高塔柱施工方案选型

2014-07-07李璘琳

河南科技 2014年2期

关键词：塔柱塔吊选型

李璘琳

（中铁大桥局第五工程有限公司，江西九江 332000）

高塔柱施工方案选型

李璘琳

（中铁大桥局第五工程有限公司，江西九江 332000）

本文以福州琅岐闽江大桥4#主塔为例，从塔柱施工模板方案选型、横梁施工方案选择、混凝土泵送方案选择、塔柱施工塔吊、电梯设备选型等方面，较全面地介绍了高塔柱结构的施工特点和施工方案确定。

塔柱；横梁；爬模；混凝土；塔吊；电梯

1 工程概况

福州琅岐闽江大桥主桥跨径布置为60+90+150+680+150+ 90+60m=1 280m，4#墩主桥塔柱位于闽江主河道内。

4＃主塔为钻石型钢筋混凝土结构，由下、中、上塔柱及下、中、上横梁6部分组成，塔高为223m，桥面以上塔高162.435m。塔柱顺桥向宽度为7.2～12m，横桥向宽度为4.8～9m。

塔座高3m，下塔柱高48.6m，横桥向宽4.8～9m，顺桥向宽12m，采用单箱单室截面，基本壁厚为1.2m。中塔柱高97.9m，横桥向宽4.8m、顺桥向宽9.434～12m，采用单箱单室截面，基本壁厚为1.0m。上塔柱高73.5m，横桥向宽4.8m、顺桥向宽7.2～9.434m，采用单箱单室截面，基本壁厚横桥向为1.0m，顺桥向为1.5m，上塔柱内设有斜拉索锚块。

下横梁为等高梁与塔柱交接区设圆弧过渡段，横梁标准截面高7.0，宽12m，单箱单室截面。中横梁为变高预应力混凝土结构，中横梁跨中梁高5.0m，宽8.2m。上横梁位于塔柱顶端，将两塔柱连成整体，跨中梁高5.0m，实心矩形截面。

塔柱设计为钢筋混凝土构件，竖向主筋采用直径32mm的钢筋。下横梁、中横梁、上横梁设计均为预应力混凝土构件。斜拉索锚固区截面布置直径32mm预应力精轧螺纹粗钢筋。

塔柱工程量为钢筋：3 129t，混凝土总方量：17 243立方米，φ15.2mm钢绞线108.3t，φ32mm精轧螺纹粗钢筋：106.6t。

4#墩塔柱结构示意详见图1所示。

图1 4#塔柱结构示意图

2 施工特点及难点

2.1 高塔柱模板方案选型为本项目难点

主塔墩塔柱高达223m，索区钢筋预应力束布置密集，受力复杂，施工时材料运输、高空作业、混凝土的内实外美要求对施工工艺和机械设备要求较高，施工工期影响总工期。如何通过优选塔柱模板施工方案，确保塔柱混凝土浇筑质量及主塔施工工期为本项目的难点。

2.2 塔柱横梁施工方案选型为本项目难点

塔柱共设有三道横梁，分别为下横梁、中横梁、上横梁。各横梁结构复杂、钢筋密集，横梁施工与塔柱施工相互干扰因素多。如何通过优选塔柱横梁施工方案，确保塔柱横梁混凝土浇筑质量及主塔施工工期为本项目的难点。

2.3 超高塔柱混凝土泵送设备选型为本项目特点

塔柱高223m，混凝土总方量达到1.7万立方米，塔柱设计为C50高性能混凝土，塔柱高度大、混凝土浇筑方量大、混凝土浇筑质量要求高，混凝土泵送影响因素多。如何通过优选塔柱混凝土泵送方案，确保塔柱混凝土浇筑质量为本项目的特点。

2.4 高塔施工起重设备选型及布置为本项目难点

塔柱高223m，钢筋、钢绞线、预应力粗钢筋及劲性骨架等主体结构总吊装量约4 000t，另加各类临时结构安装、拆除工程量，整个塔柱施工期间总结构吊装工作量约为10 000t。塔柱施工吊装工程巨大，塔柱结构高度大，吊装工作受天气影响因素多，塔柱施工工期紧。如何通过优选塔柱起重设备选型及布置，确保塔柱施工过程中减小受起重工作因素影响，保证塔柱施工工期及施工安全为本项目难点。

