銅陵公鐵兩用長江大橋3#主塔施工技術

李斐

(中鐵大橋局集團第七工程有限公司，湖北武漢430056)

銅陵公鐵兩用長江大橋3#主塔施工技術

李斐

(中鐵大橋局集團第七工程有限公司，湖北武漢430056)

銅陵公鐵兩用長江大橋主塔規模宏大，結構復雜，工程質量要求高。施工前期制定嚴密的施工組織設計，配置合理的施工設備，施工過程中采取優化混凝土配合比設計、規范施工技術與施工工藝，對關鍵特殊工序先試驗后實施等措施，有效地保證了主塔施工的安全、質量和工期目標。

公鐵兩用橋 主塔 施工

1 工程概況

銅陵公鐵兩用長江大橋為橋跨布置(90+240+ 630+240+90)m的5跨連續鋼桁梁斜拉橋。斜拉橋主塔位于3#和4#主墩。3#墩主塔采用倒Y形混凝土結構，由上、中、下塔柱和下橫梁4部分組成(見圖1)。塔頂高程為+221.0 m，塔座頂高程為+9.0 m，塔高212 m，主塔采用C50混凝土。

下塔柱高32.517 m，采用單箱雙室鋼筋混凝土截面。主塔下橫梁高8.5 m，寬14 m，采用單箱雙室預應力混凝土截面，布置265束φj15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，其中28束為備用束。中塔柱高96.7 m(含中、上塔柱結合段)，采用單箱單室鋼筋混凝土梯形截面。中、上塔柱結合段高11 m，設置7.5 m厚的實體段。上塔柱高81 m，為拉索錨固區，采用單箱三室預應力混凝土八字形截面，環向的預應力束均采用8φj15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，共計1 990束，采用低回縮錨具系統。

圖1 主塔結構示意(單位:m)

2 總體施工布置

2.1 施工用電

根據主塔施工期間所需的各種機械設備(爬模、塔吊、電梯、地泵、電焊機等)，綜合考慮所有機械設備分期使用時的最大負荷，選用3臺630 kVA變壓器為索塔施工期間供應電力。變壓器布置于岸邊的碼頭上，通過水下電纜引至3#墩上，再由沿電梯附墻鋪設的電纜線輸送至塔柱施工節段。

2.2 施工塔吊

由于主塔材料物資供應量大，綜合考慮最大起重量、材料運輸停靠、塔形、斜拉索位置、鋼桁梁架設及拆除施工等各項因素影響，在3#墩上下游分別設置1臺動臂塔吊。上游南側布置1臺STL420塔吊，橫向距橋中心線22 m，縱向距墩中心線12 m;下游北側布置1臺STL1000塔吊，橫向距橋中心線22 m，縱向距墩中心線12 m(主塔下塔柱施工前期還需水上100 t浮吊配合施工)。在下、中塔柱施工期間，2臺塔吊各承擔主塔一單柱施工;上塔柱施工節間，由于吊裝工作量變大，由2臺塔吊共同承擔吊裝作業。

塔吊附墻由廠家設計，主塔相應節段埋設預埋件(注意與主塔、斜拉索相關構件是否沖突)。附墻間距約為24 m，短附墻桿采用鋼管焊接結構，長附墻桿采用桁架式型鋼結構。

2.3 地泵及泵管布置

主橋3#墩距離岸邊約260 m，主塔高度212 m，混凝土澆筑輸送距離遠，泵送壓力大。考慮施工方便及經濟性，在岸邊布置2臺HBT80E-1813D型地泵，在墩旁鐵駁上布置2臺HBT80C-2122Ⅲ型地泵。為方便人員通行及泵管布設，江岸與墩旁鐵駁間通過棧橋和浮橋相連(淺水區打鋼管樁，深水區做浮筒)。

混凝土輸送至墩旁鐵駁上后，考慮混凝土性能損失，在墩旁鐵駁上布置2臺重拌倉。通過重拌倉二次攪拌后，再進入鐵駁上地泵泵送上塔。

泵管采用掛座與塔柱固結。掛座間距約6 m，采用［8型鋼制作。塔柱施工時需設置掛座預埋件，并驗算其在荷載作用下的受力安全性。

2.4 電梯布置

主塔施工期間布置3臺電梯作人員上下通道。在上游側布置1臺垂直式SC200×200型雙籠電梯(額定提升質量1 200 kg)，負責將人員自塔座送至下橫梁頂。中塔柱施工期間單側塔柱各布置1臺SCD120型傾斜式單籠電梯(額定提升質量1 000 kg)，上塔柱施工期間將下游側斜電梯安裝至上游側。在主塔橫梁上游側設置電梯支撐平臺。電梯附墻每4節標準節設置1道，垂直于標準節設置。施工電梯的安裝與塔柱施工要保持同步，爬模每爬升1節，對應電梯安裝加高1次，始終保證電梯能夠將人員送入爬模的吊掛平臺。

