甬江主桥北岸索塔施工关键技术

2015-06-01任世朋朱元元

铁道建筑 2015年8期

关键词：中塔爬模索塔

任世朋，朱元元

(中铁四局集团第二工程有限公司，江苏苏州 215131)

甬江主桥北岸索塔施工关键技术

任世朋，朱元元

(中铁四局集团第二工程有限公司，江苏苏州 215131)

介绍甬江主桥(主跨468 m钢箱混合梁斜拉桥)北岸索塔的施工，对大跨度双塔斜拉桥索塔、液压爬模下横梁、中塔柱合龙段和钢锚箱施工等关键技术作了较详细的阐述，并对索塔施工设备的选型、安装拆除时机作了叙述。工程实践表明，该索塔施工方法合理，对铁路斜拉桥的索塔施工提供了参考实例。

斜拉桥索塔下横梁液压爬模锚箱

1 工程概况

宁波铁路枢纽工程是国家铁路网规划的重要建设工程之一，甬江主桥为该工程关键项目，长909 m，是国内首座铁路钢箱混合梁斜拉桥。

甬江主桥为钢箱混合梁半漂浮体系，采用(53+ 50+50+66+468+66+50+50+53)m跨径布置，边跨及部分中跨244.5 m主梁为预应力混凝土箱梁，部分中跨419 m主梁为钢箱梁。全桥布置见图1。

图1 桥型立面(单位:m)

桥塔采用钻石型索塔，桥面以上索塔采用倒Y形，桥面以下塔柱内缩为钻石形。塔底以上全高177.91 m，桥面以上塔高 141.5 m，桥面以下塔高36.41 m，桥面以上塔的高跨比为1∶3.307。索塔纵向宽度由塔顶9 m线形加宽至塔底12.53 m。

下塔柱为两分离内倾斜塔柱，单箱单室截面壁厚为1.5 m;中塔柱为两分离内倾斜塔柱，单箱单室截面，顺桥向壁厚1.4 m，横桥向壁厚1.2 m。中塔柱和下塔柱在塔梁交接处设下横梁，下横梁采用等宽度变高度截面全预应力混凝土结构。上塔柱斜拉索锚固区横桥向宽9 m，采用单箱双室截面，顺桥向壁厚1.4 m，横桥向壁厚0.8 m(见图2)。

图2 索塔构造示意(单位:cm)

为保证斜拉索与索塔锚固区结构受力的可靠性和运营期的安全性，索塔锚固采用内置整体式钢锚箱，单塔钢锚箱共计48节，其中C类钢锚箱高5.66 m、质量29.6 t，其余A类和B类钢锚箱质量均在9～15 t。

2 施工技术难点

1)塔柱结构复杂，施工设备选型与安装时间点非常关键。

2)索塔高177.91 m，C50高性能混凝土黏度大、坍落度小，泵送施工难度大。

3)下横梁与索塔交汇处，截面高度大、钢筋密集、预应力众多，施工难度大。

4)中塔柱合龙段为拱形结构，支架及模板设计及施工难度大。

5)钢锚箱自重大、体积大、精度要求高。

3 索塔施工主要机械设备

甬江北岸索塔施工的主要机械设备为塔吊、电梯和混凝土输送泵。

3.1 塔吊

为满足左右塔肢同时施工，中塔柱及下塔柱施工期间设置2台塔吊。综合考虑荷载、场地及清水浦大桥距离，右塔肢安装QTZ6016型塔吊，左塔肢采用特制臂长25 m的TC5013型塔吊。

综合考虑钢锚箱吊装、爬模拆除等因素，中塔柱合龙段施工前安装 TC7052型塔吊，拆除 QTZ6016及TC5013型塔吊。

3.2 施工电梯

现场设置2台上海宝达SCQ200型施工电梯。下塔柱及中塔柱施工期间，左右塔肢各安装1台施工电梯，满足左右塔肢同时施工需要。中塔柱合龙段施工时，拆除右塔肢电梯;中塔柱合龙段施工完成后，在左塔肢与上塔柱交汇处设置电梯平台，安装垂直电梯。

