王銳，彭鵬，李育才，劉益鋒，談磊

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040）

1 工程概況

馬鞍山公鐵兩用長(zhǎng)江大橋?yàn)樗木€鐵路+六車(chē)道城市快速路的公鐵合建橋梁，是安徽通往上海等長(zhǎng)三角城市的控制性工程，主橋采用112 m+392 m+2×1 120 m+392 m+112 m 三塔斜拉的跨徑布置形式，是目前世界最大跨度的三塔鋼桁梁斜拉橋，橋跨布置圖如圖1 所示。

圖1 馬鞍山公鐵兩用長(zhǎng)江大橋效果圖（m）Fig.1 Renderings of Maanshan Rail-cum-Road Yangtze River Bridge（m）

Z5 號(hào)邊塔中下塔柱為混凝土塔，上塔柱為鋼塔，下塔柱與承臺(tái)間設(shè)置有混凝土塔座，橋塔橫向?yàn)锳 型，縱向?yàn)镮 型。主塔總高306 m，中、

下塔柱混凝土結(jié)構(gòu)高215.5 m，鋼混結(jié)合段高3 m，上塔柱鋼塔高87.5 m，本文主要論述215.5 m混凝土塔施工技術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用效果。主塔結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 主塔結(jié)構(gòu)圖（m）Fig.2 Main tower structure diagram（m）

2 重難點(diǎn)分析

1） 混凝土塔柱高215.5 m，超高混凝土泵送難度大，混凝土性能要求高，且高空澆筑作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大。

2） 混凝土塔柱雙塔肢均為五邊形截面，最長(zhǎng)邊達(dá)16 m，截面尺寸大；混凝土總方量約3 萬(wàn)m3，工程體量大。

3） 本項(xiàng)目混凝土塔柱要求帶模養(yǎng)護(hù)≥3 d，且總養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14 d，相對(duì)于常規(guī)公路橋主塔養(yǎng)護(hù)7 d，養(yǎng)護(hù)齡期較長(zhǎng)，爬模爬升受限，施工協(xié)調(diào)難度大。

4） 下橫梁混凝土方量為2 451.5 m3，下橫梁支架預(yù)壓荷載大，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

5） 混凝土塔柱包括爬模、橫梁等分部工程施工，施工面多，且施工過(guò)程中存在爬模、塔吊、泵管、電梯等眾多設(shè)備的作業(yè)、安拆，在時(shí)間節(jié)點(diǎn)和空間節(jié)點(diǎn)上均存在諸多交叉，綜合施工組織難度較大。

3 總體施工布置與方案

3.1 總體施工布置

主墩處設(shè)置材料堆放、加工區(qū)2 個(gè)，混凝土塔柱施工期間，上下游側(cè)各設(shè)置1 臺(tái)施工升降梯作為人員上下行通道；上游側(cè)靠岸一邊設(shè)置1 臺(tái)800 t·m 塔吊，下游靠岸側(cè)設(shè)置1 臺(tái)400 t·m 塔吊作為施工起重設(shè)備；平臺(tái)上共設(shè)置2 處拖泵。總體施工平面布置圖如圖3 所示。

圖3 總體施工平面布置圖Fig.3 Overall construction layout plan

3.2 總體施工方案

混凝土塔柱共分成38 個(gè)施工節(jié)段，混凝土標(biāo)準(zhǔn)施工節(jié)段按照6 m 劃分[1]。具體施工步驟如下：

1） 頂層承臺(tái)澆筑前，埋設(shè)其他預(yù)埋件（下橫梁支架預(yù)埋件、施工升降梯平臺(tái)預(yù)埋件、泵管布置預(yù)埋件、勁性骨架預(yù)埋件等），同步施工塔座及1 號(hào)節(jié)段塔柱混凝土，施工步驟如圖4 所示。

圖4 施工步驟一Fig.4 Construction steps 1

2） 下塔柱外側(cè)采用智能液壓爬模施工[2]，塔柱內(nèi)腔為空間變截面，采用可伸縮式整體吊、安施工平臺(tái)，翻模法施工。

3） 下塔柱施工期間安裝橫梁支架，橫梁（下橫梁高度方向分2 次施工）與塔柱同步施工，全部澆筑完成且強(qiáng)度滿足要求后張拉預(yù)應(yīng)力束，施工步驟如圖5 所示。

