銷釘后解扣。另一側(cè)連接板仍然要從側(cè)面向鋼錨箱靠攏，人工手扶調(diào)整，使先穿入的定位銷釘再穿入該連接板的定位螺栓孔，裝好定位銷釘后拆除吊具，在兩塊連接板之間打入沖釘后，連接板即將兩半幅鋼錨箱連成整體［10］。

3)高強(qiáng)螺栓安裝

連接板安裝完成后，逐個(gè)抽出定位銷釘更換為高強(qiáng)螺栓，經(jīng)過初擰、復(fù)擰、終擰后使其達(dá)到規(guī)范規(guī)定的扭矩值［10］。

4)鋼錨箱測(cè)量技術(shù)

由于日照對(duì)索塔平面位置影響較大［11］，測(cè)量作業(yè)均在夜間進(jìn)行，鋼錨箱平面測(cè)量采用天寶S6全站儀，高程定位采用三角高程測(cè)量。

4.8 預(yù)應(yīng)力施工

索塔鋼筋施工時(shí)安裝預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋，檢查驗(yàn)收后澆筑本節(jié)混凝土。液壓爬模爬升前，檢測(cè)上一節(jié)混凝土強(qiáng)度，合格后按設(shè)計(jì)規(guī)定分批對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉。終張拉結(jié)束后要在24 h以內(nèi)進(jìn)行真空輔助壓漿。

5 結(jié)語

針對(duì)甬江主橋北岸索塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和橋址環(huán)境，從索塔施工機(jī)械設(shè)備選型、液壓爬模施工塔身、支架現(xiàn)澆下橫梁、拱架施工合龍段、吊裝定位鋼錨箱等方面研究索塔施工關(guān)鍵技術(shù)，解決了鐵路斜拉橋鉆石型索塔施工難題，可為類似索塔施工提供參考。

施工區(qū)5至6月為梅雨季節(jié)，高空作業(yè)又濕又滑，施工效率明顯降低。7至9月份為臺(tái)風(fēng)期，臺(tái)風(fēng)來臨前對(duì)液壓爬模進(jìn)行安全評(píng)估，為確保安全多采用停止作業(yè)加固爬模的應(yīng)急措施，對(duì)施工進(jìn)度影響較大。甬江北岸索塔高177.91 m，分33節(jié)澆筑，原計(jì)劃13個(gè)月完成，實(shí)際施工周期為15個(gè)月，類似項(xiàng)目可盡早完成基礎(chǔ)施工，為索塔施工贏得寶貴時(shí)間。

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(責(zé)任審編 趙其文)

U448.27

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．06

2014-11-02;

:2015-05-25

中國鐵路總公司科技研發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目(2013G001-D)

任世朋(1983— )，男，山東菏澤人，工程師。

1003-1995(2015)08-0020-04