李斐
(中鐵大橋局集團(tuán)第七工程有限公司,湖北武漢430056)
銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋3#主塔施工技術(shù)
李斐
(中鐵大橋局集團(tuán)第七工程有限公司,湖北武漢430056)
銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主塔規(guī)模宏大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工程質(zhì)量要求高。施工前期制定嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì),配置合理的施工設(shè)備,施工過(guò)程中采取優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)、規(guī)范施工技術(shù)與施工工藝,對(duì)關(guān)鍵特殊工序先試驗(yàn)后實(shí)施等措施,有效地保證了主塔施工的安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。
公鐵兩用橋 主塔 施工
銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋?yàn)闃蚩绮贾?90+240+ 630+240+90)m的5跨連續(xù)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(jié)構(gòu),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(yù)應(yīng)力混凝土截面,布置265束φj15.2 mm高強(qiáng)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(jié)合段),采用單箱單室鋼筋混凝土梯形截面。中、上塔柱結(jié)合段高11 m,設(shè)置7.5 m厚的實(shí)體段。上塔柱高81 m,為拉索錨固區(qū),采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土八字形截面,環(huán)向的預(yù)應(yīng)力束均采用8φj15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線,共計(jì)1 990束,采用低回縮錨具系統(tǒng)。
圖1 主塔結(jié)構(gòu)示意(單位:m)
2.1 施工用電
根據(jù)主塔施工期間所需的各種機(jī)械設(shè)備(爬模、塔吊、電梯、地泵、電焊機(jī)等),綜合考慮所有機(jī)械設(shè)備分期使用時(shí)的最大負(fù)荷,選用3臺(tái)630 kVA變壓器為索塔施工期間供應(yīng)電力。變壓器布置于岸邊的碼頭上,通過(guò)水下電纜引至3#墩上,再由沿電梯附墻鋪設(shè)的電纜線輸送至塔柱施工節(jié)段。
2.2 施工塔吊
由于主塔材料物資供應(yīng)量大,綜合考慮最大起重量、材料運(yùn)輸???、塔形、斜拉索位置、鋼桁梁架設(shè)及拆除施工等各項(xiàng)因素影響,在3#墩上下游分別設(shè)置1臺(tái)動(dòng)臂塔吊。上游南側(cè)布置1臺(tái)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(cè)布置1臺(tái)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(tái)塔吊各承擔(dān)主塔一單柱施工;上塔柱施工節(jié)間,由于吊裝工作量變大,由2臺(tái)塔吊共同承擔(dān)吊裝作業(yè)。
塔吊附墻由廠家設(shè)計(jì),主塔相應(yīng)節(jié)段埋設(shè)預(yù)埋件(注意與主塔、斜拉索相關(guān)構(gòu)件是否沖突)。附墻間距約為24 m,短附墻桿采用鋼管焊接結(jié)構(gòu),長(zhǎng)附墻桿采用桁架式型鋼結(jié)構(gòu)。
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(yuǎn),泵送壓力大??紤]施工方便及經(jīng)濟(jì)性,在岸邊布置2臺(tái)HBT80E-1813D型地泵,在墩旁鐵駁上布置2臺(tái)HBT80C-2122Ⅲ型地泵。為方便人員通行及泵管布設(shè),江岸與墩旁鐵駁間通過(guò)棧橋和浮橋相連(淺水區(qū)打鋼管樁,深水區(qū)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(tái)重拌倉(cāng)。通過(guò)重拌倉(cāng)二次攪拌后,再進(jìn)入鐵駁上地泵泵送上塔。
泵管采用掛座與塔柱固結(jié)。掛座間距約6 m,采用[8型鋼制作。塔柱施工時(shí)需設(shè)置掛座預(yù)埋件,并驗(yàn)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(tái)電梯作人員上下通道。在上游側(cè)布置1臺(tái)垂直式SC200×200型雙籠電梯(額定提升質(zhì)量1 200 kg),負(fù)責(zé)將人員自塔座送至下橫梁頂。中塔柱施工期間單側(cè)塔柱各布置1臺(tái)SCD120型傾斜式單籠電梯(額定提升質(zhì)量1 000 kg),上塔柱施工期間將下游側(cè)斜電梯安裝至上游側(cè)。在主塔橫梁上游側(cè)設(shè)置電梯支撐平臺(tái)。電梯附墻每4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)置1道,垂直于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)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(jié),對(duì)應(yīng)電梯安裝加高1次,始終保證電梯能夠?qū)⑷藛T送入爬模的吊掛平臺(tái)。
