東津黃河大橋大傾斜無下橫梁橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)

【摘要】東津黃河大橋主跨采用420 m的雙塔鋼-混組合梁斜拉橋，橋塔采用無下橫梁的“A”形結(jié)構(gòu)。橋塔采用全自動(dòng)液壓爬模施工，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度6 m，共計(jì)24節(jié)。為了減少傾斜帶來的水平力影響，施工一定高度后設(shè)置橫向支撐施加預(yù)應(yīng)力，共計(jì)設(shè)置5道橫撐。鋼錨梁工廠制作預(yù)拼裝，現(xiàn)場采用塔吊整體吊裝，采用三維調(diào)整裝置提高了安裝精度和效率。上橫梁采用牛腿支架法進(jìn)行施工。塔柱預(yù)應(yīng)力采用深埋錨工藝減少對塔柱外觀的影響，提高了塔柱的抗裂性能。對塔柱采用的塔吊和電梯型號(hào)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要進(jìn)行了選型。

【關(guān)鍵詞】橋塔； 大傾斜； 橫梁； 鋼錨梁； 主動(dòng)支撐

【中圖分類號(hào)】U445.39B

0 引言

隨著我國橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，考慮城市美觀、跨越大江大河的需要，斜拉橋采用越來越多。斜拉橋這一橋型因其適用跨徑大、結(jié)構(gòu)效率高，結(jié)構(gòu)形式美觀等優(yōu)勢，目前在我國橋梁建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛。橋塔作為斜拉橋的主要受力桿件，索塔線形和受力情況將直接影響到全橋結(jié)構(gòu)受力和線形。受縱斷面及防洪通航的凈空限制，橋面以下橋塔高度較小，為使橋塔結(jié)構(gòu)有較好的通透性和景觀效果，東津黃河大橋采用無下橫梁的 “A”字形塔，塔柱水平傾角約80°。索塔斜度大，無下橫梁，采用爬模分段施工，變形和糾偏值施工中不斷變化。為有效避免索塔根部不產(chǎn)生拉應(yīng)力，必須在施工過程中嚴(yán)格把控索塔應(yīng)力和線形在合理范圍內(nèi)。本文依據(jù)該塔為背景，對橋塔施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 工程概況

東津黃河大橋位于山東東營市，主橋?yàn)殡p塔鋼-混組合梁斜拉橋，跨徑布置為（50＋180＋420＋180＋50） m，采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系。東津黃河大橋19#主墩橋塔采用采用無下橫梁的“A”形結(jié)構(gòu)，塔柱間設(shè)置地系梁與上橫梁形成封閉框架，橋塔總高134.6 m。

索塔包括上塔柱及上橫梁、中塔柱、下塔柱、牛腿及其加勁肋，C55高強(qiáng)混凝土單箱單室六面變截面。橫橋向塔柱外側(cè)斜率為1/6.118，縱橋向傾斜率1/107.1，施工最大懸臂107 m，中塔柱塔端錨固體系為混凝土齒塊，上塔柱為鋼錨梁。橋塔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

橋位所處河段位于黃河下游，靠近入?？?，常年風(fēng)力較大，最大風(fēng)速：24.5 m/s，對塔柱施工影響較大。

2 橋塔結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

橋塔下塔柱由于加勁肋、牛腿及破冰體等特殊結(jié)構(gòu)，采用翻模施工。牛腿加勁肋利用定型大尺寸鋼模板施工，其余模板利用爬模面板作為模板。塔柱采用液壓爬模分段施工，上橫梁與對應(yīng)的橋塔一體施工。爬模標(biāo)準(zhǔn)分段6 m，全橋共分24個(gè)節(jié)段施工。

2.1 液壓爬模系統(tǒng)

