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独塔斜拉桥倾斜式索塔施工关键技术的应用

2021-05-04 204 上传者：管理员

摘要：文章以引江济淮工程将军领路斜拉桥为背景，对基于爬模技术的独塔斜拉桥倾斜式索塔关键施工技术进行研究，同时对塔柱爬模施工中的质量控制问题进行相关阐述，为倾斜式索塔施工提供一定的参考和借鉴。

关键词：
倾斜式索塔
施工技术
施工质量
桥梁建设
独塔斜拉桥
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近年来，随着我国桥梁建设的快速发展，相应的桥梁施工技术水平也得到不断提高，施工工艺也日趋先进。独塔式斜拉桥作为一种新型桥梁结构形式，在我国铁路及公路桥梁建设中得到了广泛应用，索塔作为独塔斜拉桥的主要承重构件，它将主梁的自重及桥面荷载通过斜拉索转换为自身的轴向压力。因此，确保索塔的施工质量，对保障该类斜拉桥能够安全运行的重要前提。其中，对于倾斜式索塔，具有整体高度高、施工过程刚度及稳定性差等特点，对比垂直型索塔结构施工，具有较高的施工难度。由于在施工过程中，倾斜式索塔均为悬臂结构，因此，如何在高空对塔柱混凝土进行浇筑是独塔斜拉桥索塔施工的难点之一[1,2]。

目前，对于倾斜式索塔施工的常用施工方法主要包括翻模施工以及液压爬模施工[3,4]。当采用翻模施工时，每肢塔需配备三套模板，从下塔柱一直浇筑至上塔柱。该方法的优势主要体现在模板周转快，便于塔柱混凝土养护等特点，但该方法施工需投入较多钢材，施工成本较高。为了克服这个问题，液压式爬模施工方法被发展应用于混凝土塔柱施工，该方法采用液压爬模施工，其爬升装置由锚锥、锚板、锚靴、爬头、轨道及其下撑脚、步进装置、承重架及下支撑等部件组成。在塔肢节段施工时支撑整个系统,并承受系统自重及待浇节段混凝土的侧压力等施工荷载。在一个节段浇筑完成后自动爬升，带动整个系统爬升至下一个待浇节段位置。如此一个循环到下一个循环，完成塔肢的施工[2]。本文以将军领路独塔斜拉桥为背景，对基于液压爬模技术的倾斜式索塔施工关键技术进行研究，研究结果可为同类型塔柱施工提供重要参考。

1、工程概况

将军岭路桥为引江济淮工程跨越规划将军岭路的特大型桥梁，主桥全长280m，跨径布置为（29+30+36+185)m，主桥结构形式为非对称钢-混梁独塔双索面斜拉桥，桥梁整幅布置，标准横断面：3.0m（人行道）+3.0m（非机动车道）+4.5m（拉索及索塔区）+15.5m（机动车道）+0.5m（分隔带）+15.5m（机动车道）+4.5m（拉索及索塔区）+3.0m（非机动车道）+3.0m（人行道）=52.5m，设计荷载为城-A级。钢箱梁及混凝土箱梁均采用大悬臂展翅箱梁；塔柱采用矩形塔，高116m，主跨及边跨侧均设置14对斜拉索，将军领路斜拉桥主桥总体布置图如图1所示。

塔柱为八字塔造型，采用C50混凝土，按钢筋混凝土结构设计，塔柱从承台顶面算起全高116m，塔柱顺桥向宽度7.0m，桥面以上横桥向宽度3.5m，桥面以下横桥向宽度由3.5m变化至6.0m。塔柱采用矩形空心断面，四周设置倒角，桥面以上设有拉索锚固区，桥面以上顺桥向壁厚0.8m，横桥向壁厚1.2m，桥面以下顺桥向壁厚1.2m，横桥向壁厚1.5m。主塔与混凝土主梁固结部位设置固结横梁，箱型断面，按预应力混凝土结构设计，固结横梁顶缘设置20根15.2-16预应力钢绞线，底缘设置30根15.2-16预应力钢绞线。主塔顶设置整体式上横梁，按预应力混凝土结构设计，上横梁顶、底缘分别设置15根15.2-16预应力钢绞线。主塔及横梁连接部位均设置人孔，塔内设置爬梯供养护期间检修用。塔内斜拉索锚固采用钢锚箱结构形式，斜拉索于塔内张拉。索塔构造图如图2所示。

2、塔柱专项施工工艺流程

将军领路斜拉桥塔柱采用横向倾斜构造，在实际施工过程中，塔柱均为悬臂结构，稳定性及刚度均较差；另外，由于主塔塔身较高，导致施工难度与以往直线型塔柱相比大幅增加[5]。因此，索塔施工成为本桥施工的重点及难点。为了保证索塔的安全施工，同时确保施工质量，本桥将主塔塔柱按照下塔柱、中塔柱和上塔柱分成三个分项工程，并统一采用爬模工艺进行施工，塔柱爬模模板施工示意图如图3所示。

