跨穗鹽路斜拉橋主塔施工技術(shù)
2017-10-30
1 概述
跨穗鹽路斜拉橋是貴廣南廣鐵路的重點(diǎn)工程，位于穗鹽路地段上跨越城區(qū)道路交叉十字路口及廣州西環(huán)高速公路高架橋，周?chē)ㄖ^為密集，并在越過(guò)高速公路橋后比鄰武廣高鐵高架橋，因此采用大跨輕型鋼結(jié)構(gòu)橋梁，避免或減少鐵路橋梁對(duì)居民、城市地面交通和高速公路高架橋的干擾。本橋按四線軌道布置，孔跨為（32.6+175+175+32.6）m，采用獨(dú)塔雙索面塔梁固結(jié)體系，主跨為175m鋼箱結(jié)構(gòu)，邊輔跨為32.6m為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。
主塔為設(shè)有橫梁的雙柱式鼎形框架結(jié)構(gòu)，橋面以上塔高118.9m，采用C55混凝土，�傷�柱中心間距在塔底為46.3m，塔頂為24.0m。塔柱共設(shè)有三道橫梁，其曲線形的造型與曲線主梁結(jié)合，增大了橋塔橫向剛度，以有效抵抗指向曲線內(nèi)側(cè)的徑向索力，減小橋塔橫向變形、改善橫梁與橋塔交點(diǎn)處的受力狀態(tài)。（見(jiàn)圖1）
2 主塔施工
跨穗鹽路斜拉橋結(jié)構(gòu)上分為塔座、下塔柱、塔梁固結(jié)區(qū)、下橫梁、塔身、中塔柱、中橫梁、上塔柱和上橫梁，共分24個(gè)施工節(jié)段。其材料、設(shè)備的水平運(yùn)輸直接用汽車(chē)通過(guò)穗鹽路運(yùn)輸至主塔墩位處，為便于施工材料的空間運(yùn)輸，主塔曲線內(nèi)、外側(cè)共設(shè)置兩臺(tái)型號(hào)分別為T(mén)C7052及D800-42的塔吊，服務(wù)于塔柱施工、防護(hù)棚架搭設(shè)等。混凝土的生產(chǎn)由附近拌和站供應(yīng)，通過(guò)混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸至橋塔處，利用兩臺(tái)天泵進(jìn)行混凝土澆筑。其整體施工流程如下：施工準(zhǔn)備（塔吊安裝）→塔座施工→下塔柱施工→墩旁支架及西環(huán)防護(hù)棚施工→下橫梁區(qū)塔柱施工（含下橫梁）→安裝爬模爬架→塔身施工→中塔柱施工→中橫梁施工→上塔柱及塔冠施工→上橫梁施工。
2.1 塔柱施工
主塔施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)取6m，在下塔柱區(qū)及上、下橫梁處設(shè)置非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為調(diào)整段。單個(gè)塔柱共分為24節(jié)施工，主要采用爬模爬架法進(jìn)行施工。由于施工空間受西環(huán)高速公路橋的限制，下塔柱第一節(jié)施工采取支架法進(jìn)行，第二節(jié)塔柱除了塔身內(nèi)側(cè)面無(wú)法安裝爬架外，其余三面可安裝爬架，利用爬架提供施工平臺(tái)，塔身內(nèi)側(cè)面仍采取鋼管腳手架搭設(shè)施工平臺(tái)。第三節(jié)即可安裝塔身內(nèi)側(cè)面爬架，并采取爬模爬架法完成剩余塔柱的混凝土灌注。由于主塔表面呈流線型變化，若采用鋼模，需要的鋼模規(guī)格太多，不利于模板的調(diào)整組拼，且浪費(fèi)較大，故主塔爬模面板采用組拼式大塊木結(jié)合模（木膠合板用進(jìn)口維薩板），爬模系統(tǒng)主要包括方木條、幾字型鋼、2[14b鋼帶、對(duì)拉拉桿、緊固件及扣件等，主塔內(nèi)模采用木模，采取預(yù)埋角鋼牛腿搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行安裝。
自動(dòng)液壓爬模體系主要由液壓爬架和模板體系組成。爬架主要由懸掛件及預(yù)埋件、爬升導(dǎo)軌、液壓頂升設(shè)備、上部操作平臺(tái)、主工作平臺(tái)、下部作業(yè)平臺(tái)及電梯入口平臺(tái)組成。其組成示意圖如圖2。 2.1.1 爬架體系受力計(jì)算
在Midas中建立圖3所示模型，各受力桿件依次編號(hào)，由于桿件2、4、6相同，1、5相同，11、13、14、15、16相同，因此只需驗(yàn)算1、2、3、7、8、9、10、11、12號(hào)桿件即可，桿件軸向應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為210MPa①。
工況一為工作靜止?fàn)顟B(tài)下，作用形式如圖4；工況二為非工作狀態(tài)下，作用形式如圖5；風(fēng)荷載取值均為Q1=7.625kN；Q2=8.17kN，經(jīng)Midas計(jì)算，取最危險(xiǎn)的一榀桁架，得到各桿件軸力圖，桿件軸力及穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表1。