圖5 施工步驟二Fig.5 Construction steps 2

4） 橫梁施工完畢后，中塔柱內(nèi)、外均使用液壓爬模系統(tǒng)施工，適時(shí)安裝主動(dòng)橫撐對(duì)上下游塔肢進(jìn)行鎖定，以控制塔柱應(yīng)力與線形[3]，施工步驟如圖6 所示。

圖6 施工步驟三Fig.6 Construction steps 3

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 混凝土塔液壓爬模法施工

1） 新型智能液壓爬模設(shè)計(jì)

采用新型智能液壓爬模系統(tǒng)，爬模共設(shè)6 層工作平臺(tái)，總高18 m，具體組成如下：

①爬模組成：工作平臺(tái)主要由上爬架、下吊架和平臺(tái)走道組成，從上至下分別劃分為鋼筋操作層、模板操作層和拆錨修飾層。

新型智能液壓爬模系統(tǒng)采用雙層修飾層設(shè)計(jì)，可確保爬模爬升后可繼續(xù)養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)，滿足本項(xiàng)目帶模養(yǎng)護(hù)≥3 d、總養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14 d（鐵路標(biāo)準(zhǔn)）的要求。

②養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)：主要由霧化機(jī)、養(yǎng)護(hù)幕布和密封設(shè)備等組成。霧化機(jī)作用于混凝土表面進(jìn)行噴霧保濕，養(yǎng)護(hù)幕布主要用于快速形成密閉空間。

③液壓系統(tǒng)：是一套集機(jī)械、液壓技術(shù)于一體的特種施工系統(tǒng)，包含實(shí)時(shí)監(jiān)控、位移傳感和智能同步等功能。

新型智能液壓爬模設(shè)計(jì)如圖7 所示。

圖7 新型智能液壓爬模Fig.7 New intelligent hydraulic climbing formwork

2） 安全防護(hù)優(yōu)化

主塔液壓爬模法施工時(shí)，對(duì)其操作平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為確保爬模爬升順利，常規(guī)爬模平臺(tái)與主塔外塔壁間一般設(shè)置15 cm 左右間隙，現(xiàn)增設(shè)可折疊平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)防護(hù)無(wú)死角。安全防護(hù)優(yōu)化如圖8 所示。

圖8 主塔施工安全防護(hù)優(yōu)化Fig.8 Optimization of safety protection during main tower construction

3） 主塔鋼筋精細(xì)化施工

通過(guò)定制鋼筋定位卡具、推行“八字”綁扎法及“氣體保護(hù)焊接”焊接工藝、防雷接地鋼筋均接長(zhǎng)1 m 并做標(biāo)識(shí)等措施，實(shí)現(xiàn)鋼筋施工標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化，確保施工質(zhì)量。

4） 勁性骨架裝配化施工

為保證鋼筋精確定位，主塔施工設(shè)置桁架式勁性骨架，勁性骨架設(shè)計(jì)高6.3 m，骨架單元體采用型鋼焊接而成，立桿均為∠100×10 mm 角鋼，聯(lián)結(jié)系為∠63×6 mm 角鋼。

主塔施工時(shí)，勁性骨架多為桿件或片狀吊安[4]，本項(xiàng)目為方便運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)定位安裝，采用塊體裝配化施工，勁性骨架共分為10 個(gè)塊體。勁性骨架分塊如圖9 所示。

圖9 勁性骨架分塊圖Fig.9 Block diagram of rigid skeleton

4.2 可伸縮式整體吊安施工平臺(tái)

塔柱內(nèi)腔為空間變截面，支架模板施工較為復(fù)雜，類(lèi)似項(xiàng)目均采用扣件式腳手架或非全封閉平臺(tái)的常規(guī)方案[5]，施工工期長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)大。本項(xiàng)目創(chuàng)新性地使用可伸縮整體吊安施工平臺(tái)，可適應(yīng)各節(jié)段施工，簡(jiǎn)單方便，解決了空間變截面的難題。具體方案如圖10、圖11 所示。