2.1 下塔柱施工

在下塔柱施工过程中，实心段第1节采用爬模模板，从第2节段开始采用液压爬模施工。施工时，首先浇筑下塔柱实心段第1节段，在施工第1节段时预埋爬锥，施工第2节段时安装爬模上架体，完成第2节塔柱施工，第2节段塔柱施工完毕后，爬模爬升，安装吊挂平台，利用爬模进行下塔柱其余节段施工。

主塔液压爬模模板体系采用木工字梁体系大模板，外模面板采用进口21mmWISA面板，周转次数50次以上；内模面板采用国产18mm面板。标准节段垂直浇筑高度6.0m，模板设计高度6.18m，其中模板下包已浇混凝土面100mm，上口挑出80mm。

主塔钢筋在钢筋加工车间加工，按照设计及规范要求预留接头数量及位置，利用平板车转运至现场后，使用塔吊吊至施工区域，进行绑扎安装。塔柱钢筋采用劲性骨架定位，劲性骨架竖向采用规格为75×75×8mm的角钢，平联及竖向斜撑均采用规格为63×63×6mm的角钢，劲性骨架按照图纸分节段加工，分段分片安装。每安装一次劲性骨架，施工一个节段，爬架爬升一次，直至下塔柱施工完成。

2.2 中塔柱施工

下塔柱施工完成后，将下塔柱爬模转换成中塔柱爬模施工。中塔柱爬模施工方法与下塔柱施工类似，但对于异型段塔柱及上横梁部分，需采用木模施工，其余规则节段均使用爬模施工。在中塔柱施工过程中，塔柱内侧设置水平横撑来抵消塔柱内倾产生的水平力，塔柱上横梁施工完成后拆除水平横撑。

2.3 上塔柱施工

中塔柱施工完成后将爬模转换成上塔柱爬模施工，上塔柱爬模施工方法与中塔柱施工方法相同。上塔柱外模采用爬模，内模除异形段内模用普通木模外，其余均使用爬模施工。上塔柱重点控制内容有钢锚箱及索导管定位、环向预应力施工等，钢锚箱由塔吊进行安装到位。考虑到混凝土的收缩、徐变和塔柱弹性变形的影响，为确保斜拉索塔柱锚固位置的准确，上塔柱施工设置预抬量。根据设计要求，在索塔节段混凝土浇筑完毕且达到强度与龄期后，再对索塔锚固区预应力进行张拉。

3、塔柱专项施工关键技术研究

3.1 塔柱爬模施工技术研究

为确保主塔混凝土外立面线形平顺、表面光滑、内部密实，本桥采用爬模技术进行主塔施工[3,4]。爬模设施分模板系统、预埋件系统、支架系统、液压系统。在塔柱爬模施工过程中，无需其他起重设备，操作方便，爬升速度快，安全系数高，是高耸建筑物施工时的首选模板体系[2]。一个完整的爬模系统分别由模板系统、预埋件系统、支架系统和液压系统组成。对于模板系统，考虑到该桥塔柱的构造特点及尺寸，主塔施工大部分属于高空作业，因此要选择轻质高强型的模板体系，本桥塔柱模板由2.1cmWISA板、工字木梁（H20）、木梁连接爪、背楞组成，具有强度高，稳定性好等特点；预埋件系统为爬模的重要连接构件，它主要由埋件板、高强螺杆、受力螺栓、爬锥组成。

在施工过程中，要对预埋件的强度和尺寸依照规范进行测试，保证爬模施工的顺利进行；爬模支架系统主要由承重三角架、后移装置、中平台、吊平台、导轨、附墙装置、主背楞组成，该支架系统具有空间稳定性好，易于拆卸、组装等特点，便于主塔的节段施工；液压系统是爬模设备的动力来源，通过自带的液压顶升系统，将爬模系统一步步提升，直至主塔混凝土浇筑完成。主塔施工爬模基本流程：上阶段混凝土浇筑完成后，拆模后移，安装附着装置，绑扎钢筋，提升轨道，爬升架体，将模板清理并刷脱模剂，然后，将预埋件固定在模板上，合模并浇筑主塔下节段混凝土。

3.2 塔柱爬模施工质量控制

在爬模爬升前，均需对已浇筑完成节段的混凝土强度进行测定，确认浇筑节段实体强度及现场同条件试块强度均不低于10MPa后，方可爬升。由于该桥塔柱整体造型为八字形结构，为确保塔柱截面尺寸定位精确，并在混凝土浇注过程中不变位，在钢筋骨架中设置了劲性角钢骨架，确保施工精度。主塔爬模及所有其他施工用设备在整个施工过程中均不得与塔柱钢筋相连接，避免将其荷载转嫁到钢筋上。