3.1 主塔分節(jié)
塔柱施工的分節(jié)高度根據(jù)塔柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、起吊設(shè)備吊裝能力和液壓爬模使用性能綜合考慮,以達(dá)到保證施工質(zhì)量、提高施工效率、縮短工期的目標(biāo)[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(gè)節(jié)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(gè)節(jié)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(gè)節(jié)段澆筑,最大澆筑高度6.1 m。上塔柱施工分節(jié)需考慮避開斜拉索索導(dǎo)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(jié)構(gòu)復(fù)雜,為便于鋼筋的綁扎定位、施工人員操作、斜拉索索導(dǎo)管定位(上塔柱),在塔柱內(nèi)設(shè)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(jié)在工地鋼結(jié)構(gòu)加工廠制造,利用塔吊進(jìn)行吊裝。每個(gè)塔柱內(nèi)勁性骨架分為6個(gè)單元,共9塊,勁性骨架單元及節(jié)段間通過(guò)焊接連接。
上塔柱布置有索導(dǎo)管和環(huán)向預(yù)應(yīng)力束,勁性骨架布置時(shí)需做局部調(diào)整。
3.3 液壓爬模系統(tǒng)
主塔施工采用ZL-ZPM100型液壓自爬模系統(tǒng),該系統(tǒng)包括模板系統(tǒng)和爬升系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)安裝完成后,模板的表面處理、安裝就位、調(diào)整及固定均可由系統(tǒng)自身完成。
爬模施工優(yōu)點(diǎn):①爬模下包既有混凝土面,且模板能實(shí)現(xiàn)豎向角度調(diào)整,很好地保證了主塔截面的準(zhǔn)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(jiǎn)便,可分體拆裝,錨固系統(tǒng)受力明確,大大簡(jiǎn)化了施工腳手,節(jié)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(dòng)力,實(shí)現(xiàn)整套爬模同步爬升,抗風(fēng)性能好、安全可靠,并能大大緩解垂直運(yùn)輸?shù)膲毫Γ?]。
爬模施工注意事項(xiàng):①爬錐、埋件板和高強(qiáng)螺桿組成的總體埋件是爬模主要承力構(gòu)件,埋設(shè)時(shí)需保證其位置準(zhǔn)確,并明確爬模開始爬升時(shí)的最低混凝土強(qiáng)度。②導(dǎo)軌是整個(gè)爬模系統(tǒng)的爬升軌道,導(dǎo)軌布置時(shí)需保證豎向垂直、通長(zhǎng)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(yù)埋件位置等影響因素。③塔身外側(cè)液壓爬模設(shè)置有多層操作平臺(tái),供施工人員綁扎鋼筋、模板頂升操作、塔身表面裝飾時(shí)用,其堆放荷載嚴(yán)禁超過(guò)設(shè)計(jì)荷載。④根據(jù)塔柱截面尺寸特點(diǎn),合理確定模板包邊方式,減少裁切量。⑤施工時(shí)根據(jù)塔柱內(nèi)腔尺寸適時(shí)選擇內(nèi)模形式,如傾斜面可采用爬模,內(nèi)腔尺寸不變時(shí)可采用井筒平臺(tái)。
3.4 混凝土施工
3.4.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)
主塔采用C50高性能混凝土,對(duì)混凝土的泵送施工性能和強(qiáng)度要求高。索塔具有截面尺寸大、箱形斷面壁厚較大的特點(diǎn),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(qiáng)度大體積混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、良好的抗裂性能、耐久性能等要求。本橋在對(duì)各項(xiàng)原材料性能指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了主塔C50混凝土配合比的研究,混凝土配合比設(shè)計(jì)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(shù)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(chǎn)供應(yīng),地泵泵送入模。根據(jù)混凝土的澆筑方量施工前確?;炷猎牧蠑?shù)量應(yīng)能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需要,橫梁混凝土施工時(shí)需臨時(shí)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(tái)、混凝土分配裝置(布料機(jī)、串筒、分料斗)等。