3 主要施工技術

3.1 主塔分節

塔柱施工的分節高度根據塔柱結構特點、起吊設備吊裝能力和液壓爬模使用性能綜合考慮，以達到保證施工質量、提高施工效率、縮短工期的目標［1］。

下塔柱高32.517 m，其中塔座頂至下橫梁底高度為25.8 m，分5個節段澆筑，最大澆筑高度5.3 m。中塔柱高96.7 m(下橫梁往上30 cm處至中、上塔柱交匯段的頂部)，共分17個節段澆筑，最大澆筑高度5.7 m。上塔柱高81 m(中、上塔柱交匯段的頂部至塔頂)，共分16個節段澆筑，最大澆筑高度6.1 m。上塔柱施工分節需考慮避開斜拉索索導管、錨固齒塊位置，并滿足主塔線形要求。

3.2 勁性骨架

主塔鋼筋密集、結構復雜，為便于鋼筋的綁扎定位、施工人員操作、斜拉索索導管定位(上塔柱)，在塔柱內設置勁性骨架。

勁性骨架立柱主桁片均為∠100×10角鋼，連接系均為∠63×6角鋼。勁性骨架分單元、分節在工地鋼結構加工廠制造，利用塔吊進行吊裝。每個塔柱內勁性骨架分為6個單元，共9塊，勁性骨架單元及節段間通過焊接連接。

上塔柱布置有索導管和環向預應力束，勁性骨架布置時需做局部調整。

3.3 液壓爬模系統

主塔施工采用ZL-ZPM100型液壓自爬模系統，該系統包括模板系統和爬升系統兩部分。系統安裝完成后，模板的表面處理、安裝就位、調整及固定均可由系統自身完成。

爬模施工優點:①爬模下包既有混凝土面，且模板能實現豎向角度調整，很好地保證了主塔截面的準確性，有效地解決了高空模板安裝就位難題。②爬模架體輕巧簡便，可分體拆裝，錨固系統受力明確，大大簡化了施工腳手，節省施工成本［2］。③可以利用爬模自身攜帶的小型液壓油缸作為爬架、模板提升的動力，實現整套爬模同步爬升，抗風性能好、安全可靠，并能大大緩解垂直運輸的壓力［3］。

爬模施工注意事項:①爬錐、埋件板和高強螺桿組成的總體埋件是爬模主要承力構件，埋設時需保證其位置準確，并明確爬模開始爬升時的最低混凝土強度。②導軌是整個爬模系統的爬升軌道，導軌布置時需保證豎向垂直、通長布置，并綜合考慮下、中、上塔柱各向截面尺寸、架體面板受力特性、塔柱預埋件位置等影響因素。③塔身外側液壓爬模設置有多層操作平臺，供施工人員綁扎鋼筋、模板頂升操作、塔身表面裝飾時用，其堆放荷載嚴禁超過設計荷載。④根據塔柱截面尺寸特點，合理確定模板包邊方式，減少裁切量。⑤施工時根據塔柱內腔尺寸適時選擇內模形式，如傾斜面可采用爬模，內腔尺寸不變時可采用井筒平臺。

3.4 混凝土施工

3.4.1 混凝土配合比設計

主塔采用C50高性能混凝土，對混凝土的泵送施工性能和強度要求高。索塔具有截面尺寸大、箱形斷面壁厚較大的特點，屬大體積混凝土施工范疇。所配制的高性能混凝土必須滿足工程施工所需的可泵性、高強度大體積混凝土的結構穩定性、良好的抗裂性能、耐久性能等要求。本橋在對各項原材料性能指標分析的基礎上，進行了主塔C50混凝土配合比的研究，混凝土配合比設計最終采用了低水膠比、大坍落度、雙摻粉煤灰和礦渣粉的技術方案。

3.4.2 混凝土澆筑

混凝土由岸上1座2×120 m3/h混凝土工廠生產供應，地泵泵送入模。根據混凝土的澆筑方量施工前確保混凝土原材料數量應能滿足連續生產的需要，橫梁混凝土施工時需臨時租用水上混凝土拌合船。混凝土澆筑前合理布置澆筑工作平臺、混凝土分配裝置(布料機、串筒、分料斗)等。

主塔鋼筋、預應力孔道、索導管及定位架密集，混凝土澆筑時需嚴格監控分層厚度及振搗工作，確保混凝土質量，尤其是預應力錨下及索導管鋸齒塊處混凝土的密實，并保證預應力孔道及索導管不變位。

