马鞍山长江大桥中塔钢-混凝土叠合段施工关键技术*

吕奖国　殷永高　向文凤　吴义龙　丁　蔚

(安徽省高速公路控股集团有限公司1)　合肥　230088)　(中铁大桥局集团第四工程有限公司2)　南京　210031)

马鞍山长江大桥中塔钢-混凝土叠合段施工关键技术*

吕奖国1)殷永高1)向文凤1)吴义龙2)丁蔚1)

(安徽省高速公路控股集团有限公司1)合肥230088)(中铁大桥局集团第四工程有限公司2)南京210031)

摘要：马鞍山长江大桥中塔设计为钢-混凝土叠合塔，叠合段处于钢-混凝土结构过渡部分，钢塔荷载通过混凝土顶面直接传递，混凝土顶面与钢塔柱底座板接触的密贴性是保证结构安全的关键.通过试验确定叠合段混凝土配合比、施工工艺，开展1/4模型试验验证施工工艺的可靠性.在离钢塔柱2 m处设置后浇混凝土叠合段，采用195 cm自密实混凝土+5 cm高性能砂浆，成功解决了叠合段混凝土浇筑难题.最后进行钢混接头无粘结预应力的张拉，确保了钢塔柱与混凝土塔柱之间无缝连接.

关键词：钢-混凝土叠合；模型试验；自密实混凝土；无粘结预应力

吕奖国(1983- ):男，硕士，工程师；主要研究领域为桥梁工程及其项目管理

0引言

马鞍山长江大桥左汊主桥为2 m×1 080 m三塔两跨悬索桥，中塔采用钢-混凝土叠合塔，塔高175.8 m(承台顶面以上)，见图1.采用钢-混凝土叠合塔，使中塔合成刚度适中,有效降低了主缆在中塔两侧产生的不平衡缆力,提高了主缆与鞍座间的抗滑移安全系数.同时,采用钢-混凝土叠合塔,水中及水位变化区为混凝土结构,避免钢塔部分被江水浸渍,保证了结构耐久性[1].钢-混凝土叠合段如图2所示.

图1　中塔示意图(单位：cm)

大桥钢混接头[2-3]采用新型的钢混叠合结构，在混凝土下塔柱顶面布置钢塔柱的T1节段，通过110束无粘结预应力将两者锁紧.

T1节段高5.8 m，底板平面尺寸为15.9 m×7.8 m，下塔柱顶平面尺寸为17.0 m×9.2 m,叠合段混凝土浇筑时，大部分面积均位于T1节段底座板下.为方便混凝土布料，保证其与底板面密贴，T1底座板上开有浇筑孔、振捣孔、排气孔等大小不等的孔.

在塔柱施工过程中需保证钢塔柱T1节段底板与下塔柱顶面密贴，因此在下塔柱施工过程中预留2 m混凝土后浇段(也称叠合段).叠合段内有110束钢绞线钢管穿过，从上到下布置有7层钢筋，混凝土下料只能通过钢塔隔板上预留孔送入底座板下，作业条件较差，浇筑质量要求高.

1总体施工方案

叠合段施工总的方案是：下塔柱施工至预留后浇段位置，完成下塔柱全部钢绞线张拉后，在塔柱顶安装钢塔T1节段调节支撑装置——定位立柱，浮吊起吊安装T1并调整定位，浇注下塔柱顶面2m的叠合段混凝土和预应力锚下混凝土，待混凝土强度达到设计要求后，张拉部分无粘结预应力，固定钢塔柱.

1.1定位立柱施工

钢-混凝土叠合段共布置6个定位柱(见图2)，位置避开预应力钢筋，定位柱平面尺寸为80 cm×80 cm，高为2 m，顶上设钢板，钢板上开有锚杆孔、混凝土浇筑孔等，立柱为钢筋混凝土结构，在下塔柱施工时预埋竖向钢筋.

图2　定位柱及千斤顶布置示意图

T1与立柱通过在定位柱上的4个锚固螺杆锁定，定位柱施工时在相应位置用直径100 mm钢管预留孔洞，待T1节段调位完成后插入锚杆，用环氧砂浆固定后再进行锁定.

定位柱位置由测量组放样确定，平面位置偏差小于10 mm，预留孔偏差小于10 mm，顶面标高低于设计钢-混凝土叠合面10～20 mm，在T1节段精确调整后注入支座压浆料完成标高的锁定.通过顶口下料孔进行混凝土浇筑并振捣，保证混凝土浇筑质量.

1.2钢塔柱T1节段安装

T1节段为580 t，采用四点吊装，吊装设备为新制1 000 t浮吊.

为精确调整T1节段位置，在支架顶及下塔柱顶设置有调节装置，可以实现平面、竖向调整，系统由竖向、水平向千斤顶，钢垫块、滑动装置等组成，可方便调节T1节段位置.单个塔柱T1节段下竖向顶采用4台500 t千斤顶，水平顶采用1台50 t千斤顶.

调整完成后，对竖向、水平向顶进行锁定，在混凝土中立柱中插入与钢塔锚固的锚杆，再灌入环氧砂浆将锚杆固定.