液壓爬模板采用分離式液壓爬模，模板與架體相互獨(dú)立，模板的爬升、支立、脫模等工作期間施工防護(hù)平臺(tái)不發(fā)生移動(dòng)。分離式液壓爬模體系主要由模板系統(tǒng)、后移支架、平臺(tái)支架、埋件系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和導(dǎo)軌等部分組成。爬模系統(tǒng)見圖2。

爬模架體設(shè)置五層平臺(tái)，各平臺(tái)自下而上如下：

第一層平臺(tái)（吊平臺(tái)），用于便捷拆卸周轉(zhuǎn)用的掛座、爬錐及受力螺栓；

第二層平臺(tái)（液壓操作平臺(tái)），用于在模板系統(tǒng)爬升過程中對液壓系統(tǒng)進(jìn)行操作；

第三層主平臺(tái)（模板操作平臺(tái)），用于施工中供模板后移使用，同時(shí)也用作人員通道；

第四層平臺(tái)（模板操作平臺(tái)），用于施工中模板施工操作的平臺(tái)；

第五層上平臺(tái)（鋼筋綁扎平臺(tái)），用于施工過程中綁扎鋼筋作業(yè)的平臺(tái)。

2.2 勁性骨架設(shè)置

橋塔傾角大，為防止施工過程中出現(xiàn)裂縫，鋼筋布置密集，鋼筋設(shè)計(jì)間距較小。利用在橋塔內(nèi)部設(shè)置的勁性骨架，以保證斜拉索索導(dǎo)管、塔內(nèi)鋼筋的安裝精度。采用型鋼焊接結(jié)構(gòu)形成勁性骨架，由小桁架及桁架間連接系構(gòu)成，小桁架采用∠1000×10 mm角鋼作為立桿，∠75×8 mm角鋼作為桁架內(nèi)水平桿及上下層斜撐，形成外輪廓為長方體的框架體系。勁性骨架標(biāo)準(zhǔn)分節(jié)長度為6 m，根據(jù)橋塔結(jié)構(gòu)分為4個(gè)骨架片，現(xiàn)場加工制作。施工現(xiàn)場安裝時(shí)采用塔吊對勁性骨架進(jìn)行整體安裝。其中第一節(jié)勁性骨架預(yù)埋進(jìn)承臺(tái)內(nèi)4 m，其他節(jié)段的安裝依據(jù)施工段的長度采用焊接連接進(jìn)行接長。

2.3 主動(dòng)橫撐施工

上中下塔柱外壁順直傾斜到底，施工過程中處于單懸臂狀態(tài)。受外側(cè)傾斜度影響，索塔截面重心不斷向內(nèi)側(cè)偏移，自重及爬模荷載會(huì)在下塔柱根部產(chǎn)生附加彎矩，同時(shí)影響索塔整體線形。為消除自重及施工荷載所產(chǎn)生的附加彎矩，確保塔肢不產(chǎn)生裂縫（還應(yīng)留有足夠的安全儲(chǔ)備），每隔一定高度在兩個(gè)塔肢間增設(shè)一道橫向支撐，并施加頂推力，共設(shè)置5道水平橫撐，層間距18 m，具體設(shè)置見表1和圖3。

在水平橫撐安裝位置設(shè)置施工平臺(tái)，作為橫撐鋼管安裝施工平臺(tái)。水平橫撐最長31.7 m，單根支撐管在橋下焊接成型，在施工平臺(tái)位置預(yù)留頂升焊接長度，利用塔吊進(jìn)行安裝并臨時(shí)固定。利用2臺(tái)200 t液壓千斤頂在水平橫撐一端同步分級(jí)施加預(yù)壓推力。鋼管在橫撐起頂過程中，初始起頂力逐步分級(jí)40%、70%、100%施加，同時(shí)對塔柱支撐點(diǎn)位移及塔底截面應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。初始頂推力施加完成后對支撐鋼管進(jìn)行焊接固定并進(jìn)行鋼管的橫向連接系施工。

2.4 上橫梁施工

上橫梁為單箱式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與塔柱同步施工，采用分層澆筑法，第一層澆筑底板及倒角1.5 m，第二次澆筑腹板及頂板3.85 m。