冬季混凝土生產時，采用電熱管加熱拌合用水。并調整投料順序，先將砂、石、熱水進行攪拌，使熱水與砂、石充分進行熱傳導后，再加入膠凝材料進行攪拌，避免膠凝材料直接與熱水接觸發生假凝現象。

4 幾個關鍵部位施工技術措施

4.1 橫梁施工

橫梁高8.5 m，寬14 m，為單箱雙室矩形預應力橫梁，C50混凝土5 109 m3，布置265束φj15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，夾片式群錨體系。采用落地式鋼管支架分2次澆筑。根據塔柱和橫梁的結構形式及特點，橫梁高度范圍內塔柱與橫梁同步施工。橫梁預應力按施工階段分期張拉。

4.1.1 支架布置

落地支架采用3排5列鋼管立柱，靠近塔柱2列立柱傾斜布置。立柱對應于下橫梁腹板，支撐于塔座頂，節段間采用法蘭連接。鋼管立柱頂部設置標高調整格構式墊塊、分配梁及縱梁，塔柱內預埋牛腿支撐。施工底模、側模采用改制鋼模，內模采用木模。

4.1.2 混凝土澆筑

橫梁混凝土沿高度方向分2次澆筑，第1次澆筑高度4.5 m，第2次澆筑高度4 m。橫梁混凝土總體澆筑順序為由跨中向兩側塔柱方向進行，先底板，后腹板，最后頂板，分層澆筑。混凝土由岸上1座2×120 m3/h混凝土工廠生產和1艘水上拌合船配合供應。實際生產能力為140 m3/h左右。澆筑施工前根據每次下橫梁澆筑的混凝土方量，通過配合比計算出所需原材料的量，按照20%的余量進行備料。

4.1.3 預應力張拉

橫梁預應力張拉分3次進行。第1次4.5 m高橫梁澆筑完成后，按設計要求初張拉部分底板下部2層預應力。第2次4.0 m高橫梁澆筑完成后，補張拉第1次的預應力至設計值，張拉底板下部4層預應力和頂板上部2層預應力至設計值。中塔柱施工完成后，張拉剩余預應力束至設計值。張拉時注意張拉束的對稱均衡，張拉完成后及時進行管道真空輔助壓漿。張拉順序按設計圖要求進行，先長束，后短束，先中間后上下依次進行。預應力張拉完成后盡快進行壓漿，其間隔時間不得超過48 h。壓漿前需清除孔道內雜物和積水。壓漿順序為先下后上，如有串孔現象，串孔孔道同時壓漿。

4.2 環向預應力施工

大跨度斜拉橋的索塔錨固區是承受索及梁荷載的主要部位。由于斜拉索索力較大，錨固點相對集中，致使塔柱的索、梁錨固區應力集中，應力分布也很復雜。為確保錨固區域具有足夠的水平向承載能力和抗裂安全度，在錨固區域設置環向預應力是很有必要的［4］，見圖2。本橋上塔柱預應力體系采用DSM15-8型預應力鋼絞線低回縮錨具系統，采用2次張拉工藝(第1次張拉完48 h后進行第2次張拉)，要求錨具放張回縮量≤1 mm。張拉端采用低回縮錨具，非張拉端采用普通夾片錨，張拉端與非張拉端交錯布置。

圖2 環向預應力布置示意(單位:cm)

預應力張拉平臺利用爬模第5、第6層平臺。依次安裝工作錨板(低回縮量錨具對應低回縮量的錨墊板)、工作夾片、限位板、千斤頂、工具錨板、工具夾片，按程序進行第1次張拉。第2次張拉采用工具錨直接張拉，依次安裝撐腳(含螺母擰緊扳手)、千斤頂、工具錨、工具夾片，進行第2次張拉。

鋼絲束、鋼絞線束的鋼絲直徑＞5 mm時，其曲線半徑不宜小于6 m［4］。本橋環向預應力嚴格意義上雖不屬于小半徑預應力施工，但仍需采取有效措施保證預應力施工質量。

環向預應力施工的幾點建議:①在彎曲半徑較小的情況下，預應力鋼絞線在同樣的控制張拉力作用下，產生的徑向等效荷載很大。在較大的徑向荷載作用下，預應力鋼絞線有陷入孔道內壁的趨勢，將增大摩擦系數。環向預應力鋼絞線的實際摩擦系數綜合值應由試驗確定［5］，通過實測的孔道摩擦系數及錨圈口摩阻損失正確指導預應力施工。②預應力錨固區錨下鋼筋密集，要嚴格按設計要求布置，環形鋼筋應位于錨頭下，并居中布置。混凝土澆筑時，需嚴格控制混凝土的和易性及塌落度，確保振搗密實，保證錨下混凝土施工質量。③預應力鋼絞線的穿束宜采用整束穿入并逐根編號，防止鋼絞線在穿入過程中打攪。