将立柱四周与钢塔底座板间缝隙用环氧砂浆封闭，并留好进浆孔与出气孔，在钢座板与立柱间灌入支座灌浆料，以保证立柱与T1节段的有效连接.

灌浆料在灌浆后数小时即可发挥承载作用，强度达到50 MPa后，将锚杆与T1锁定，并撤除水平、竖向千斤顶，拆除调节装置，连接预应力钢管，进行叠合段浇筑施工.

2叠合段混凝土施工试验研究

2.1小尺寸模型试验

小尺寸模型主要对混凝土材料的浇筑及性能进行试验，分80 cm×80 cm×20 cm和40 cm×40 cm×20 cm2种.根据有关资料[4-5]，要求混凝土在保证C50强度的同时，满足泵送需要，坍落度大于20 cm，1 h后坍落度损失控制在2 cm，扩展度大于60 cm，初凝时间大于8 h，有收缩补偿能力，硬化后体积无明显收缩.虽然聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土相比普通混凝土具有更好地受力性能[6]，但由于浇筑过程中难以保证其具有较好的流动性，因此试验与正式施工所使用的混凝土均为自密实混凝土，未添加纤维材料.

第一阶段试验过程中，不论怎样调整配合比，优化浇筑工序、振捣工艺，混凝土表面始终存在较多小气泡.经分析发现，混凝土自身含气及顶部密封是造成混凝土顶面与钢板接触面存在较多气泡的原因.混凝土自身含气量可以通过措施减少但不能彻底消除，顶板粘附的气泡在混凝土流动的情况下有减少，但还是不能完全解决，混凝土顶面与钢板接触面存在较多气泡问题靠采取以上措施不能完全解决.要想彻底消除顶面气泡，取得较好效果，必须在顶面建立气泡逸出通道.

第二阶段试验根据大型支座压浆效果较好的实际情况，决定对小尺寸模型表面与顶板接触处5 cm高度用高强度砂浆填充，检查其顶部的接触情况.具体做法为：当混凝土浇筑到距顶板5 cm并振捣完成后，用砂浆从浇筑孔灌入，流出模板外的砂浆再回收后循环灌入，并逐渐将周边孔封堵以改变砂浆流动方向.

分析认为，采用砂浆浇筑叠合段顶面时，砂浆流动充分，通过循环浇筑方式可以增大砂浆的流动范围，带走大部分粘附在钢板上的气泡，其最终效果较混凝土好.

2.2叠合段1/4模型试验

为进一步验证，决定开展叠合段1/4模型试验，以验证顶部采用压浆工艺的实施效果.模型试验采用足尺比例，在混凝土材料、结构构造,以及尺寸、浇筑工艺等方面均实桥一致.另外，试验模型混凝土周边尺寸比T1底座板尺寸均小50 cm左右，其浇筑条件较实桥相对苛刻.考虑到叠合段结构在平面上的对称性，选取叠合段1/4范围的结构进行试验.

为保证砂浆能够顺利流动并保证一定的压力，在中部浇筑孔竖5根直径20 cm、高2 m的钢管与模板连接，最后浇筑砂浆时从钢管内灌入.

通过汽车泵布料，将混凝土分层进行浇筑，振捣棒进行振捣，保证混凝土面基本平整，到预定标高时，将浇筑孔、振捣孔用木板封闭，从钢管中浇筑砂浆，用桶将从出浆口流出的砂浆重新灌入.

试验完成后将模板拆除，混凝土表面情况如下：侧面光滑密实，与小尺寸模型试验情况相同；顶面与模板粘结紧密，气泡数量少，单个气泡面积小，比小尺寸模型试验结果有很大提高，可以满足使用要求.

因模拟现场条件，模板上没有刷脱模剂等，模板上粘有一部分砂浆，与混凝土顶面情况相吻合.

2.3试验结论

根据小尺寸模型与1/4模型试验，得到下述试验结论：(1)混凝土顶面气泡可以通过优化配合比、改进施工工艺等措施予以减少，但要完全消灭目前条件下不能做到；(2)自密实混凝土土能够较好地实现自密实功能，从试验结果看，内部混凝土密实，侧面光滑，气泡少；(3)采用砂浆进行叠合段顶面5 cm的压注，可以大大改善顶面气泡的逸出条件，顶面气泡小、数量少，叠合段顶面与钢板接合良好，满足使用要求.

3叠合段混凝土浇筑

叠合段采用混凝土浇筑与压浆相结合的方式，底下195 cm采用自密实混凝土浇筑，剩余5 cm采用高性能砂浆填充.下料通过各预留孔进行，完成浇筑后将各预留孔用胶垫加木板覆盖，并用木方支撑在横隔板上，再从各区中部的浇筑孔将剩余5 cm采用灌浆料进行填充.

叠合段模板仍使用下塔柱模板VISA模板，立模高度超过叠合段顶面30 cm，砂浆浇注高度至T1底座板顶，在超过钢座板顶面位置开出砂浆流出孔，并接好PVC管，通过用软管与PVC管将砂浆引入平台上桶内，以回收砂浆，防止污染下塔柱.每个压浆区域两侧均设置一出浆管，横桥向一边各设2个出浆管，共设18个出浆管.见图3.