塔柱每节段混凝土浇筑完成后，爬模爬升，对上节段爬模模板标高和断面位置坐标进行绝对放样，不可采用相对位置确定，以避免累积误差。在钢筋及劲性骨架安装过程中，在劲性骨架上测出每节段塔柱的断面位置，既可以保证钢筋安装精度，用时保证钢筋安装成型后不侵占模板位置，满足保护层要求。爬模爬升后，模板安装固定过程中，通过测量放样对模板标高、断面位置由粗调到精调多次测量，直至模板固定牢固后测量放样数据偏差控制在规范允许范围内。塔柱预偏值结合监控单位提供的偏指令及已完工节段线形综合考虑做相应调整。

3.3 塔柱节段混凝土施工质量控制

当模板支护完成后，塔柱采用C50混凝土进行浇筑，混凝土输送采用地泵式，输送管采用壁厚为8mm的特制超高压输送管，泵管沿塔柱外壁进行布置，单独设置预埋件，以便于排除堵管、装拆和清洗管道。泵管每隔6m固定，固定点设置于泵管接头处下方15cm，满足塔柱混凝土浇筑施工需要。每个塔肢分别布置一套输送泵管，共设2套。混凝土浇筑过程中做好现场检查监控，按要求做坍落度试验，测量混凝土入模温度，并观察混凝土的和易性、保水性和均匀性，符合规范要求才能使用；按要求制作足够组数的混凝土试块作为混凝土同条件养护和试验室标准养护试块，以便确定拆模时间、测定混凝土强度和弹性模量。为使混凝土浇筑布料均匀，根据混凝土流动半径均匀布置下料点，布置溜槽、串筒等，混凝土进入模板内时，控制混凝土自由下落高度不超过2m。混凝土浇筑采用分层的方式进行，分层厚度不大于30cm，施工中保证连续施工不中断。混凝土振捣采用ZN50振动棒，每台振动棒必须配备足够长电缆线。

混凝土浇捣后，需要在适当的温度和湿度条件下进行养护，一方面为水泥充分水化创造条件，加速混凝土硬化；另一方面为防止混凝土成型后暴晒、风吹、寒冷等条件而出现的不正常收缩、裂纹等破损现象[6]。因此，在塔柱混凝土浇注后，如果不及时进行养护，混凝土会因水分蒸发过快，形成脱水现象，会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，不能转化为稳定的结晶，缺乏足够的粘结力，从而会在混凝土表面出现片状或粉状脱落。此外，在混凝土尚未具备足够的强度时，水分过早地蒸发还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂纹，影响混凝土的耐久性和整体性。

因此，在混凝土浇筑初期阶段的养护非常重要。本桥现浇塔柱混凝土采用喷淋系统进行养护，喷淋系统由地面总集水箱、高压水泵、供水管路、喷水管路组成，供水管路连接于集水箱和塔壁预埋件上，喷水管路连接于供水管路及爬模模板设置的喷水面上，养护水通过高压水泵将集水箱里的水输送至供水管路，水源通过供水管路送至喷水管路对塔柱混凝土进行养护。混凝土采用淡水养护且养护时间不小于7d（含带模养护时间），喷淋次数根据现场情况，以能保持混凝土处于湿润的状态来决定。当日平均气温低于5℃时，不得浇水，在模板拆除后，立即将预先配制好的养护剂用喷雾器喷洒于混凝土表面上，喷洒均匀、适量，勿漏喷，勿流淌，养护剂喷洒两道，并随配随用。

4、结论

在实际施工中，通过合理的技术管理办法及施工措施，有力地保证了斜拉桥施工质量，进而对我国桥梁事业稳定发展奠定了基础。

参考文献：

[1]李维洲,文兆全.杭州湾跨海大桥南航道桥主塔施工关键技术[J].中国港湾建设,2008(04):50-55.

[2]周前忠,王令侠.商合杭铁路芜湖长江公铁大桥桥塔上横梁施工关键技术[J].桥梁建设,2020,50(03):11-16.

[3]刘源,林吉明,董晓兵.秀山大桥桥塔施工关键技术[J].世界桥梁,2020,48(05):26-31.

[4]胡晓东,陈平.甬江铁路斜拉桥索塔塔梁同异步施工方法对比分析[J].铁道标准设计,2016,(2):89-92.

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朱磊.独塔斜拉桥倾斜式索塔施工关键技术研究[J].安徽建筑,2021,28(04):140-141+143.