上橫梁施工采用三角托架+支架方式現(xiàn)澆施工。支架體系由預(yù)埋件、牛腿型鋼托架、承重梁、方木及底模等組成。預(yù)埋件將鋼板通過螺栓連接在塔壁上，牛腿型鋼與預(yù)埋鋼板焊接，共設(shè)置4組牛腿型鋼托架?？v橋向布置700×300H型鋼，之上安裝I32a工字鋼縱向分配梁，間距100 cm。分配梁上設(shè)橫向分配梁，間距60 cm；分配梁上設(shè)10×15@25 cm方木。三角托架抗拉預(yù)埋件選擇M42/D25型爬錐埋件，螺母為M42×100、10.9級(jí)；高強(qiáng)螺桿為25 mm的PSB830級(jí)精軋螺紋鋼、L=450 mm。三角托架上部埋設(shè)5個(gè)預(yù)埋件，下部埋設(shè)4個(gè)預(yù)埋件及1個(gè)抗剪預(yù)埋件，抗剪預(yù)埋件為45#鋼棒或鋼銷，100 mm，長度450 mm。利用受力螺栓及預(yù)埋件固定連接鋼板，通過連接鋼板與托架斜腿及橫桿焊接連接，將托架固定在塔壁上。托架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.5 鋼錨梁吊裝

鋼錨梁長度4.5 m，底板寬1.35 m（中部寬0.95 m），高度約1.4 m。單個(gè)鋼錨梁及其牛腿總重約15 t。鋼錨梁結(jié)構(gòu)見圖5。

由于鋼錨梁重量較大，橫橋向處于傾斜狀態(tài)，其傾角約為6°。為提高鋼錨梁定位支架的穩(wěn)定性和剛度，支架基礎(chǔ)采用預(yù)埋的方式。立桿采用4根HN350型鋼，支架立柱與連接板間采用焊接連接，立柱間加焊剪刀撐使其成為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。最后焊接2［20型鋼水平承重梁。

利用現(xiàn)場配備的塔吊將鋼錨梁緩慢起吊至上塔柱預(yù)定安裝位置，當(dāng)鋼錨梁的梁體底部稍高于三維調(diào)整裝置時(shí)，對鋼錨梁平面位置進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)鋼錨梁底部受力支承位置與三維調(diào)整裝置相對應(yīng)時(shí)，緩慢將鋼錨梁落放在定位支撐架頂端的精調(diào)裝置上，完成鋼錨梁初步定位。

鋼錨梁初步定位完成后安裝定位螺栓，然后采用三維精調(diào)裝置進(jìn)行微調(diào)，使鋼錨梁中心線和塔柱截面中心線重合，最后檢測鋼錨梁平面位置、平整度、傾斜度及高程。復(fù)測合格后進(jìn)行高強(qiáng)度螺栓的安裝和施擰，完成鋼錨梁的精確定位。后續(xù)的鋼錨梁通過鋼錨梁間的工地連接件進(jìn)行初步定位后利用千斤頂進(jìn)行精調(diào)就位。

2.6 塔柱預(yù)應(yīng)力施工

2.6.1 錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力施工

為平衡鋼錨梁使用過程中出現(xiàn)的不平衡力，并考慮斷索、換索等工況，減少塔柱的開裂風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)耐久性，塔柱錨固區(qū)設(shè)置了環(huán)形預(yù)應(yīng)力鋼束。環(huán)向預(yù)應(yīng)力由H1、H2兩型17-s15.2的抗拉強(qiáng)度fpk=1860 MPa彈性模量Ep=195 GPa的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。預(yù)應(yīng)力管道采用90 mm的塑料波紋管。