图3　砂浆回收装置示意图

叠合段钢筋、模板安装完成后，将T1节段腹板内除浇筑孔和注浆孔外的其余孔进行封闭，安装注浆孔的钢管，钢管长度大于2 m，下口处设密封盖，加胶皮垫以保证密贴.密封盖采用6 mm钢板制作，通过设木撑与横隔板连接保证其与钢板的密贴.

注浆孔下口在钢筋绑扎完成后在钢筋顶面放入尺寸40 cm×40 cm、厚2 mm钢板，以防注浆时砂浆压入已浇筑的混凝土内，影响流动效果.

混凝土浇筑前，用水湿润下塔柱顶面，下料时由中间孔向两侧进行，因采用自密实混凝土，浇筑过程中除将混凝土面整平外，可不对混凝土进行振捣.当混凝土浇筑至距底座板5 cm时，通过底板孔观察混凝土面平整情况，如有不平，通过局部振捣将其整平.

砂浆注入前将砼灌注孔及排气孔进行封闭，浇注顺序为先中间再两边，以砂浆漫出模板上的出浆孔并持续流动1 min为度，流出的砂浆再注入注浆孔内加强流动效果.

4无粘结预应力束张拉

叠合面布置有110束ΦS15.24-37无粘结预应力钢绞线，锚下控制应力为0.55fpk.在T1锁定后，即可进行无粘结预应力束穿束工作.因无粘结预应力束有换束要求，穿入的钢绞线不能相互缠绕.预应力孔道在下塔柱施工期间分段安装，叠合段浇筑完成后在下横梁顶面编束，穿入无粘结束.

预应力单根张拉力按0.55fpk控制，张拉顺序按两侧对称进行，先张拉长边方向，由中间向两端进行，再张拉短边方向，先张拉靠塔柱中心线侧，即由高到底张拉，同一排张拉时由中心向两端进行.主梁架设完成后，进行二次预应力张拉，以确保锚下控制应力满足设计要求.

张拉完成后，切除锚头多余钢绞线，对外露段钢绞线进行防腐处理，装好锚头处防护罩，灌注油脂密封.

5结束语

马鞍山长江大桥左汊主桥中塔采用钢-砼叠合的新形式，如何解决大面积封闭条件下混凝土浇筑问题是关系到中塔结构安全的关键难点，通过试验和工艺实践，确定了2 m高的后浇叠合段浇筑施工方案：195 cm自密实混凝土+5 cm高性能砂浆，成功解决了叠合段混凝土浇筑难题，最后进行钢混接头无粘结预应力的张拉，确保了钢塔柱与混凝土塔柱之间无缝连接，为类似工程的实施提供了范例.

参 考 文 献

[1]张强，徐宏光.马鞍山长江公路大桥设计与创新[J].桥梁建设,2010(6):1-5.

[2]李斐然.自锚式缆索承重桥梁钢混结合部接触面应力分析[J]. 武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2012(5):978-982.

[3]郑舟军,陈开利.斜拉桥结合段剪力钉受力机理研究[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2008(4):767-770.

[4]中国建筑标准设计研究院，清华大学.CECS 203-2006 自密实混凝土应用技术规程[S].北京：中国计划出版社，2006.

[5]中南大学，福州大学.CCES02-2004自密实混凝土设计与施工指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[6]李北星，马立军，田晓彬，等.鄂东长江公路大桥钢-砼结合段自密实混凝土的配制及施工技术研究[J].公路,2011(3):5-9.

中图法分类号：U455

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.018

收稿日期：2014-10-18

Key Construction Techniques of the Steel/Concrete
Hybrid on the Middle Tower of Maanshan Yangtze River Bridge
LV Jiangguo1)YIN Yonggao1)XIANG Wenfong1)WU Yilong2)DIN Wei1)

(AnhuiExpresswayHoldingGroupCo.,Ltd.,Hefei230088,China)1)

(The4thEngineeringCo.,Ltd.,ChinaZhongtie

MajorBridgeEngineeringGroup,Nanjing210031,China)2)

Abstract：The design type of middle tower of Maanshan Yangtze River Bridge is steel/concrete hybrid tower. The hybrid part was located in the transition region of steel-concrete structure. The force of steel tower transfers directly to the top surface of the concrete, The adhesiveness between bottom surface of steel tower and top surface of concrete is critical to ensure the structural safety. Concrete mix proportion and construction technology were determined by experimental testing. 1/4 model test was conducted on site to verify the reliability of construction technology. Setting the post pouring concrete hybrid part at 2m distance from steel tower, Using 195cm self-compacting concrete and 5cm high performance mortar solved the concrete pouring problem of hybrid part successfully. Finally, unbonded prestressed were tensioning in steel concrete joint, made the steel pylon and concrete pylon connected seamlessly.

Key words：steel/concrete hybrid; model test;self-compacting concrete; unbonded prestressed

*交通运输部建设科技项目资助(批准号：2013 318 J14 360)