4.3 索導管安裝

索導管是將斜拉索錨固在主塔和主梁上的基本構件，索導管的安裝必須保證斜拉索錨固點和錨墊板角度準確。由于斜拉索的傾斜度隨著主梁的前伸而逐漸減小，索導管的空間位置亦呈漸變性，即索導管的傾角隨斜拉索空間角度的變化而變化。本橋中索為平面索，邊索為空間索，邊索索面水平角通過以實際錨固點為定點，水平轉動α角度實現，錨墊板隨同索導管一起轉動。墊板外側中心與塔壁錨固齒塊齊平。

本橋邊跨斜拉索SS1(SM1)至SS6(SM6)和中跨斜拉索MS1(MM1)至MS5(MM5)，采用在主塔施工時直接設置預埋管形成索導管。對于邊跨斜拉索SS7 (SM7)至SS19(SM19)和中跨斜拉索MS6(MM6)至MS19(MM19)，由于主塔截面變小，滿足不了斜拉索鋼絞線離散度的要求，其定位器須設置于塔外。采用在主塔施工時先設置預埋管(不出塔以利爬模施工)，待主塔施工完成后再由下而上逐層安裝索導管(見圖3)。

圖3 索導管布置示意

4.3.1 預埋管定位

斜拉索預埋管定位難度大、要求精度高、工作繁瑣，定位的正確與否直接影響斜拉索的安裝［6］。為保證定位準確，分兩個步驟控制:

初定位。在鋼結構施工場地拼裝預埋管定位架，在驗收合格的預埋管定位架上測量放線，確定預埋管位置(相對標高、中心線)并依此焊接可調裝置，并臨時固定。各鞍板與定位架橫桿及導管之間臨時點焊，在較高支點預埋管底部焊接阻擋角鋼，抄墊掛靠在橫桿上以防滑落。

精定位。將已初定位的預埋管與定位架單元起吊至塔頂，與預留骨架對位，調整至位置、標高滿足要求后焊連(平面位置偏差不大于5 mm，垂直度偏差不大于1/100)。測量檢查預埋管錨板及底口位置，根據測量結果利用可調螺栓微調預埋管至滿足坐標要求(進出口中心坐標誤差≤3 mm)，滿足要求后預埋管與定位架牢固焊接。

4.3.2 索導管安裝

主塔混凝土(預埋管)施工完成后，進行索導管安裝。施工時以塔內外升降平臺為操作平臺、墩旁塔吊為吊裝設備，利用塔內斜拉索牽引系統輔助就位完成索導管的安裝。

索導管安裝前需清理預埋管錨板混凝土浮漿，在其上標出錨固端十字中心線，并焊接4個定位擋塊。調整索導管錨板十字線與預埋管錨板十字線吻合，并焊接固定。在索導管出塔面內側安裝封頭板。主塔節段混凝土施工完成后，在預埋管與索導管間壓注M50水泥漿。

5 結語

銅陵公鐵兩用長江大橋主塔規模宏大，單個主塔混凝土達28 092 m3，鋼筋鋼材4 037 t，預應力鋼絞線609 t，波紋管37 078 m。其結構復雜，工程質量要求高。施工中通過嚴密施工組織，合理配置施工設備，并采取優化混凝土配合比設計，規范施工技術與施工工藝，關鍵特殊工序先試驗后實施等措施，有效地保證了主塔施工的安全、質量和工期目標。

［1］蔣本俊．武漢天興洲公鐵兩用長江大橋斜拉橋主塔施工技術［J］．橋梁建設，2008，38(4):10-14．

［2］張立超，李偉．武漢長江二橋斜拉橋主塔施工［J］．橋梁建設，1998，28(3):18-21．

［3］楊國平，閆朔，黨權交．東海大橋Ⅶ標主橋斜拉橋主塔施工［J］．公路，2006(3):45-50．

［4］周孟波．大噸位錨固區混凝土抗裂性及承壓能力研究［J］．橋梁建設，1999，29(4):13-17．

［5］陳建陽，徐國平，劉麗，等．大噸位小半徑環向預應力在斜拉橋索塔錨固區中的應用研究［J］．橋梁建設，2001，31(2): 12-15．

［6］姜中祖，鐘敬鈞，李中民．番禺大橋主塔施工技術［J］．橋梁建設，1998，28(2):33-38．

(責任審編趙其文)

U443．38

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．08

1003-1995(2015)04-0027-04

2014-08-27;

2015-01-23

李斐(1981—)，男，山東煙臺人，工程師。