蔡家嘉陵江大橋主塔施工關(guān)鍵技術(shù)
2017-03-20
1 工程概況及特點(diǎn)
蔡家嘉陵江大橋主橋?yàn)殡p塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋， 60m+135m+250m+135m+60m 5跨連續(xù)梁，塔梁固結(jié)。索塔為鋼筋砼菱形橋塔，包括墩柱、下塔柱、中塔柱和上塔柱，塔柱采用空心箱形斷面，單肢為單箱單室，墩柱部分為單箱雙室。斜拉索采用混凝土齒板錨固于上塔柱箱室的梗掖處，上塔柱錨固區(qū)段設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力。主塔塔身設(shè)有勁性骨架以滿足施工需要。
2 總體施工方法
2.1 主塔施工節(jié)段劃分
P5塔柱分34個(gè)節(jié)段。其中墩柱4個(gè)節(jié)段，首節(jié)段為1.5m，其余均為6m；下塔柱13個(gè)節(jié)段，第17節(jié)段為2.909m，其余均為6m；中塔柱8個(gè)節(jié)段，第18和25節(jié)段分別為4.591m和3.364m，其余均為6m；上塔柱分9個(gè)節(jié)段，其中第26、27、34節(jié)段分別為5.7m、5.2m、3.836m，其余均為4.4m。P4塔柱分33個(gè)節(jié)段，沒有首節(jié)段的1.5m，其余與P5相同。具體分節(jié)劃分如圖1。
2.2 主塔總體施工步驟及方法
?。?）本工程從墩柱到上塔柱均采用爬模施工，爬模分別配備塔身外模及爬架，外模不包括塔身交匯處及裝飾凹槽處的異形模板。外模采用進(jìn)口維薩板，內(nèi)模采用定型鋼模（倒角模板）和木模結(jié)合的方式。
?。?）鋼筋與勁性骨架。塔柱內(nèi)豎向主筋均采用直螺紋套筒機(jī)械連接，并采用勁性骨架進(jìn)行鋼筋的空間定位，勁性骨架采用型號(hào)不同的角鋼拼成桁架，在地面單片制作、塔上整體拼裝。
?。?）橫隔板。橫隔板與塔柱同步施工，采用牛腿支架作支撐。
?。?）塔梁固結(jié)段。固結(jié)段與塔柱同步澆筑。
3 主塔施工關(guān)鍵工序
3.1 塔柱施工
本橋共有兩座索塔，分別是P4索塔總高178m，P5索塔總高179.5m，P5塔底比P4塔底矮1.5m，采用等截面處理，其它結(jié)構(gòu)與P4完全相同。其中上塔柱高41.136m，中塔柱高43.955m，下塔柱高75.909m，P5墩柱高18.500m， P4高為17.000m。橋面以上78m，單肢橫寬2.8m，縱寬6m；下塔柱單肢橫寬由2.8m變化到4m，縱寬由6m變化到8.896m；塔底橫寬12.26m，橋面處塔柱橫向總寬19.5m。順橋向側(cè)，墩柱及下塔柱斜率為67.333：1，中、上塔柱為豎直段；橫橋向，墩柱及下塔柱外側(cè)斜率為26.934：1，內(nèi)側(cè)為12.192：1，中、上塔柱斜率為11.104：1。
塔柱采用空心箱形斷面，單肢為單箱單室，墩柱部分為單箱雙室，左右走向塔柱壁厚為1m；前后走向墩柱部分外側(cè)壁厚1.5m，中間腹板厚1m，下塔至橫隔板B外側(cè)壁厚1.5m變化到0.8m，內(nèi)側(cè)均為0.8m，橫隔板B到中塔柱頂，內(nèi)、外側(cè)塔柱壁厚均為0.8m。橫隔板A厚度為2.0m，橫隔板B厚度為0.8m。194.78m高程以下箱室采用C20素砼回填。
3.1.1 勁性骨架施工
