洞庭湖特大橋斜拉橋主塔施工關(guān)鍵技術(shù)
2017-02-27
1 工程簡(jiǎn)介
蒙西華中鐵路洞庭湖特大橋主橋?yàn)椋?8+140+406+406+140+98）m 三塔雙索面鋼箱鋼桁結(jié)合梁斜拉橋，全長1290.24m。3、4、5號(hào)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(shù)主要闡述以3號(hào)墩為例，3號(hào)墩主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(tái)頂）高程+13.5m，塔頂高程+170.0m，整個(gè)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(shè)基座，下塔柱與中塔柱交界處設(shè)橫梁；下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用單箱三室空心矩形結(jié)構(gòu)，高6.0m，寬7.8m，支座處設(shè)有橫隔板。每塔布置60束17ΦS15.2預(yù)應(yīng)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(shè)外凸的鋸齒塊作為斜拉索的錨點(diǎn)。上塔柱斜拉索錨固區(qū)設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，錨固塔壁內(nèi)采用井字型布置Φ32預(yù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)段6m液壓爬模施工，橫梁與兩側(cè)塔柱采用同步施工，支架為鋼管立柱支架，分兩次澆筑。3號(hào)墩主塔分29個(gè)節(jié)段，其下塔柱為1-8號(hào)節(jié)段，7號(hào)和8號(hào)節(jié)段與橫梁同步澆筑，中塔柱為9～19號(hào)節(jié)段，上塔柱為20～29號(hào)節(jié)段。主塔分節(jié)詳見圖1。
2.2 施工設(shè)備的布置
2.2.1 塔吊的布置
材料、設(shè)備的垂直運(yùn)輸由墩旁固定式塔吊完成。
3號(hào)墩兩臺(tái)塔吊分別為TC7052和TC6015，塔吊平面布置見圖2。
3號(hào)墩TC7052安裝臂長55m（吊重6.59t），能滿足3號(hào)墩棧橋上直接吊裝倒運(yùn)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(gè)塔柱，吊重10.08t（四倍率）。塔柱最大起吊物為塔頂15t卷揚(yáng)機(jī)（含鋼絲繩重量約12t），可滿足施工現(xiàn)場(chǎng)需要。兩臺(tái)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(hào)墩人員的垂直運(yùn)輸由墩旁上下游兩臺(tái)電梯調(diào)整為下游側(cè)1臺(tái)斜電梯完成。電梯設(shè)置在主塔下游側(cè)，上游側(cè)在兩套爬模間設(shè)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(tái)上的一個(gè)平臺(tái)上。
2.2.3 混凝土輸送設(shè)備的設(shè)置
3號(hào)墩混凝土輸送采用泵送。每個(gè)墩配備3臺(tái)HBT-90高壓混凝土輸送泵（1臺(tái)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(jī)施工，中塔柱每個(gè)塔肢分別布置一套輸送泵管，上塔柱在下游側(cè)設(shè)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(hù)水管與泵管同步推進(jìn)。
3 主塔施工方法與關(guān)鍵技術(shù)
3.1 施工主要方法
3.1.1 下塔柱施工
3號(hào)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(cè)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(jī)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(zhuǎn)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(cè)設(shè)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(zhuǎn)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(diǎn)控制內(nèi)容有索導(dǎo)管定位、預(yù)應(yīng)力粗鋼筋施工、合攏段施工等?？紤]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(zhǔn)確，上塔柱施工設(shè)置預(yù)抬量，預(yù)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(duì)部分預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行預(yù)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_(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨。
3.2 施工關(guān)鍵技術(shù)
測(cè)量控制→鋼筋工程→模板體系→混凝土施工及養(yǎng)護(hù)→下一節(jié)段施工
3.2.1 測(cè)量控制
塔柱施工測(cè)量的重點(diǎn)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(gòu)件的空間位置。
測(cè)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(yù)埋件定位、各節(jié)段竣工測(cè)量及施工中的各項(xiàng)變形觀測(cè)等，如塔柱沉降觀測(cè)、塔身擺動(dòng)觀測(cè)。
基本方案：主要采取GPS、全站儀、水準(zhǔn)測(cè)量三者相互結(jié)合的測(cè)量實(shí)施原則，充分利用三種測(cè)量手段優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，互相檢驗(yàn)，形成有機(jī)的整體系統(tǒng)，采取嚴(yán)密措施，嚴(yán)格按照交叉計(jì)算復(fù)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(biāo)法。 主要測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(shí)已預(yù)埋，塔柱施工時(shí)進(jìn)行接長。擬定每節(jié)安裝鋼筋高度6m。
塔柱錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力采用直徑32mm預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋，為保證主筋的間距和施工進(jìn)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(jìn)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(cè)對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)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(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升來實(shí)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(dǎo)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(hào)墩利用岸上拌和站拌料，罐車運(yùn)輸至棧橋頭，下塔柱和橫梁施工利用24m長布料機(jī)泵送入模，中、上塔柱施工利用兩臺(tái)HBT-90型地泵將混凝土泵送至各個(gè)灌注點(diǎn)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：
（1）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(gè)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(shí)間：結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，不小于16小時(shí)；
坍落度：16～20cm；
具有良好的流動(dòng)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(shí)。拆模選擇在白天溫度較高的時(shí)段進(jìn)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(hù)，側(cè)模拆除后立即涂刷養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
4 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)
?。?）嚴(yán)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(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保結(jié)構(gòu)尺寸偏差在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)。嚴(yán)格控制斜拉索錨點(diǎn)處墊板及索導(dǎo)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(shí)須注意及時(shí)封堵施工用臨時(shí)孔洞，以防止后期水及漂浮物流入塔柱內(nèi)。注意通風(fēng)孔的設(shè)置方向（向外傾斜3°）以防雨水流入塔柱內(nèi)。
?。?）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(qiáng)振搗工作，確?；炷撩軐?shí)度，杜絕蜂窩、麻面現(xiàn)象，在鋼筋密集處應(yīng)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(yīng)滿足相關(guān)施工規(guī)范的要求。
?。?）豎向主筋采用機(jī)械接頭，機(jī)械連接應(yīng)滿足《鋼筋混凝土機(jī)械連接暫行規(guī)范》（鐵建設(shè)[2010]41號(hào)）的規(guī)定；所有鋼筋接頭應(yīng)錯(cuò)開布置，在同一斷面上接頭率不得大于50%；同時(shí)應(yīng)注意保證各類鋼筋保護(hù)層厚度。
?。?）預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)采用張拉力與伸長量雙控制，以張拉力控制為主，測(cè)量的張拉伸長量與理論計(jì)算的誤差應(yīng)控制在±6%之間。預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢后應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范的相關(guān)要求及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行壓漿、封錨，以確保結(jié)構(gòu)的耐久性?？椎缐簼{采用真空輔助灌漿法，漿體材料應(yīng)摻入真空灌漿專用高效減水劑，摻量通過試驗(yàn)確定。漿體指標(biāo)應(yīng)滿足《鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿劑技術(shù)條件》的要求。
?。?）施工中注意附屬工程的預(yù)埋鋼筋及預(yù)埋件的設(shè)置，避免遺漏。主塔施工屬于高空作業(yè)，施工時(shí)應(yīng)采取必要的措施，保證施工安全。
5 結(jié)束語
洞庭湖大橋3#墩主塔從塔座開始到塔柱封頂共用時(shí)360d，采用分節(jié)段同步施工，主塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量大，施工安全和質(zhì)量要求嚴(yán)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(yán)禁進(jìn)入下道工序，在大臨結(jié)構(gòu)、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(guān)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，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(yàn)。
參考文獻(xiàn)
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