圖10 常規(guī)方案圖Fig.10 Conventional scheme diagram

圖11 可伸縮整體吊安方案圖Fig.11 Telescopic overall lifting and installation plan diagram

方案比選情況見(jiàn)表1。

表1 方案比選Table 1 Comparison and selection of schemes

通過(guò)方案優(yōu)化，解決了內(nèi)腔空間五邊形變截面的難題，并在本項(xiàng)目成功實(shí)施，上一節(jié)段（6 m）施工完成后，調(diào)整伸縮件以適應(yīng)下一節(jié)段尺寸，通過(guò)塔吊整體起吊安裝，節(jié)約了大量人工和材料消耗，安全風(fēng)險(xiǎn)低。

4.3 下橫梁施工

主塔僅設(shè)置1 道橫梁，橫梁為單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)38.48 m，寬12.0 m，高8.0 m，橫梁頂、底板均設(shè)置預(yù)應(yīng)力，C60 混凝土共2 451.5 m3，下橫梁和塔柱采用同步澆筑工藝[6]，下橫梁采用落地支架法施工[7]。

1） 鋼筋定位卡

本項(xiàng)目下橫梁尺寸大，長(zhǎng)邊長(zhǎng)度為38.48 m，鋼筋放樣難度大，安裝撓度大，精度控制難度高。下橫梁鋼筋綁扎時(shí)，采用腳手架+角鋼卡具定位主筋，大大改善了鋼筋安裝精度。

2） 支架裝配化施工

下橫梁采用落地支架法施工，從承臺(tái)上搭設(shè)支架立柱與平聯(lián)，安裝主梁和縱橫向分配梁，最后鋪設(shè)底模[8]。

下橫梁支架鋼管通過(guò)法蘭盤(pán)裝配式連接安裝，減少高空焊接作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)低；支架牛腿采用裝配化爬錐，操作方便，節(jié)約材料，施工效果好。

3） 對(duì)拉預(yù)壓

因下橫梁自重較大，若采用重物堆載的方式所需重物體積過(guò)大，故采用預(yù)應(yīng)力鋼筋反拉預(yù)壓的方法對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，具體方法為：通過(guò)將預(yù)應(yīng)力鋼筋（精軋螺紋鋼）兩端分別錨固在承臺(tái)與支架中，并對(duì)精軋螺紋鋼進(jìn)行張拉，形成張拉力反作用于支架，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的預(yù)壓。支架對(duì)拉預(yù)壓如圖12 所示。

圖12 下橫梁支架對(duì)拉預(yù)壓（mm）Fig.12 Lower crossbeam bracket tension preloading（mm）

本次施工分2 次進(jìn)行預(yù)壓，通過(guò)將2 次預(yù)壓的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，觀察實(shí)際彈性變形量與計(jì)算量的誤差是否在容許范圍內(nèi)。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，一般非彈性變形量較小，在1 cm 范圍內(nèi)，需對(duì)比2 次預(yù)壓結(jié)果，觀察支架的非彈性變形是否已消除，通過(guò)計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)預(yù)壓結(jié)果，確定模板預(yù)抬值。

4.4 溫控

主塔設(shè)置溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本工程大體積混凝土構(gòu)件無(wú)線化監(jiān)控及智能化的數(shù)據(jù)處理和控制，是具備數(shù)據(jù)分析、信息推送及預(yù)警、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等功能的一體化智能溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)混凝土溫控智能化，大幅降低混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。溫控仿真計(jì)算如圖13 所示。

圖13 溫控仿真計(jì)算Fig.13 Simulation calculation of temperature control

Z5 號(hào)主塔中、下塔柱6 m 節(jié)段布置7 層冷卻水管；橫梁第1 層布置5 層冷卻水管，橫梁第2層布置7 層冷卻水管，冷卻水管水平間距0.8 m、豎直間距0.8 m。溫度測(cè)點(diǎn)布設(shè)包括表面溫度測(cè)點(diǎn)（在構(gòu)件中心部位短邊長(zhǎng)邊中心線表面以下5 cm布置），內(nèi)部測(cè)溫點(diǎn)（布置在構(gòu)件中心處）。