為了固定塔柱鋼筋以及增強(qiáng)模板的穩(wěn)定，在塔柱內(nèi)設(shè)置了勁性骨架。按設(shè)計(jì)圖紙要求，將各種型號(hào)的角鋼焊接成桁架以承受模板、鋼筋、新澆砼的自重水平分力及風(fēng)力。勁性骨架首節(jié)預(yù)埋于承臺(tái)混凝土中。勁性骨架的加工和安裝精度直接影響塔柱鋼筋、模板、斜拉索預(yù)埋套管的定位，所以確保勁性骨架的加工和安裝精度是控制主塔施工精度的關(guān)鍵。
根據(jù)施工精度及減少高空塔上作業(yè)量的需要，勁性骨架的制作與安裝盡量在地面將一切工作做好。骨架采用地面單塊制作、塔上整體拼裝的方式施工。因混凝土分層高度為6m，考慮骨架整體拼裝的輕便性，單塊骨架的制作安裝高度取為 3m。每節(jié)勁性骨架制作時(shí)，先加工各單塊骨架，再按各側(cè)組合成單側(cè)骨架，最后將四面單側(cè)骨架拼成整體。為了保證勁性骨架的加工精度， 首先對(duì)地表進(jìn)行整平處理，然后澆注混凝土面層，水平高差在±3mm以內(nèi)，以此作為勁性骨架的加工平臺(tái)。勁性骨架在地面上的所有制作工序均在此加工平臺(tái)上完成，采用平臥法加工。為保證單塊骨架加工精度及制作方便，根據(jù)骨架制作的重復(fù)性，在平臺(tái)上實(shí)樣劃出各大小片的尺寸和角鋼布置位置，通過采取設(shè)置焊接胎架及勁性夾具的措施來控制骨架焊接變形，以減小加工誤差。加工完單塊骨架，再將各單塊骨架按每側(cè)組拼成單側(cè)組合骨架。根據(jù)塔柱尺寸和設(shè)計(jì)圖紙要求畫出骨架側(cè)向截面整體尺寸于平臺(tái)上。用垂球和全站儀校核垂直度，然后完成單塊骨架的拼裝。確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全和垂直精度，勁性骨架利用現(xiàn)場(chǎng)施工塔吊起吊安裝。勁性骨架在地面單塊制作安裝好以后，利用塔吊吊裝，在塔柱施工節(jié)段就位。第一節(jié)在承臺(tái)混凝土施工時(shí)預(yù)埋，以上各節(jié)的連接采用搭接，搭接長(zhǎng)度為0.3m，搭接位置設(shè)節(jié)點(diǎn)板焊接連接。各單塊骨架間的水平連接采用焊接。勁性骨架的空間位置采用全站儀通過確定各角點(diǎn)的三維空間位置來調(diào)節(jié)，符合要求后，將骨架互相連接、焊牢。本橋塔柱均有傾斜度，安裝時(shí)勁性骨架需要設(shè)置一定量的預(yù)偏。
3.1.2 鋼筋施工
塔柱主筋為直徑Φ32mm和Φ28mm的螺紋鋼筋， 主筋全部采用CABR鋼筋等強(qiáng)直螺紋接頭連接。在承臺(tái)施工時(shí)預(yù)埋墩柱第一節(jié)段的勁性骨架及豎向鋼筋。墩柱段鋼筋綁扎之前要先用Φ48mm×3・5mm鋼管搭設(shè)腳手架（包括塔柱內(nèi)外腳手架）。鋼筋綁扎應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范進(jìn)行，同時(shí)注意要將所有埋設(shè)的預(yù)埋件按設(shè)計(jì)位置埋設(shè)準(zhǔn)確。索塔在上塔柱有12Φj15・24環(huán)向預(yù)應(yīng)力和斜拉索預(yù)埋索套管，主筋接長(zhǎng)前要先把這些預(yù)埋件的位置在勁性骨架上放出并做標(biāo)記，注意主筋與箍筋綁扎時(shí)把預(yù)埋件的位置避開留出（以免安裝預(yù)埋件時(shí)要切割較多鋼筋）待預(yù)埋件安裝完成后再行安裝綁扎。主筋連接時(shí)將扳手鉗頭咬住連接鋼筋，垂直鋼筋軸線均勻加力，嚴(yán)禁鋼筋絲頭未擰入連接套筒就用扳手連接鋼筋。否則會(huì)損壞接頭絲扣，造成鋼筋連接質(zhì)量事故。主筋的上端用扎絲與勁性骨架綁扎牢固。主筋接好并檢查所有接頭合格后，進(jìn)行箍筋綁扎。每一層箍筋由下而上綁扎，箍筋平直部分與豎向鋼筋交叉點(diǎn)，可每隔一根箍筋相互成梅花式扎牢。綁扎高度按每次砼澆筑高度進(jìn)行。鋼筋綁扎時(shí)應(yīng)將模板對(duì)拉螺桿的位置留出，保證對(duì)拉螺桿能順利對(duì)穿。 3.1.3 拉索導(dǎo)管定位施工
