洞庭湖特大橋斜拉橋主塔施工關鍵技術
2017-02-27
1 工程簡介
蒙西華中鐵路洞庭湖特大橋主橋為（98+140+406+406+140+98）m 三塔雙索面鋼箱鋼桁結合梁斜拉橋，全長1290.24m。3、4、5號墩為洞庭湖特大橋主橋主墩，位于洞庭湖主航道中，文章的主塔施工技術主要闡述以3號墩為例，3號墩主塔采用鋼筋混凝土結構，橋面以上為倒Y形，橋面以下塔柱內(nèi)收為鉆石形。塔根（承臺頂）高程+13.5m，塔頂高程+170.0m，整個塔高156.5m，分為下塔柱、下橫梁、中塔柱、上塔柱4部分，主塔分節(jié)施工具體見圖1。
主塔下塔柱高35.5m，采用單箱雙室空心矩形截面。底部設基座，下塔柱與中塔柱交界處設橫梁；下橫梁為預應力混凝土結構，采用單箱三室空心矩形結構，高6.0m，寬7.8m，支座處設有橫隔板。每塔布置60束17ΦS15.2預應力鋼絞線。橫梁以上至塔柱合并段為中塔柱，高71m，采用空心矩形截面；上塔柱高50m，塔柱內(nèi)壁設外凸的鋸齒塊作為斜拉索的錨點。上塔柱斜拉索錨固區(qū)設計為預應力混凝土構件，錨固塔壁內(nèi)采用井字型布置Φ32預應力粗鋼筋。
2 總體施工方案
2.1 總體施工方案
塔座與主塔第1節(jié)（起步段）一次性澆筑，以有效防止塔柱底部產(chǎn)生裂紋。塔柱采用標準節(jié)段6m液壓爬模施工，橫梁與兩側塔柱采用同步施工，支架為鋼管立柱支架，分兩次澆筑。3號墩主塔分29個節(jié)段，其下塔柱為1-8號節(jié)段，7號和8號節(jié)段與橫梁同步澆筑，中塔柱為9～19號節(jié)段，上塔柱為20～29號節(jié)段。主塔分節(jié)詳見圖1。
2.2 施工設備的布置
2.2.1 塔吊的布置
材料、設備的垂直運輸由墩旁固定式塔吊完成。
3號墩兩臺塔吊分別為TC7052和TC6015，塔吊平面布置見圖2。
3號墩TC7052安裝臂長55m（吊重6.59t），能滿足3號墩棧橋上直接吊裝倒運物資的需求。最大吊重25t（四倍率，臂長18.85m），工作幅度40m范圍內(nèi)即可覆蓋整個塔柱，吊重10.08t（四倍率）。塔柱最大起吊物為塔頂15t卷揚機（含鋼絲繩重量約12t），可滿足施工現(xiàn)場需要。兩臺塔吊優(yōu)化調(diào)整為同步提升到頂，確保上塔柱的施工安全和質(zhì)量。
2.2.2 施工電梯的布置
3號墩人員的垂直運輸由墩旁上下游兩臺電梯調(diào)整為下游側1臺斜電梯完成。電梯設置在主塔下游側，上游側在兩套爬模間設置通道。保證電梯的傾斜角度和最大附臂長度不大于6m，特優(yōu)化電梯的位置，讓其坐落在承臺上的一個平臺上。
2.2.3 混凝土輸送設備的設置
3號墩混凝土輸送采用泵送。每個墩配備3臺HBT-90高壓混凝土輸送泵（1臺備用），其垂直輸送能力350m，滿足主塔施工需要。下塔柱利用布料機施工，中塔柱每個塔肢分別布置一套輸送泵管，上塔柱在下游側設置1套共用。每套混凝土輸送泵的輸送量不小于20m3/h。養(yǎng)護水管與泵管同步推進。
3 主塔施工方法與關鍵技術
3.1 施工主要方法
3.1.1 下塔柱施工
3號墩下塔柱第1～2節(jié)采用翻模模板，第1節(jié)與塔座一起澆筑，從第3節(jié)段開始采用液壓爬模施工。塔柱內(nèi)側面采用掛架系統(tǒng)施工，與外模通過拉桿固定牢靠?；炷翝仓捎玫乇眉硬剂蠙C施工。
3.1.2 中塔柱施工
下塔柱施工完成后將下塔柱爬模轉換成中塔柱爬模施工，中塔柱爬模施工方法與下塔柱施工相同。模板除異形段內(nèi)模用普通木模外，其余均使用爬模施工。在中塔柱內(nèi)側設置水平橫撐來抵消塔柱內(nèi)傾產(chǎn)生的水平力，塔柱合攏段施工完成后拆除水平橫撐。
3.1.3 上塔柱施工