5 應(yīng)用效果

5.1 混凝土塔液壓爬模法施工應(yīng)用效果

1） 新型智能液壓爬模系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定可實(shí)現(xiàn)帶模養(yǎng)護(hù)和爬模爬升的周期控制，測(cè)溫系統(tǒng)和養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的交互可實(shí)現(xiàn)霧化保溫和冷卻循環(huán)的自動(dòng)控制。通過(guò)分析前節(jié)段抗裂效果，結(jié)合不同節(jié)段溫度情況，調(diào)整后續(xù)施工的各項(xiàng)參數(shù)，且施工現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)幕布可快速形成密閉空間，養(yǎng)護(hù)期間可做到很好的保濕、防風(fēng)效果，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際養(yǎng)護(hù)效果較好，混凝土表面無(wú)干裂現(xiàn)象，裂紋極少。

2） 通過(guò)在混凝土塔外壁與爬模間設(shè)置可折疊平臺(tái)，主塔爬模爬升時(shí)可豎向折疊，確保爬升無(wú)磕碰干擾。爬升完成后平鋪使用，鋼筋、模板及混凝土施工時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)無(wú)死角防護(hù)。主塔節(jié)段爬模法施工過(guò)程中，掉落雜物通過(guò)折疊平臺(tái)回收，實(shí)現(xiàn)塔下零雜物掉落，安全防護(hù)效果顯著。

3） 主塔施工前，對(duì)全體鋼筋班組進(jìn)行鋼筋連接施工技術(shù)交底，主要為“八字”綁扎和“氣保焊”，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎更為規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也杜絕了因常規(guī)焊接電流控制失誤對(duì)鋼筋的損傷，鋼筋連接施工質(zhì)量大大加強(qiáng)。

4） 常規(guī)小截面混凝土節(jié)段施工時(shí)，常采用骨架整體吊裝；大截面混凝土節(jié)段施工時(shí)，常采用骨架桿件或片體吊裝后散拼。本項(xiàng)目單塔肢最大截面尺寸為16 m×12.5 m，若采用常規(guī)桿件或片體吊裝后散拼，工作量較大。本項(xiàng)目采用分塊法施工，主塔鋼筋勁性骨架在鋼結(jié)構(gòu)加工廠分塊、分節(jié)段制作，平板車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，用塔吊分塊吊裝組拼，塔頂只需簡(jiǎn)單地連接即可，方便快捷，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。

通過(guò)新型液壓爬模設(shè)計(jì)解決鐵路養(yǎng)護(hù)齡期長(zhǎng)的難題，通過(guò)精細(xì)化施工改善鋼筋施工質(zhì)量，通過(guò)爬模與塔壁增設(shè)折疊平臺(tái)實(shí)現(xiàn)防護(hù)無(wú)死角，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化塊體安裝提高精度，大大推動(dòng)了混凝土塔節(jié)段的施工進(jìn)展，尤其是鋼筋精細(xì)化工序，鋼筋安裝每個(gè)節(jié)段可節(jié)約1.5 d，效果較好，為后續(xù)超高混凝土塔液壓爬模法施工提供了強(qiáng)有力的參考依據(jù)。

5.2 可伸縮式整體施工平臺(tái)應(yīng)用效果

主塔為A 字形塔，雖塔肢傾斜角度較小，但塔肢內(nèi)腔為變截面結(jié)構(gòu)，通過(guò)伸縮件解決了變截面整體支架難題。單個(gè)6 m 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段施工中，內(nèi)腔支架整體吊安相對(duì)常規(guī)扣件支架、沿臂體四周托架平臺(tái)等節(jié)約工期約18 工日（3 d×6 人），且采用多層全封閉式整體平臺(tái)，主塔施工時(shí)極為方便，大大降低了內(nèi)腔施工安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用效果好。實(shí)施效果如圖14 所示。