由表1可以看出，各桿件軸向應(yīng)力均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=210MPa滿(mǎn)足規(guī)范要求。
2.1.2 爬架施工方法
爬架體系進(jìn)場(chǎng)完成拼裝，在下橫梁區(qū)段澆筑時(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋好爬架預(yù)埋件，同時(shí)考慮到控制待澆段與已澆段不出現(xiàn)明顯的錯(cuò)縫及錯(cuò)臺(tái)，在已澆段頂口以下15cm預(yù)埋H型螺栓，拼裝模板時(shí)，利用特制扣件，將模板底口準(zhǔn)確落于扣件上，通過(guò)扣件卡緊模板，使模板與混凝土間沒(méi)有空隙，經(jīng)技術(shù)和安全部門(mén)檢查完畢后，澆筑首節(jié)混凝土。
自爬模的頂升運(yùn)動(dòng)通過(guò)液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升來(lái)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)軌和爬模架二者之間可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在爬架處于工作狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。退模后就可在退模留下的爬錐上安裝受力螺栓、掛座體、及埋件支座，調(diào)整上下軛棘爪方向來(lái)頂升導(dǎo)軌。待導(dǎo)軌頂升到位，就位于該埋件支座上后，施工人員即轉(zhuǎn)到下平臺(tái)去拆除導(dǎo)軌、下部埋件支座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結(jié)之后就可以開(kāi)始頂升爬模架，導(dǎo)軌保持不動(dòng)，調(diào)整上下棘爪方向后啟動(dòng)油缸，爬模架就相對(duì)于導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)。通過(guò)導(dǎo)軌和爬模架這種交替附墻，提升對(duì)方，爬模架沿著墻體上升，直到坐落于預(yù)留爬錐上，實(shí)現(xiàn)逐層提升，達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，做好安全防護(hù)措施，依據(jù)常規(guī)方法綁扎鋼筋，完成模板拼裝及勁性骨架安裝，檢查確認(rèn)后澆筑塔身混凝土。
2.2 下橫梁施工
下橫梁的施工采用落地式支架進(jìn)行，主要由鋼管立柱+縱向分配梁+橫向桁架式主梁組成。鋼管立柱由三排組成，在曲線內(nèi)、外側(cè)承臺(tái)上通過(guò)預(yù)埋件各架立一排鋼管立柱，在西環(huán)高速中央分隔帶處架立一排鋼管立柱，立柱基礎(chǔ)采用鉆孔樁+承臺(tái)方式，布置形式見(jiàn)圖6。主塔下橫梁寬8m，中間截面高5m，兩端截面高7.4m，橫跨西環(huán)高速公路，其底面與西環(huán)高速公路橋面凈空為7.73m，自重約3068t，分兩次澆筑，第一次澆筑3m，第二次澆筑2m。由于下橫梁底平面為拱形曲面，故需加工特制的拱形桁架做為橫梁。
其施工主要步驟：測(cè)量定位→橫梁支架安裝→預(yù)壓→安裝橫梁底模→綁扎底板、腹板鋼筋、穿波紋管及穿束→安裝內(nèi)、外側(cè)模板→檢查、鑒證→布置灌注平臺(tái)、澆注混凝土→安裝頂板底模板→綁扎頂板鋼筋→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)、拆頂板底模板→張拉→壓漿→封端→拆除橫梁底模及支架。
2.3 中橫梁、上橫梁施工
中橫梁及上橫梁的施工均采用支架牛腿法進(jìn)行，支架主梁根據(jù)結(jié)構(gòu)底面線型而采用拱形桁架式結(jié)構(gòu)，布置形式見(jiàn)圖7。支架牛腿預(yù)埋在塔柱側(cè)壁，并通過(guò)精軋螺紋桿拉緊傳力至已澆筑塔柱實(shí)體上。