主塔鋼筋、預(yù)應(yīng)力孔道、索導(dǎo)管及定位架密集,混凝土澆筑時(shí)需嚴(yán)格監(jiān)控分層厚度及振搗工作,確?;炷临|(zhì)量,尤其是預(yù)應(yīng)力錨下及索導(dǎo)管鋸齒塊處混凝土的密實(shí),并保證預(yù)應(yīng)力孔道及索導(dǎo)管不變位。
冬季混凝土生產(chǎn)時(shí),采用電熱管加熱拌合用水。并調(diào)整投料順序,先將砂、石、熱水進(jìn)行攪拌,使熱水與砂、石充分進(jìn)行熱傳導(dǎo)后,再加入膠凝材料進(jìn)行攪拌,避免膠凝材料直接與熱水接觸發(fā)生假凝現(xiàn)象。
4.1 橫梁施工
橫梁高8.5 m,寬14 m,為單箱雙室矩形預(yù)應(yīng)力橫梁,C50混凝土5 109 m3,布置265束φj15.2 mm高強(qiáng)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(jù)塔柱和橫梁的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn),橫梁高度范圍內(nèi)塔柱與橫梁同步施工。橫梁預(yù)應(yīng)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(duì)應(yīng)于下橫梁腹板,支撐于塔座頂,節(jié)段間采用法蘭連接。鋼管立柱頂部設(shè)置標(biāo)高調(diào)整格構(gòu)式墊塊、分配梁及縱梁,塔柱內(nèi)預(yù)埋牛腿支撐。施工底模、側(cè)模采用改制鋼模,內(nèi)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?yàn)橛煽缰邢騼蓚?cè)塔柱方向進(jìn)行,先底板,后腹板,最后頂板,分層澆筑?;炷劣砂渡?座2×120 m3/h混凝土工廠生產(chǎn)和1艘水上拌合船配合供應(yīng)。實(shí)際生產(chǎn)能力為140 m3/h左右。澆筑施工前根據(jù)每次下橫梁澆筑的混凝土方量,通過(guò)配合比計(jì)算出所需原材料的量,按照20%的余量進(jìn)行備料。
4.1.3 預(yù)應(yīng)力張拉
橫梁預(yù)應(yīng)力張拉分3次進(jìn)行。第1次4.5 m高橫梁澆筑完成后,按設(shè)計(jì)要求初張拉部分底板下部2層預(yù)應(yīng)力。第2次4.0 m高橫梁澆筑完成后,補(bǔ)張拉第1次的預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值,張拉底板下部4層預(yù)應(yīng)力和頂板上部2層預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。中塔柱施工完成后,張拉剩余預(yù)應(yīng)力束至設(shè)計(jì)值。張拉時(shí)注意張拉束的對(duì)稱均衡,張拉完成后及時(shí)進(jìn)行管道真空輔助壓漿。張拉順序按設(shè)計(jì)圖要求進(jìn)行,先長(zhǎng)束,后短束,先中間后上下依次進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉完成后盡快進(jìn)行壓漿,其間隔時(shí)間不得超過(guò)48 h。壓漿前需清除孔道內(nèi)雜物和積水。壓漿順序?yàn)橄认潞笊希缬写赚F(xiàn)象,串孔孔道同時(shí)壓漿。
4.2 環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工
大跨度斜拉橋的索塔錨固區(qū)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(diǎn)相對(duì)集中,致使塔柱的索、梁錨固區(qū)應(yīng)力集中,應(yīng)力分布也很復(fù)雜。為確保錨固區(qū)域具有足夠的水平向承載能力和抗裂安全度,在錨固區(qū)域設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力是很有必要的[4],見圖2。本橋上塔柱預(yù)應(yīng)力體系采用DSM15-8型預(yù)應(yīng)力鋼絞線低回縮錨具系統(tǒng),采用2次張拉工藝(第1次張拉完48 h后進(jìn)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(cuò)布置。
圖2 環(huán)向預(yù)應(yīng)力布置示意(單位:cm)
預(yù)應(yīng)力張拉平臺(tái)利用爬模第5、第6層平臺(tái)。依次安裝工作錨板(低回縮量錨具對(duì)應(yīng)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(jìn)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(jìn)行第2次張拉。
鋼絲束、鋼絞線束的鋼絲直徑>5 mm時(shí),其曲線半徑不宜小于6 m[4]。本橋環(huán)向預(yù)應(yīng)力嚴(yán)格意義上雖不屬于小半徑預(yù)應(yīng)力施工,但仍需采取有效措施保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。