拉索導(dǎo)管是斜拉索的主要預(yù)埋構(gòu)件，其安裝精度在施工中要求很高，必須嚴(yán)格保證其定位的精度。拉索導(dǎo)管安裝采用先粗略定位，再精確定位加固的方法施工。其定位作業(yè)程序與方法如下：（1）安裝勁性骨架并定位。（2）首先用水平尺、鋼尺和垂球等，將導(dǎo)管的概略位置放樣在勁性骨架上。（3）在勁性骨架的導(dǎo)管位置上焊設(shè)定位架。（4）將導(dǎo)管置于固定架上，使之基本就位并初步穩(wěn)定。（5）由控制點(diǎn)上的全站儀直接測(cè)量導(dǎo)管上口的A、B兩點(diǎn)及下口F點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并由實(shí)測(cè)坐標(biāo)計(jì)算O和O′的三維坐標(biāo)及兩中心間距。（6）將導(dǎo)管調(diào)整到設(shè)計(jì)位置并檢測(cè)?？捎檬掷J分別吊住導(dǎo)管的兩端，調(diào)整時(shí)僅可移動(dòng)一端，另一端不動(dòng)。（7）由實(shí)測(cè)坐標(biāo)（調(diào)整到位后）、斜拉索的空間方向余弦（設(shè)計(jì)值）和兩中心間距計(jì)算管口中心的設(shè)計(jì)坐標(biāo)。（8）將管口中心調(diào)整到設(shè)計(jì)位置并檢測(cè)，然后計(jì)算實(shí)測(cè)點(diǎn)位至斜拉索軸線的垂距（偏差值）。（9）復(fù)測(cè)并再次調(diào)整。（10）重復(fù)⑥～⑨，直至滿足定位精度要求。具體情況見圖2所示。
3.1.4 模板施工
塔柱外模板為專門設(shè)計(jì)制作的定型組合模板，主要由豎楞、背楞、面板及對(duì)拉螺桿等組成， 豎楞用工字木梁（或幾型鋼），背楞采用槽鋼，為保證混凝土外觀的平整光潔，模板面板采用進(jìn)口維薩板。塔柱內(nèi)模板采用鋼模和木模組合的形式。倒角處采用定型鋼模，直線段采用竹膠板、方木和槽鋼加工的木模。塔柱內(nèi)腔尺寸隨高度一直在變化中，通過逐層裁剪直線段木模的方式進(jìn)行匹配。模板組合方式見圖3所示。由于塔柱截面一直處于變化中，因此內(nèi)、外模板應(yīng)隨截面尺寸增減做相應(yīng)調(diào)整。調(diào)整方式為在原有模板尺寸的基礎(chǔ)上直接加寬或裁剪。其模板配置如下：塔柱橫橋向：從塔底至分肢處，每節(jié)由三塊模板構(gòu)成（MB1正、MB2和MB1反）；分肢部分，每個(gè)分肢各由1塊模板構(gòu)成，分別為MB1正和MB1反；上塔柱部分，前兩個(gè)施工節(jié)段，每節(jié)由三塊模板構(gòu)成（MB1正、MB4和MB1反），其余節(jié)段均由MB1正和MB1反兩塊模板構(gòu)成。塔柱順橋向：從塔底到頂部外側(cè)均由MB3和MB3反兩塊模板構(gòu)成，其中橫梁預(yù)應(yīng)力處采用竹膠板自制；分肢內(nèi)側(cè)模板采用MB4和MB2改兩塊模板構(gòu)成。模板支好后，用三維坐標(biāo)法進(jìn)行模板驗(yàn)收測(cè)量，復(fù)核模板頂口平面位置及高程，此時(shí)還應(yīng)測(cè)出模板四角點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高，如果實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高差值超出一定范圍，對(duì)塔柱的分段尺寸施工有顯著影響時(shí)，應(yīng)重新放樣，調(diào)整模板高度，待合格后方可澆筑混凝土。
