特大橋超高墩塔鋼筋模塊化施工技術

趙建國

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

1 項目背景

“鋼筋模塊化”的施工理念首次提出于上海S6公路工程中[1]，之后鋼筋模塊化施工的思路得到了快速發展。常州某高架橋在方形墩的施工中，采用了定型鋼筋綁扎胎架施工法，解決了大量箍筋需要綁扎的問題[2]；貴州平塘特大橋在主塔的施工中，采用了整體分塊安裝工藝，大大提升了施工效率[3-4]；開州湖特大橋項目中，采用了索塔節段鋼筋預制法，保證了施工安全與質量[5]；山東某橋梁項目在主索塔的施工中探索了裝配式鋼筋骨架技術，提升了項目的經濟效益[6]。

本項目為三塔雙索面斜拉橋，主橋跨徑為265 m+2×580 m+265 m，橋長1 835.2 m，橋面寬28.8 m。主塔為鉆石形空間索塔，下橫梁以上為“A”形，下橫梁以下為“花瓶”形。相較于其他工程，本項目主要難點為11號主塔，具有高度大，塔身變曲率的特點。主塔高度為315 m，鋼筋使用量接近為6 800 t，主筋直徑分別為φ40 mm與φ36 mm，塔身采用變曲率花瓶式索塔。針對較為少見的變曲率超高索塔形式，為解決大量鋼筋的精確定位與安裝綁扎問題，本項目結合各模鋼筋斜率的實際變化情況，重點分析,合理設計吊具，將豎向主筋與水平箍筋從施工現場平地拼裝成型，然后通過大型設備吊運至指定位置，同時采用人工方式快速連接固定，從而完成墩塔鋼筋模塊化安裝。本文提出的索塔豎向主筋和水平箍筋模塊化施工方法，具有提高鋼筋安裝精度、降低超高索塔施工風險、減少工期、降低工程造價等優勢，為同類型變曲率超高索塔的施工提供了良好的借鑒。

鋼筋模塊化施工工藝分為模塊設計、車間加工、現場裝配三個階段，首先以工程設計要求，做好全面規劃，對鋼筋進行個性化定制；然后采用先進的數控設備、焊接技術等進行車間式鋼筋精細化加工；最后進行現場裝配，通過大型吊裝設備及有效拼裝進行高精度可靠連接就位，從根本上提高工程質量安全和效率，本文針對項目變曲率鉆石形索塔特征，為提高鋼筋加工工業化水平，增強鋼筋安裝適應性，著重介紹現場裝配施工工藝。

2 施工技術

橋梁主塔鋼筋安裝施工基本選擇節段單根機械接長模式。根據此特大橋工程項目實際情況，通過設計使用自制式吊具實施鋼筋安裝，不但能夠提升施工效率，也能夠確保安裝精準度，尤其是大直徑大體量鋼筋安裝效率十分顯著。此項目中鋼筋模塊化的尺寸確定是高度6 m，寬度9 m，基本通過豎向主筋與水平箍筋方式施工，其中鋼筋接頭必須根據規范要求進行交錯布設。

2.1 項目施工中使用的材料以及設備情況

施工中使用的材料及設備如表1，表2所示。

表1 單套吊具使用的材料

表2 施工使用的機械設備

2.2 豎向主筋模塊化施工

此特大橋項目中豎向主筋模塊化施工流程詳見圖1。

1)吊具加工。

此項目中豎向主筋吊具以普通型鋼為材料加工制作而成，包含了2片單獨桁架，其中單片桁架包括上橫梁、豎向腹桿、吊耳以及下橫梁。同時采用精軋螺紋實現2片桁架的收緊與放松。結合主筋間隔距離從吊具中合理預留錨孔，但是應確保錨孔的直徑大于主筋直徑6 mm～8 mm，以使主筋穿過錨孔且在重力影響下能夠自由旋轉。吊具所有桿件都通過雙面焊方式進行連接，吊耳以光圓鋼筋為材料加工制作，然后以對稱方式從豎向腹桿處設置，待吊具制作結束之后應安排專人負責驗收，保證符合規定要求后并進行試吊，最后才能夠正式使用。

2)鋼筋下料與加工。

確定的主筋長度為12 m，主筋絲頭通過車絲機統一加工，同時絲牙長度控制為L/2+1.5P，待制作成型后需對端頭表面進行整平處理，以紅色油漆從L/2位置標記。此外，鋼筋一端應實施套筒安裝，把套筒擰入到標記位置。