5.3 下橫梁施工應(yīng)用效果

1） 鋼筋定位卡具放樣完成后進(jìn)行固定，將下橫梁主筋安裝至卡槽中，解決了長(zhǎng)度近40 m 的下橫梁鋼筋定位問(wèn)題。本項(xiàng)目下橫梁鋼筋施工中，實(shí)現(xiàn)鋼筋安裝毫米級(jí)誤差，節(jié)約了大量因長(zhǎng)邊主筋放樣難、多種鋼筋分別放樣沖突、間距不均勻?qū)е落摻盥┭b或無(wú)法安裝等造成的返工成本，鋼筋安裝一次到位，一次成型，保護(hù)層等均滿足要求，且齒塊等其他埋件施工時(shí)均未與主筋沖突，效果較好。

2） 下橫梁支架采用可周轉(zhuǎn)爬錐式，大幅度減少了預(yù)埋件數(shù)量，減少了材料費(fèi)用的投入，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋焊接量少，施工較為方便；支架搭設(shè)過(guò)程中，通過(guò)裝配式連接大大提高了施工工效。

3） 根據(jù)下橫梁施工最不利工程荷載轉(zhuǎn)化為千斤頂對(duì)拉力，在承臺(tái)中預(yù)埋18 根32 mm 精軋螺紋鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)反拉預(yù)壓，分批次通過(guò)千斤頂對(duì)拉進(jìn)行模擬預(yù)壓，實(shí)測(cè)變形與理論計(jì)算幾乎相近，節(jié)約了近上萬(wàn)噸（2 451.5 m3混凝土）的預(yù)壓材料，節(jié)約預(yù)壓及卸載時(shí)間20 d，實(shí)施效果較好，確保了下橫梁的施工安全和進(jìn)度。對(duì)拉預(yù)壓實(shí)拍如圖15所示。

圖15 下橫梁支架對(duì)拉預(yù)壓實(shí)拍圖Fig.15 Photo of tension preloading of lower crossbeam bracket

下橫梁施工過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況或其他變化因素，分別對(duì)塔梁同異步施工、臨時(shí)設(shè)計(jì)、預(yù)壓方式及澆筑順序等各工藝進(jìn)行優(yōu)化，解決了下橫梁混凝土施工體量大、預(yù)壓荷載大、內(nèi)外溫差控制難、高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高等難題，大大推進(jìn)了下橫梁施工。

5.4 溫控應(yīng)用效果

下塔柱及下橫梁施工中，通過(guò)智能溫控系統(tǒng)控制、檢測(cè)、調(diào)節(jié)等，混凝土強(qiáng)度上升較快，裂紋較少，表面外觀檢查及第三方檢測(cè)結(jié)果較好，冷卻水管布置方式及間距等對(duì)后續(xù)大截面混凝土塔柱施工提供了參考。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和對(duì)后續(xù)超高主塔施工建議如下：

1） 超高主塔節(jié)段較多，截面較大，鋼筋放樣繁瑣，可采用定位卡、“八字”綁扎等精細(xì)化工序，確保鋼筋安裝精度，減少放樣和返工時(shí)間，大大提高施工工效；

2） 鐵路項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)一般不小于14 d，后續(xù)項(xiàng)目主塔液壓爬模設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)置雙層養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)平臺(tái)，確保爬模爬升后仍可進(jìn)行養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)，確保主塔施工進(jìn)度；

3） 超高主塔塔肢傾斜且內(nèi)腔為變截面時(shí)，可設(shè)置伸縮支架平臺(tái)，整體吊、安，極為方便，且安全可靠；

4） 超高主塔下橫梁一般較長(zhǎng)，施工體量大，下橫梁支架可采用裝配化施工；若圖紙、規(guī)范或業(yè)主有預(yù)壓要求時(shí)，可采用預(yù)埋精軋螺紋鋼對(duì)拉代替常規(guī)大體量堆載預(yù)壓。

本項(xiàng)目通過(guò)新型智能化設(shè)備研發(fā)、裝配化設(shè)計(jì)施工和精細(xì)化工藝管理等方法，大大推進(jìn)了215.5 m 高混凝土塔的順利實(shí)施。目前本項(xiàng)目混凝土主塔幾近完成，智能化建造程度高，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果較好，具有良好的社會(huì)效益，對(duì)后續(xù)超高混凝土塔施工具有重要的指導(dǎo)意義。