3.3 混凝土输送泵

塔冠距离地面高度约为180 m，泵送压力高，C50高性能混凝土坍落度小、黏性大泵送困难。考虑弯头处压力损失和泵送压力储备，选用三一重工的HBT80C混凝土拖泵，该拖泵有电力驱动和柴油机驱动两种类型，为保护环境、节约成本选用电力驱动型。其主要技术参数:理论混凝土输送量87.8 m3/h，理论最大输送距离水平1 000 m，垂直320 m。

4 施工流程及关键技术

4.1 混凝土工程

索塔C50混凝土坍落度控制在180～220 mm，经过试验选用的混凝土配合比见表1。

混凝土配合比

表1 索塔C50

1)夏季泵送混凝土措施

7至9月份气温达38℃，泵管在混凝土输送摩擦和阳光暴晒下温度高达55℃，混凝土坍落度损失大，容易发生堵管现象。采用给泵管缠绕土工布并浇水降温的措施，利于混凝土泵送。

2)混凝土养护措施

由于索塔截面变化大，并存在混凝土龄期差等原因，塔柱根部易产生收缩裂缝［1］。为避免裂缝的产生，每节索塔混凝土终凝后覆盖土工布并洒水，模板拆除后喷洒混凝土养护液养护［2］。

4.2 液压爬模系统

索塔采用北京卓良ZPM-100型液压爬模施工，主要由模板、预埋件、支架和液压系统4部分构成。模板系统由工字木梁和维萨板组成;预埋件包含埋件板、高强螺杆、受力螺栓和爬锥;支架系统由承重三脚架、后移装置、平台、爬升导轨、附墙装置和主背楞组成;液压系统主要由液压泵站、油缸、阀门、胶管、液压阀和配电装置组成［3-5］。液压爬模构造示意如图3。

液压爬模优点如下:①成品混凝土外观质量好;②有利于混凝土面的养护;③钢木模板体系刚度大、质量轻;④爬模动力来源是本身自带的液压顶升系统，架体整体提升，施工效率高;⑤爬模架体采用双埋件，单个架体的安全储备为4倍荷载，保证了高空施工的安全性;⑥架体把索塔围成一圈，形成封闭的六层平台，保证高空作业安全性。

4.3 劲性骨架

劲性骨架安装在索塔两层主筋内侧，起测量定位、钢筋及预应力筋定位、承受人员及部分施工荷载的作用［6］。塔座浇筑前按照设计位置安装劲性骨架预埋件，骨架立柱采用∠75×75×8角钢，斜撑及平联均采用∠50×50×6角钢。劲性骨架在加工棚预制焊接为6 m标准段，吊装至作业平台后焊接成整体［7］，便于钢筋和预埋件定位。

图3 液压爬模构造示意

4.4 下横梁施工

1)下横梁支架

下横梁施工采用钢管支架体系，钢管立柱型号为φ530 mm壁厚10 mm，平联及斜撑为［20mm，落架砂筒上安装400 mm×400 mm的HW型钢分配梁;中间设置4片加强型贝雷梁，两端设置异型桁架连接贝雷梁;其上布设间距为0.75 m的I12工字钢和6 mm钢模板。支架结构形式布置见图4。

图4 索塔下横梁支架布置

2)混凝土施工

下横梁高6～7.9 m，第6，7节索塔和下横梁混凝土共计962 m3，分两次浇筑［8］，第一、二次浇筑高度分别为4.2 m和1.8 m。

3)下横梁施工程序

①支架搭设、安装平联、砂筒、分配梁、贝雷梁及底模;②安装横梁及索塔第6节劲性骨架，绑扎钢筋与预应力钢绞线;③第6节液压爬模爬升，横梁侧模及内模安装，预埋件定位;④检查验收后，第一次浇筑混凝土;⑤混凝土养护、接茬面凿毛，安装横梁与索塔第7节劲性骨架，绑扎钢筋;⑥根据要求对部分预应力束进行初张拉;⑦索塔第7节液压爬模爬升，下横梁外侧模及埋件安装;⑧全面检查验收后第二次浇筑混凝土;⑨混凝土龄期及强度满足张拉条件后，预应力束张拉至设计值，真空辅助压浆［9］。