2.5 塔柱人员通道布置及设备选型为本项目难点

塔柱施工期间，施工人员数量约有300人，每天塔柱人员上下总量达到1 300人次以上，且人员集中在上下班时间段，塔柱结构高度大，人员上下通道受天气影响因素大。如何通过优选塔柱人员通道布置及设备选型，确保塔柱施工过程中人员上下安全，减小受人员通道因素影响，保证塔柱施工工期为本项目难点。

3 解决方法及措施

3.1 高塔柱模板方案选型

结合4#墩塔柱结构特点，根据以往施工经验，塔柱模板方案选型可以考虑采用爬模、滑模和翻模施工方案。

滑模体系采用液压或机械动力进行提升，可以将施工平台及防护体系和模板结合，有较高的安全性，但由于受到滑模体系自身工作原理影响，模板提升需在已浇筑混凝土初凝后、终凝前进行，此时间节点受各类因素影响，实际控制较难，如模板提升时间过早则容易出现面层混凝土脱落，外观差；如模板提升时间过晚则容易出现模板提升困难情况。

翻模体系采用起重设备将模板逐层向上提升，翻模模板可采用钢模板，浇筑混凝土外观质量好、模板倒用次数多，但由于翻模每次提升均需利用起重设备，起重工作较大，工作效率较低，更为主要的是在高塔施工中由于受到其结构高度影响，翻模安全风险较大。

爬模体系采用液压动力进行提升，将施工平台及防护体系和模板结合，有较高的安全性，模板脱模时间及爬升时间均无特别要求。液压爬模可整体爬升，也可单组爬升，爬升稳定性好，操作方便，安全性高，可节省大量工时和材料；除了因为建筑结构的要求(如结构面突然缩进或形状突变)需要对模架改造之外,一般情况下爬模架一次组装后,一直到顶不落地；爬模施工的主要工序都实现了机械化作业，操作简便，易于管理。

通过比选，4#塔柱模板体系采用爬模系统分节浇筑。爬模施工塔柱分节需要考虑塔柱第一节浇注高度要满足爬模安装要求（至少4.1m）；横梁下倒角底口及上倒角顶口位置；塔柱截面突然变化处；上塔柱合拢段一起浇注完成；在爬模设计允许范围内最大浇注高度；分节高度尽可能一致（模板上爬锥预留孔位置不变）。整个塔柱共分38节施工，塔柱分节示意及爬模布置详见图2所示。

图2 4#塔柱分布示意图

3.2 塔柱横梁施工方案选型

琅岐闽江大桥塔柱设有下横梁、中横梁、上横梁三道横梁。下横梁为等高梁，与塔柱交接区设圆弧过渡段，横梁标准截面高7.0，宽12m，长度约41m，单箱单室截面，距离承台底高约45m。中横梁跨中梁高5.0m，宽8.2m，长度约24m，距离下横梁顶面约84m。上横梁位于塔柱顶端，将两塔柱连成整体，跨中梁高5.0m，实心矩形截面，距离中横梁顶面约62m。

3.2 .1 塔柱下横梁施工方案选型

下横梁跨度大，截面大，单位面积荷载大，距离承台顶高度较大，采用支承在承台顶面的落地支架方案。根据以往施工经验落地式支架可考虑采用大密度的满堂支架和大直径钢管桩贝雷梁支架两种方案。

大密度的满堂支架构件小、拼装方便、在场地较为空旷位置拼装速度较快，但其单根钢管荷载较小，钢管数量要求多，满堂支架拼装高度一般不宜超过20m，且根据塔柱实际施工场地情况，满堂支架拼装与塔柱施工相互干扰太大，如采用满堂支架法施工下横梁，将严重制约塔柱施工工期。

大直径钢管桩贝雷梁支架，单个构件大，拼装均需采取起重设备进行安装，结构受力明确，钢管桩数量少，在起重设备充沛的情况下，拼装速度快，支架拼装高度大。

通过比选，塔柱下横梁支架系统，确定采用大直径钢管桩贝雷梁支架体系，主受力钢管桩采用φ1 000*10mm，靠近塔柱附近采用依附在塔柱的受力牛腿支承，钢管桩顶布置2*HN700*300型钢分配梁，分配梁上布置贝雷梁，然后布置下横梁底模系统。下横梁钢管桩贝雷梁落地支架方案布置见图3所示。