3)鋼筋錨固。

以平面方式擺放豎向主筋，首先從平地中搭設吊具桁架，把安裝套筒的主筋以合理的間隔距離擺放在桁架之上，同時套筒必須超出橫梁。然后蓋上另外一片桁架吊具，將精軋螺紋穿入，以旋轉螺母的方式將2片桁架吊具收緊，從而實現2片桁架錨緊。從平地吊具中擺放并錨緊主筋之后，通過起重機實施吊具緩慢提升，并將主筋與吊具旋轉90°成為垂直狀態。考慮到連接套筒比預留錨孔大，所以主筋受到重力作用后就會錨固于吊具橫梁之上，從而形成可以旋轉晃動且不會脫落的模塊整體。

4)鋼筋安裝與吊具脫離。

將豎向主筋模塊起吊至指定位置之后，以人工方式旋轉鋼筋實現主筋的有效連接，并進行套筒固定，將主筋有序插入至套筒內。結合鋼筋兩端標記對套筒位置進行嚴格控制。當單個模塊安裝施工結束后，通過旋轉吊具中螺母將2片桁架吊具緩慢分開。在鋼筋退出錨孔之后，需慢速提升吊具，使吊具和鋼筋脫離，然后方可實施下一循環。

2.3 水平箍筋模塊化施工

此項目中水平箍筋模塊化施工流程詳見圖2。

1)吊具加工。

以普通型鋼為材料加工制作而成，主要包含橫梁、水平連接型鋼與吊耳等。結合水平箍筋間隔距離從吊具中合理預留槽口，通常槽口上大下小，同時上口大于水平箍筋外徑20 mm～30 mm，而下口大于水平箍筋外徑4 mm～16 mm，深度不小于箍筋直徑的1.5倍。在實施吊具垂直起吊階段，需要將槽口水平傾斜40°～60°，以對稱方式從豎向開槽型鋼部位進行吊耳布設。待吊具制作結束之后應安排專人負責驗收，保證符合規定要求后并進行試吊，試吊成功方可正式使用。

2)鋼筋下料與加工。

結合尺寸要求確定水平箍筋長度，然后從加工現場以數控鋸床方式進行鋼筋切割加工。

3)鋼筋擺放與提升。

從施工現場平地上進行水平箍筋擺放，詳見圖3。擺放階段應確保鋼筋全部置于斜向槽口中，且錯開搭接位置。當平面吊具中鋼筋擺放結束之后，通過起重機將吊具緩慢吊起，使鋼筋與吊具旋轉90°后成為垂直狀態，然后通過自身重力的作用使鋼筋進入到吊具槽口底部。若是施工階段遇到了大風天氣，則必須停止安裝施工。

4)鋼筋安裝與吊具脫離。

以人工綁扎方式進行水平箍筋連接，技術人員必須從安全施工空間內實施箍筋綁扎作業。在箍筋安裝結束之后，將吊具進行緩慢下放，因為箍筋固定于主筋之上，所以吊具受自身重力作用后就會順斜向槽口向退出，實現吊具和箍筋的有效脫離。

3 質量控制要點

為保證鋼筋與混凝土共同工作，充分發揮鋼筋強度，增強結構耐久性，必須保證鋼筋外邊緣的混凝土保護層厚度。由于主塔鋼筋選擇的是大直徑鋼筋，其具備良好的剛度，而使用傳統意義上的鋼筋墊塊難以實現鋼筋的有效保護，所以為了能夠保證鋼筋保護層的厚度，需要安裝勁性骨架之后，從其上面建立上層與下層定位筋，從而實現保護層的嚴格控制。首先從墩柱倒角部位安裝測量定位板，實施精準測放，然后結合定位點以4根魚線方式進行有效連接，從而合理確定下層定位筋位置。其次，結合主塔的傾斜程度從定位板中測放上層定位筋，以垂球裝置進行定位點轉移，從而確保主筋的精準安裝。在鋼筋模塊化安裝施工結束之后，從其外側以4個/m2設置保護層墊塊(其強度不小于C50)。為了能夠保證墊塊的施工準確度，應從鋼筋的兩端焊接角鋼，然后從角鋼中固定墊塊，實施“定位板”+“下層定位筋”+“垂球”+“上層定位筋”+“角鋼保護層墊塊”相結合的方式，確保鋼筋保護層厚度符合規定要求。

4 結語

模塊化施工作為工程建設高質量、低成本、快速化實施的有效途徑，在應對外界環境變化、降低生產復雜性、加快工藝創新、標準化施工等方面具備突出優勢，下一步應繼續擴大其應用范圍，提高模塊單元在設計采購、加工組裝、運輸保護、現場安裝等環節的科學化、標準化水平，進一步推動這項新型建造模式的廣泛應用。