中塔柱施工完成后將下塔柱爬模轉換成上塔柱爬模施工，上塔柱爬模施工方法與中塔柱施工方法相同。上塔柱外模采用爬模，內(nèi)模除異形段內(nèi)模用普通木模外，其余均使用爬模施工。上塔柱重點控制內(nèi)容有索導管定位、預應力粗鋼筋施工、合攏段施工等。考慮到混凝土的收縮、徐變和塔柱彈性變形的影響，為確保斜拉索塔柱錨固位置的準確，上塔柱施工設置預抬量，預抬量由監(jiān)控單位提供。
3.1.4 主塔橫梁施工
主塔橫梁在高度方向分二次施工（3+3m），分段高度范圍塔柱同步施工。采用支架法，支架采用Φ1000mm鋼管立柱（壁厚10mm）。橫梁混凝土第一次為3m，與塔柱第7節(jié)段同步澆筑，第一次澆筑完成后，對部分預應力束進行預張拉，以防止混凝土收縮裂紋；第二次為3m，與塔柱第8節(jié)段同步澆筑?；炷吝_到設計要求后，進行預應力張拉、壓漿、封錨。
3.2 施工關鍵技術
測量控制→鋼筋工程→模板體系→混凝土施工及養(yǎng)護→下一節(jié)段施工
3.2.1 測量控制
塔柱施工測量的重點是保證塔柱的傾斜度、垂直度和外形幾何尺寸以及一些內(nèi)部構件的空間位置。
測量的主要內(nèi)容有：塔柱的中心線放樣、各節(jié)段勁性骨架的定位與檢查、模板定位與檢查、預埋件定位、各節(jié)段竣工測量及施工中的各項變形觀測等，如塔柱沉降觀測、塔身擺動觀測。
基本方案：主要采取GPS、全站儀、水準測量三者相互結合的測量實施原則，充分利用三種測量手段優(yōu)勢互補的特點，互相檢驗，形成有機的整體系統(tǒng)，采取嚴密措施，嚴格按照交叉計算復核的原則，保證主塔施工各環(huán)節(jié)萬無一失。塔柱施工定位放樣采用三維坐標法。 主要測量標準如下：
主塔軸線允許偏差10mm，高程允許偏差±20mm；
傾斜度：1/3000H，且不大于30mm；
斷面尺寸允許偏差：+10mm，-5mm；
斜拉索錨固點允許偏差：孔中心各方向偏差<3mm，角度偏差<5″；
斜拉索錨具軸線偏差5mm。
3.2.2 鋼筋工程
3#墩主塔鋼筋為HRB400鋼筋，主要有Φ32mm、Φ20mm、Φ16mm及Φ12mm。Φ16mm和Φ20mm鋼筋均采用單面搭接焊，焊縫長度不小于10d；Φ32mm鋼筋采用滾軋直螺紋接頭。塔柱豎向主筋在塔座施工時已預埋，塔柱施工時進行接長。擬定每節(jié)安裝鋼筋高度6m。
塔柱錨固區(qū)預應力采用直徑32mm預應力高強精軋螺紋粗鋼筋，為保證主筋的間距和施工進度，把錨板，螺旋筋、排氣管等由廠家配套提供。
3.2.3 爬模體系
爬模體系采用ZPM-100架體，共配置26榀爬升架體。由21mm進口板、H20木工字梁、橫向背楞和專用連接件組成；膠合板與豎肋（木工字梁）采用自攻螺絲正面連接，豎肋與橫肋（雙槽鋼背楞）采用連接爪連接，在豎肋上兩側對稱設置兩個吊鉤。兩塊模板之間采用芯帶連接，用芯帶銷固定，從而保證模板的整體性，使模板受力更加合理、可靠。木梁直模板為裝卸式模板，拼裝方便，在一定的范圍和程度上能拼裝成各種大小的模板。
爬模的工作原理是通過液壓油缸對導軌和爬架交替頂升來實現(xiàn)。爬模體系見圖3
爬升流程如下：混凝土澆筑完后→拆模后移→安裝附裝置→提升導軌→爬升架體→綁扎鋼筋→模板清理刷脫模劑→埋件固定模板上→合模→澆筑混凝土
3.2.4 混凝土工程
3號墩利用岸上拌和站拌料，罐車運輸至棧橋頭，下塔柱和橫梁施工利用24m長布料機泵送入模，中、上塔柱施工利用兩臺HBT-90型地泵將混凝土泵送至各個灌注點下料。
為確保洞庭湖特大橋的混凝土外觀質(zhì)量要求，采取以下措施：
?。?）采用色拉油作脫模劑的一面混凝土外觀最好，具體表現(xiàn)在混凝土成色均勻、氣泡少、表面光潔，故在整個塔柱施工中，均選用色拉油作脫模劑。
（2）混凝土性能優(yōu)化：