4.5 中塔柱“拉杆—撑杆”施工

中塔柱施工期间为保证结构应力和线形受控，在施工过程中设置主动拉杆，控制索塔混凝土应力不超过0.5 MPa。下塔柱拉杆采用φ32 mm精轧螺纹钢，5根平行布置;中塔柱撑杆采用 φ530 m×10 mm钢管，两根平行对称布置，层间距为18 m。

采用穿心式千斤顶对拉杆精确施加主动力。为准确地掌握索塔应力值及变化情况，在索塔下根部、下横梁中部及拉杆处等位置，安装应力传感器，对索塔施工各个阶段应力实时监控，并对结构线形复测。实际监控测量数据表明:施工各阶段内力变化可控，成塔后线形符合设计要求。

4.6 中塔柱合龙段施工

1)中塔柱左右塔肢交叉施工

受中塔柱两肢间距离和液压爬模平台宽度影响，中塔柱施工至第18节段时，两塔肢将不能同时平行施工，一侧暂停施工，另一侧继续施工两个节段之后拆除内侧爬架，暂停该侧施工。另外一侧继续施工至同一标高，拆除内侧爬架，将两肢模架组拼成整体，然后进行合龙段施工。

2)拱形骨架设计与施工

拱架单元由半圆拱形构件、撑杆和水平横杆组成，连接处均满焊。拱架单元顺桥向间距为0.6 m，共设18片拱架单元。单片拱形支架预先在地面加工场地精确制作，然后单片吊装至指定位置拼装。拱形支架结构形式布置见图5。

4.7 钢锚箱安装定位

钢锚箱主要由侧面拉板、端板、承压板、横隔板和加劲肋等组成，构造见图6。锚箱在工厂预拼装后运至现场，除C类钢锚箱分两块吊装外均独立吊装。

1)基座钢锚箱安装

C类钢锚箱为锚固区第一节钢锚箱，又称基座钢锚箱，具有体积大、自重大、定位精度要求高等特点，安装精度直接影响整个钢锚箱线形，对索长确定以及张拉力影响较大。

图5 拱形支架结构示意

图6 钢锚箱构造示意

在型钢基座上设钢管支架体系，与型钢基座焊接，用于支承钢锚箱中隔板，可满足钢锚箱分块吊装定位需要。型钢基座上焊接千斤顶后座板，安装三向式千斤顶微调系统，实现对基座钢锚箱的精调、定位。

2)钢锚箱连接板安装

钢锚箱吊装时将连接板从侧面向钢锚箱靠拢，在定位螺栓孔内插入定位销钉后解扣。另一侧连接板仍然要从侧面向钢锚箱靠拢，人工手扶调整，使先穿入的定位销钉再穿入该连接板的定位螺栓孔，装好定位销钉后拆除吊具，在两块连接板之间打入冲钉后，连接板即将两半幅钢锚箱连成整体［10］。

3)高强螺栓安装

连接板安装完成后，逐个抽出定位销钉更换为高强螺栓，经过初拧、复拧、终拧后使其达到规范规定的扭矩值［10］。

4)钢锚箱测量技术

由于日照对索塔平面位置影响较大［11］，测量作业均在夜间进行，钢锚箱平面测量采用天宝S6全站仪，高程定位采用三角高程测量。

4.8 预应力施工

索塔钢筋施工时安装预应力精轧螺纹钢筋，检查验收后浇筑本节混凝土。液压爬模爬升前，检测上一节混凝土强度，合格后按设计规定分批对预应力筋进行张拉。终张拉结束后要在24 h以内进行真空辅助压浆。

5 结语

针对甬江主桥北岸索塔的结构特点和桥址环境，从索塔施工机械设备选型、液压爬模施工塔身、支架现浇下横梁、拱架施工合龙段、吊装定位钢锚箱等方面研究索塔施工关键技术，解决了铁路斜拉桥钻石型索塔施工难题，可为类似索塔施工提供参考。

施工区5至6月为梅雨季节，高空作业又湿又滑，施工效率明显降低。7至9月份为台风期，台风来临前对液压爬模进行安全评估，为确保安全多采用停止作业加固爬模的应急措施，对施工进度影响较大。甬江北岸索塔高177.91 m，分33节浇筑，原计划13个月完成，实际施工周期为15个月，类似项目可尽早完成基础施工，为索塔施工赢得宝贵时间。

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(责任审编赵其文)