塔內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置分為水平環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線H2及橋塔內(nèi)側(cè)拉索方向H1鋼絞線，如上圖6所示。其中錨固區(qū)順橋向H1鋼絞線采用單端張拉，H2預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用兩端張拉，同一拉索區(qū)內(nèi)，分批張拉，第一批張拉H2預(yù)應(yīng)力鋼絞線，第二批張拉H1預(yù)應(yīng)力鋼絞線，兩種預(yù)應(yīng)力束張拉交替進(jìn)行。每束鋼絞線的設(shè)計(jì)錨下張拉控制應(yīng)力為1395 MPa，張拉時(shí)對控制張拉力和引伸量采用雙控。為減少預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用二次張拉工藝，即第一次張拉控制應(yīng)力為0.1倍σcon，第二次張拉控制應(yīng)力為σcon。

為了避免預(yù)應(yīng)力張拉端槽口開得過大而截?cái)嗨匿摻?，采用深埋錨工藝。利用泡沫塑料封堵套筒，注意嚴(yán)禁在澆筑過程中混凝土堵塞套筒，造成質(zhì)量問題。在施加錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力時(shí)，利用根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況加工的臨時(shí)過渡板在塔柱外壁進(jìn)行張拉作業(yè)。張拉后24 h內(nèi)進(jìn)行管道壓漿，壓漿采用真空吸壓漿工藝。

2.6.2 上橫梁預(yù)應(yīng)力施工

上橫梁設(shè)置H3～H8型共計(jì)14束17-s15.2的橫橋向預(yù)應(yīng)力鋼束。鋼束均采用雙端張拉，每束張拉控制力為3710.7 kN；張拉時(shí)，對千斤頂張拉力和鋼絞線伸長量進(jìn)行雙控，其中主要控制指標(biāo)為千斤頂張拉力。預(yù)應(yīng)力束張拉順序：先從腹板中部向上下緣依次進(jìn)行，腹板兩側(cè)同一高度的預(yù)應(yīng)力鋼束對稱張拉，再從頂?shù)装逯胁肯蜃笥覍ΨQ張拉。

為較少切斷豎向主筋及防止銹蝕影響索塔外觀，采用深埋錨工藝，需在錨具外設(shè)置預(yù)埋套筒，預(yù)埋套筒外端與索塔外壁應(yīng)有5 cm間隔，多余部分予以切割?；炷翝仓r(shí)應(yīng)嚴(yán)格封堵套筒，防止混凝土進(jìn)入套筒。預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢后需及時(shí)進(jìn)行管道真空壓漿及澆筑封錨混凝土，管道壓漿采用補(bǔ)償收縮水泥漿，封錨混凝土采用同等級(jí)補(bǔ)償收縮混凝土。

2.7 大型機(jī)械布置

2.7.1 塔吊

2.7.1.1 塔吊選型

為滿足主塔施工的吊重需要，由表2可知索塔施工期間主要吊裝控制荷載為鋼錨梁及其牛腿，需滿足在 21 m旋轉(zhuǎn)半徑能起重 15 t 的要求。

根據(jù)以上分析，結(jié)合索塔施工工藝需要，擬配置2臺(tái)塔吊，每個(gè)塔柱側(cè)各布置一臺(tái)，在塔柱施工期間兩臺(tái)塔吊配合作業(yè)，塔吊型號(hào)為R335-20RB型塔機(jī)，臂長選用55 m、45 m，最大起重荷載為20 t。

2.7.1.2 塔吊位置確定原則

（1）塔柱施工時(shí)，兩臺(tái)塔吊分別協(xié)助該側(cè)塔柱施工；

（2）在平面位置上，兩臺(tái)塔吊應(yīng)避免在同一軸線上；

（3）塔吊應(yīng)盡量與塔柱在正立面重疊，以便安裝附墻；

（4）應(yīng)考慮塔吊的安裝、拆除作業(yè)方便；

（5）塔吊電梯不應(yīng)存在交叉現(xiàn)象，妨礙施工。

考慮到塔吊的使用安全距離及相互之間的施工干擾問題布置塔吊位置，1#塔吊臂長55 m，位于右幅塔柱大里程側(cè)，2#塔吊位于左幅塔柱小里程側(cè)，兩臺(tái)塔吊呈斜對稱布置，距離50.74 m，安全距離5.74 m。1#塔吊為高塔吊154 m，2#塔吊為矮塔吊142 m，高度差12 m。具體見圖7。