初凝時間：結合試驗結果，不小于16小時；
坍落度：16～20cm；
具有良好的流動性、和易性及泵送性能。
（3）施工工序優(yōu)化
在混凝土節(jié)段接口處統(tǒng)一下用白色膠帶水平包裹一周，以保證接頭密貼。混凝土振搗棒采用70的高頻振搗棒分區(qū)域振搗，確保振搗密實。拆模選擇在白天溫度較高的時段進行，避免因混凝土表面和環(huán)境溫差過大而出現(xiàn)溫度裂紋?；炷翝仓戤吅?，頂面采用蓄水養(yǎng)護，側模拆除后立即涂刷養(yǎng)護液進行養(yǎng)護。
4 施工質(zhì)量控制要點
?。?）嚴格控制塔柱的傾斜度、塔柱斷面尺寸及軸線偏位等。施工模板應具有足夠的強度和剛度，以確保結構尺寸偏差在設計要求之內(nèi)。嚴格控制斜拉索錨點處墊板及索導管定位精度鋼墊板定位容許誤差：孔中心各方向偏差<3mm，角度偏差<5″，以確保后期斜拉索順利安裝。
?。?）主塔下塔柱施工時須注意及時封堵施工用臨時孔洞，以防止后期水及漂浮物流入塔柱內(nèi)。注意通風孔的設置方向（向外傾斜3°）以防雨水流入塔柱內(nèi)。
（3）塔柱混凝土表面要求平整潔凈、顏色一致，混凝土澆筑過程中注意加強振搗工作，確?；炷撩軐嵍龋沤^蜂窩、麻面現(xiàn)象，在鋼筋密集處應使用小尺寸振搗棒，且水平方向不得留有接口分隔縫，混凝土施工接縫處理應滿足相關施工規(guī)范的要求。
?。?）豎向主筋采用機械接頭，機械連接應滿足《鋼筋混凝土機械連接暫行規(guī)范》（鐵建設[2010]41號）的規(guī)定；所有鋼筋接頭應錯開布置，在同一斷面上接頭率不得大于50%；同時應注意保證各類鋼筋保護層厚度。
?。?）預應力鋼束張拉時采用張拉力與伸長量雙控制，以張拉力控制為主，測量的張拉伸長量與理論計算的誤差應控制在±6%之間。預應力鋼束張拉完畢后應嚴格按照施工規(guī)范的相關要求及時對管道進行壓漿、封錨，以確保結構的耐久性?？椎缐簼{采用真空輔助灌漿法，漿體材料應摻入真空灌漿專用高效減水劑，摻量通過試驗確定。漿體指標應滿足《鐵路后張法預應力混凝土梁管道壓漿劑技術條件》的要求。
（6）施工中注意附屬工程的預埋鋼筋及預埋件的設置，避免遺漏。主塔施工屬于高空作業(yè)，施工時應采取必要的措施，保證施工安全。
5 結束語
洞庭湖大橋3#墩主塔從塔座開始到塔柱封頂共用時360d，采用分節(jié)段同步施工，主塔結構復雜，技術含量大，施工安全和質(zhì)量要求嚴格，尤其是塔柱外觀質(zhì)量控制，蒙西華中鐵路的理念就是質(zhì)量質(zhì)量就是生命線。施工過程中每道工序都有檢查簽證，上道工序不合格嚴禁進入下道工序，在大臨結構、鋼筋工程、模板體系、混凝土工程等獲取了斜拉橋主塔施工過程的相關的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，為我們今后的施工及其他類似主塔施工提供了寶貴經(jīng)驗。
參考文獻
[1]胡漢舟，劉自明，秦順全，等.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋斜拉橋技術總結[M].北京：中國鐵道出版社，2009.
[2]中華人民共和國行業(yè)標準.TB10424-2010.鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準[S].北京：中國鐵道出版社，2010.
[3]胡文軍，王東輝，等.新建荊州至岳陽鐵路洞庭湖特大橋施工圖第二冊（98+140+406+406+140+98）m鋼箱鋼桁結合梁斜拉橋第二分冊主塔及斜拉索[M].武漢：中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，2014.