環(huán)向預(yù)應(yīng)力施工的幾點(diǎn)建議:①在彎曲半徑較小的情況下,預(yù)應(yīng)力鋼絞線在同樣的控制張拉力作用下,產(chǎn)生的徑向等效荷載很大。在較大的徑向荷載作用下,預(yù)應(yīng)力鋼絞線有陷入孔道內(nèi)壁的趨勢(shì),將增大摩擦系數(shù)。環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際摩擦系數(shù)綜合值應(yīng)由試驗(yàn)確定[5],通過(guò)實(shí)測(cè)的孔道摩擦系數(shù)及錨圈口摩阻損失正確指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力施工。②預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)錨下鋼筋密集,要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求布置,環(huán)形鋼筋應(yīng)位于錨頭下,并居中布置?;炷翝仓r(shí),需嚴(yán)格控制混凝土的和易性及塌落度,確保振搗密實(shí),保證錨下混凝土施工質(zhì)量。③預(yù)應(yīng)力鋼絞線的穿束宜采用整束穿入并逐根編號(hào),防止鋼絞線在穿入過(guò)程中打攪。
4.3 索導(dǎo)管安裝
索導(dǎo)管是將斜拉索錨固在主塔和主梁上的基本構(gòu)件,索導(dǎo)管的安裝必須保證斜拉索錨固點(diǎn)和錨墊板角度準(zhǔn)確。由于斜拉索的傾斜度隨著主梁的前伸而逐漸減小,索導(dǎo)管的空間位置亦呈漸變性,即索導(dǎo)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(guò)以實(shí)際錨固點(diǎn)為定點(diǎn),水平轉(zhuǎn)動(dòng)α角度實(shí)現(xiàn),錨墊板隨同索導(dǎo)管一起轉(zhuǎn)動(dòng)。墊板外側(cè)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(shí)直接設(shè)置預(yù)埋管形成索導(dǎo)管。對(duì)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(shè)置于塔外。采用在主塔施工時(shí)先設(shè)置預(yù)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(dǎo)管(見圖3)。
圖3 索導(dǎo)管布置示意
4.3.1 預(yù)埋管定位
斜拉索預(yù)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(zhǔn)確,分兩個(gè)步驟控制:
初定位。在鋼結(jié)構(gòu)施工場(chǎng)地拼裝預(yù)埋管定位架,在驗(yàn)收合格的預(yù)埋管定位架上測(cè)量放線,確定預(yù)埋管位置(相對(duì)標(biāo)高、中心線)并依此焊接可調(diào)裝置,并臨時(shí)固定。各鞍板與定位架橫桿及導(dǎo)管之間臨時(shí)點(diǎn)焊,在較高支點(diǎn)預(yù)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(yù)埋管與定位架單元起吊至塔頂,與預(yù)留骨架對(duì)位,調(diào)整至位置、標(biāo)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(cè)量檢查預(yù)埋管錨板及底口位置,根據(jù)測(cè)量結(jié)果利用可調(diào)螺栓微調(diào)預(yù)埋管至滿足坐標(biāo)要求(進(jìn)出口中心坐標(biāo)誤差≤3 mm),滿足要求后預(yù)埋管與定位架牢固焊接。
4.3.2 索導(dǎo)管安裝
主塔混凝土(預(yù)埋管)施工完成后,進(jìn)行索導(dǎo)管安裝。施工時(shí)以塔內(nèi)外升降平臺(tái)為操作平臺(tái)、墩旁塔吊為吊裝設(shè)備,利用塔內(nèi)斜拉索牽引系統(tǒng)輔助就位完成索導(dǎo)管的安裝。
索導(dǎo)管安裝前需清理預(yù)埋管錨板混凝土浮漿,在其上標(biāo)出錨固端十字中心線,并焊接4個(gè)定位擋塊。調(diào)整索導(dǎo)管錨板十字線與預(yù)埋管錨板十字線吻合,并焊接固定。在索導(dǎo)管出塔面內(nèi)側(cè)安裝封頭板。主塔節(jié)段混凝土施工完成后,在預(yù)埋管與索導(dǎo)管間壓注M50水泥漿。
銅陵公鐵兩用長(zhǎng)江大橋主塔規(guī)模宏大,單個(gè)主塔混凝土達(dá)28 092 m3,鋼筋鋼材4 037 t,預(yù)應(yīng)力鋼絞線609 t,波紋管37 078 m。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工程質(zhì)量要求高。施工中通過(guò)嚴(yán)密施工組織,合理配置施工設(shè)備,并采取優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì),規(guī)范施工技術(shù)與施工工藝,關(guān)鍵特殊工序先試驗(yàn)后實(shí)施等措施,有效地保證了主塔施工的安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。
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(責(zé)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(tái)人,工程師。