兩臺(tái)塔吊采用同高度附墻設(shè)計(jì)，均設(shè)置4層附墻，附墻的具體標(biāo)高如表3所示。

2.7.2 電梯

為保證兩塔柱獨(dú)立形成工作面，擬在塔身兩側(cè)各布置一臺(tái)SCQ200型電梯。

（1）施工電梯布置方案。索塔采用A型結(jié)構(gòu)，電梯布置在索塔的上下游側(cè)，從塔座開始一直到塔頂，電梯傾斜角度與塔柱平行。附著臂根據(jù)索塔施工分節(jié)和安全性、穩(wěn)定性計(jì)算按6 m設(shè)置一層，局部進(jìn)行加密，以避開分節(jié)縫。

（2）電梯安裝。從塔座開始一直到塔頂，電梯傾斜角度與塔柱平行。附著臂根據(jù)索塔施工分節(jié)和安全性、穩(wěn)定性計(jì)算按6 m設(shè)置一層，附墻架與預(yù)埋在塔柱上專用預(yù)埋件銷接，單個(gè)電梯共計(jì)23道附著。具體如圖7。

3 結(jié)束語

東津黃河大橋橋塔結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，預(yù)埋件多，施工難度大。通過綜合采用斜拉索鋼錨梁高精度安裝技術(shù)、液壓爬模技術(shù)、橫梁三角托架施工技術(shù)、主動(dòng)支撐技術(shù)等，克服了一系列工程問題，實(shí)現(xiàn)了大噸位鋼錨梁的高精度安裝、高空托架施工橋塔橫梁、塔身線形的準(zhǔn)確控制等，不僅圓滿完成了整個(gè)橋塔的施工過程，而且橋塔施工質(zhì)量及精度也滿足相應(yīng)的施工規(guī)范與設(shè)計(jì)要求，對類似工程具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

［1］ 羅長維，翁方文.泉州灣跨海大橋主橋橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.世界橋梁，2022，50（5）：40-47.

［2］ 劉康，邢惟東，淳長奎，等.重慶紅巖村嘉陵江大橋橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.世界橋梁，2022，50（3）：20-24.

［3］ 鄒威，宋神友，陳煥勇.深中通道伶仃洋大橋超高混凝土橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2020，50（6）：97-103.

［4］ 王令俠，劉愛林.商合杭鐵路蕪湖長江公鐵大橋橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.橋梁建設(shè) ，2019 ，49（4）：1-6.

［5］ 劉愛林，王劍峰.安慶長江鐵路大橋主橋橋塔施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2013，43（3）：31-36.

［6］ 寧朝新.滬通長江大橋主航道橋鋼錨梁施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵道建筑，2019 ，59（11 ） ：27-30

［7］ 徐青.曲面異形橋塔主動(dòng)橫撐布設(shè)與計(jì)算［J］.鐵道建筑，2023 （3）： 77-79，113.

［8］ 周科成，杜先順，丁文松等.獨(dú)塔單索面鋼-混組合斜拉橋施工監(jiān)控方法［J］.云南水力發(fā)電，2022，38（9），230-232.

［9］ 吳德強(qiáng)，湯懷宇.樟樹贛江二橋鋼混疊合梁斜拉橋橋塔施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2017 （6） ：52-55.

［10］ 張海燕.大型斜拉橋的索塔施工測控技術(shù)探討 ［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（26），42.

［11］ 王政松，蘇駿，陳龍.大型斜拉橋索塔鋼錨梁施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用［J］.城市住宅，2017（9），104-107.