圖3 內(nèi)模組合示意圖
3.1.5 混凝土施工
主塔墩柱和下塔柱砼強(qiáng)度等級(jí)采用C50，中塔柱和上塔柱砼強(qiáng)度等級(jí)采用C55，并能滿足高空泵送要求。塔柱混凝土的垂直輸送，由一臺(tái)HBC80E型拖泵來完成，一次泵送至塔柱模板內(nèi)。混凝土垂直輸送管沿順橋向河跨側(cè)的塔柱上鋪設(shè)，用“Ω”型卡固定在專用架上，并間隔一定距離用鋼絲繩吊掛于塔柱的原模板對(duì)拉螺栓上。輸送管的直徑為125mm，隨塔身上升而上升，工作面上采用水平管或三通截止閥外接軟管布料?；炷翐接幸欢ū壤耐鈸絼?，以改善混凝土的性能，提高混凝土高距離的可泵性。同時(shí)減少水泥用量，推遲水化熱的峰值。控制塌落度為14-16cm；初凝時(shí)間8-10h。每段混凝土分層澆筑分層厚度30cm。混凝土施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1） 因主塔砼均采用商品砼，應(yīng)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。塔身砼配合比進(jìn)行優(yōu)化選擇，材料采用同一廠家、同一品牌的水泥，砂石料和外摻劑等亦采用相同的產(chǎn)品，不得變更。砼攪拌均勻，保證其工作性能，確保塔身砼整體上色澤一致。（2）因主塔存在內(nèi)傾角和內(nèi)倒角，混凝土振搗過程中特別注意這些部位混凝土的分層，并保證振搗不出現(xiàn)漏振和過振現(xiàn)象。（3）上塔柱有預(yù)應(yīng)力束及齒塊，所以在混凝土下料及振搗過程中都應(yīng)避免直接沖擊預(yù)應(yīng)力管道，以防止損傷波紋管。振搗要密實(shí)，個(gè)別部位必要時(shí)要在模板上開洞振搗。（4）做好混凝土的終凝后的灑水養(yǎng)護(hù)工作。混凝土養(yǎng)護(hù)采用在爬架平臺(tái)上沿塔身結(jié)構(gòu)界面布設(shè)一圈不銹鋼管，鋼管下口每隔10cm設(shè)置一直徑約8mm下水眼，利用此下水眼出水對(duì)塔身進(jìn)行養(yǎng)生。養(yǎng)護(hù)時(shí)采用嘉陵江水，利用高壓水泵往塔身輸送，泵管采用高強(qiáng)鋼帶管，管線沿塔吊塔身布設(shè)。到中上塔后，在橋面上安置水箱，設(shè)置二級(jí)泵。
3.1.6 預(yù)應(yīng)力施工
主塔的上塔柱布置為12Φj15・24環(huán)向預(yù)應(yīng)力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程采用塑料波紋管，安裝時(shí)應(yīng)每隔1m左右用定位筋固定好，起彎處應(yīng)加密，并做好波紋管的保護(hù)，特別是接頭位置及鋼筋電焊區(qū)域應(yīng)防止波紋管破壞。波紋管預(yù)埋注意保證位置的準(zhǔn)確和線形平順以及施工時(shí)要加強(qiáng)保護(hù)，防止電焊火花燒傷。預(yù)應(yīng)力筋的張拉需在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上時(shí)進(jìn)行。