由于中橫梁及上橫梁頂、底輪廓線型呈小曲率橢圓形，施工結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，為了減少支架受力以及便于混凝土的澆筑振搗，中橫梁及上橫梁混凝土的灌注均分三次進(jìn)行（括號(hào)中為上�M梁澆筑分層高度），第一次澆筑8.5m（9.0m），主要澆筑橢圓弧底板、部分腹板混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，澆筑第二次混凝土，澆筑高度為4.5m（4.0m），主要完成隔板、部分腹板及兩橫隔板之間的頂板混凝土。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，澆筑第三次混凝土，完成剩余頂板及腹板混凝土的澆筑。上橫梁混凝土施工前，因上橫梁澆筑承重荷載支撐于中橫梁上，為了增強(qiáng)中橫梁剛度，將中橫梁預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉完畢后方可繼續(xù)上橫梁施工。
其施工步驟為：測(cè)量放樣→塔柱施工至中、上橫梁區(qū)→預(yù)埋中、上橫梁伸入塔柱內(nèi)鋼筋→預(yù)埋牛腿→中、上橫梁區(qū)塔柱側(cè)面鑿毛→中、上橫梁支架安裝（防護(hù)平臺(tái)安裝）→底模鋪設(shè)→腳手架平臺(tái)搭設(shè)→底板鋼筋、腹板鋼筋安裝（預(yù)應(yīng)力波紋管埋設(shè)）→安裝內(nèi)模→安裝隔板鋼筋→安裝側(cè)模→調(diào)整模板→第一次混凝土澆筑→混凝土的養(yǎng)護(hù)、鑿毛→初凝后，開(kāi)始第二次綁扎鋼筋及安裝模板→混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，開(kāi)始澆筑第二次混凝土→重復(fù)上述步驟，完成第三次混凝土的澆筑→混凝土的養(yǎng)護(hù)、修補(bǔ)→模板的拆除。
3 主塔線形監(jiān)控監(jiān)測(cè)
橋塔的線形控制是施工監(jiān)控的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其線形的好壞直接關(guān)系到橋塔質(zhì)量、斜拉索掛設(shè)精度及鋼箱梁安裝精度等。因此，必須在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立實(shí)時(shí)測(cè)量體系，對(duì)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的位移、線形、溫度及沉降等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，為施工監(jiān)控工作提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即借助施工建立的平面及高程控制網(wǎng)，應(yīng)用三角及精密水準(zhǔn)法對(duì)橋塔進(jìn)行線形監(jiān)測(cè)。
主塔偏位測(cè)點(diǎn)分別在塔柱內(nèi)外側(cè)頂面選擇一合適點(diǎn)位布置棱鏡，利用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，其它幾何位置測(cè)量主要利用全站儀進(jìn)行。標(biāo)高測(cè)量?jī)x器為萊卡NA2級(jí)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，測(cè)距精度每公里往返測(cè)誤差為±0.7mm；軸線偏位測(cè)量及塔偏位測(cè)量采用TOPCONGTS-601A型全站儀，測(cè)角精度為±1"，測(cè)距精度為±2mm+2ppm?？刂剖┕るA段的線形測(cè)量安排在每節(jié)塔柱施工階段結(jié)束且在日落后3～4小時(shí)（夏季、秋季為日落后4～5小時(shí)）以后至次日清晨日出前進(jìn)行。
4 結(jié)語(yǔ)
跨穗鹽路斜拉橋主塔施工受城市交通環(huán)境、施工空間、季節(jié)性臺(tái)風(fēng)等因素的影響，施工難度較大，經(jīng)過(guò)前期詳細(xì)的方案比選及計(jì)算研究，塔柱施工采用了科學(xué)先進(jìn)的爬模爬架法，橫梁采用了不同型式的支架施工，各步驟均結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，嚴(yán)格按照不同階段不同措施的方案嚴(yán)格執(zhí)行，順利完成施工。目前，該斜拉橋已投入使用并已正常運(yùn)營(yíng)4年未出現(xiàn)任何后期問(wèn)題，對(duì)今后同類(lèi)橋梁的施工具有重要的借鑒意義。
注釋?zhuān)?
?、俑鶕?jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》（人民交通出版設(shè)）（周水興等著）附表3-20，45號(hào)鋼材軸向應(yīng)力[σ]取值為210MPa。
參考文獻(xiàn)：
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