图3 下横梁支架布置示意图

3.2 .2 塔柱中、上横梁施工方案选型

中横梁跨度约24m，距离下横梁顶面约84m，上横梁跨度约5m，距离中横梁顶面约62m。由于中横梁跨度适中、截面大、可考虑采用支承在下横梁顶面的钢管桩贝雷梁支架方案或依附在塔柱上的整体支架方案进行施工。

支承在下横梁顶面的钢管桩贝雷支架，结构受力明确、跨度可以任意调整，各类结构受力相对较小，但由于中横梁距离下横梁顶面约84m，如采用支承在下横梁顶面钢管桩方案，支架高度太大，支架结构受力影响因素增多，支架安装风险大，支架安拆工作量巨大。

依附在塔柱上的整体支架，其结构受力明确、跨度不能调整，主要杆件受力大，单位面积支架结构重量大，对起重设备要求较高，但由于其采用了模板、支架整体结构形式，主要工作均可在钢结构厂内制造完成，现场安装工作较小，安装质量可控，安装风险小。

通过比选塔柱中横梁支架体系，确定采用依附在塔柱上的整体支架结构，主受力杆件采用HN500*200型钢，靠近塔柱附近采用依附在塔柱的受力牛腿支承，支承牛腿上布置2*HN700*300型钢分配梁，分配梁上放置支架体系，为减小单块支架的重量，将中横梁支架沿着纵桥向每2m分为一个单元件，单元件吊装就位后采用螺栓连接成为一个整体。中横梁整体支架方案布置见图4所示。

上横梁支架施工方案选型与中横梁选型基本一致，采用依附在塔柱上整体支架方案。

图4 中横梁支架布置图

3.3 超高塔柱混凝土泵送设备选型

塔柱混凝土施工主要需要解决的难点为：超高混凝土泵送困难。

塔柱混凝土施工方案需要考虑的因素有：（1）选用高压输送泵，如果输送泵能力强则不设接力泵，直接将混凝土输送至塔顶；（2）若输送泵能力弱：设置接力泵，以达到所需要的泵送高度。

琅岐闽江大桥4#主塔输送泵选型及输送泵管布置：（1）输送泵及泵管均布置两套，以策保险；输送泵采用HBT90C高压输送泵，直接将混凝土输送至塔顶；（2）输送泵管沿塔柱外侧上升，穿过爬模支架到达塔柱各施工面。

3.4 高塔施工起重设备选型及布置

塔柱为高耸结构，为满足施工过程的吊装作业，需要选用适合的塔吊。塔吊的选型及布置方案主要需要考虑的因素：（1）塔吊吊重曲线，需要满足最大吊重和最远吊距要求；（2）塔吊位置尽量不要侵入主梁范围内；（3）塔吊附墙后允许最大自由悬高；（4）方便物资装卸与运输；（5）需要塔吊数量；（6）塔吊拆除方案；（7）经济适用性。

综合考虑确定：琅岐大桥4#墩性能较大塔吊选用波坦MC480，最大吊重25t，最大弯矩约为480t·m，塔吊附墙后最大悬臂高度67m，选用55m长度吊臂；性能较小塔吊选用波坦MC230，最大吊重10t，最大弯矩约为230t·m，塔吊附墙后最大悬臂高度42m，选用45m长度吊臂。

波坦MC480塔吊使用时间较短，布置在塔柱大里程上游侧，波坦MC480塔吊在塔柱施工完成后进行拆除，拆除工况塔吊吊臂朝向为纵桥向，将塔吊自降至承台面进行拆除。波坦MC230塔吊使用至斜拉索安装完成，布置在塔柱小里程下游侧，波坦MC280塔吊在斜拉索施工完成后进行拆除，拆除工况塔吊吊臂朝向为纵桥向，将塔吊自降至承台面进行拆除。

为避免两塔吊发生碰撞，将MC230塔吊布置在MC480塔吊下方，两塔吊始终保持10m以上高差，塔吊立面布置示意见图5。