環(huán)向預(yù)應(yīng)力M1、M2鋼束均為兩端張拉，M3鋼束采用單端張拉。采用二次張拉工藝。二次張拉錨固后，錨杯螺紋與外環(huán)支承螺母螺紋咬合應(yīng)大于5牙扣。預(yù)應(yīng)力管道在張拉結(jié)束后24h內(nèi)必須壓漿。壓漿使用真空活塞式壓漿機(jī)，在壓漿前切割鋼束應(yīng)用砂輪切割機(jī)，鋼束外露錨環(huán)不小于3cm，然后用高標(biāo)號(hào)砂漿堵封錨環(huán)。待砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，用壓漿機(jī)壓注高壓水對(duì)全部管道進(jìn)行沖洗，然后抽真空采用正確的壓漿順序，對(duì)下層管道先壓注。壓注使出漿口冒出濃漿時(shí)，關(guān)閉出漿口閥門，持荷3 min-5min，然后進(jìn)行第二次補(bǔ)壓。一般情況下壓力為0.5 Mpa-0.7 Mpa，壓注速度為5m/min-15m/min，水泥漿的稠度控制在14s-18s之間。壓漿后的48 h內(nèi)必須保證氣溫在5℃以上。
3.2 橫隔板施工
索塔設(shè)有5到橫隔板，分別為A、B、C、D、E。橫隔板與塔柱同步施工，如圖4所示。爬模及塔柱骨架和鋼筋一步到位（6m），但混凝土分兩級(jí)澆筑，一級(jí)砼澆筑至橫隔板下倒角底部，然后拆除內(nèi)模，進(jìn)行牛腿支架安設(shè)，隨即綁扎橫隔板鋼筋，支設(shè)橫隔板以上部分內(nèi)模，最后進(jìn)行二級(jí)砼澆筑。砼滿足強(qiáng)度要求后，爬模正常爬升。
圖4 橫隔板與塔柱同步施工（左圖為一級(jí)砼，右圖為二級(jí)砼）
4 結(jié)束語
4.1 本橋主塔的高寬比較大、預(yù)埋件多，中、下塔柱均為變截面，且塔柱與橫隔板同步施工，現(xiàn)場(chǎng)存在的較多交叉作業(yè)要求能夠及時(shí)地協(xié)調(diào)解決，這些都給施工增加了較大的難度。
4.2 主塔各節(jié)段均采用液壓爬模施工，液壓爬模的爬架主要靠在每一塔柱面在上一節(jié)段已澆筑混凝土內(nèi)預(yù)埋的4套錨錐和其連接的精軋螺紋鋼筋受力，所以每一節(jié)段施工時(shí)要特別注意預(yù)埋錨錐的位置和標(biāo)高的準(zhǔn)確性，并要定期對(duì)已多次周轉(zhuǎn)使用的錨錐進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁使用已損壞的錨錐，保證液壓爬模安全使用。
4.3 主塔預(yù)埋件種類較多， 主要包括設(shè)計(jì)要求和施工需要兩大部分，對(duì)各種預(yù)埋件將單獨(dú)匯圖編冊(cè)。預(yù)埋件預(yù)埋時(shí)注意保留2-3cm的保護(hù)層，使后期可以進(jìn)行封漿防腐處理，使用期間外露鋼件要用防銹漆涂抹，以免銹水污染塔身。
4.4 上塔柱錨索區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)造物較多，且斜拉索為空間結(jié)構(gòu)，鋼套管角度變化幅度較大，拉索錨固齒塊施工采用包裹鋼板配合組合鋼模板作為上塔柱錨索區(qū)內(nèi)模。需要注意的一點(diǎn)是：隨著齒塊角度的減小，施工時(shí)包裹鋼板下面混凝土不易振搗密實(shí)，需特別注意，可在包裹頂面開孔振搗，使齒塊混凝土密實(shí)。
參考文獻(xiàn)
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