异形高耸塔柱钢混结合段施工技术

张跃

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 200433）

异形高耸塔柱钢混结合段施工技术

张跃

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 200433）

阅江大桥主塔结构为“帆”形的高耸构筑物，采用钢混组合结构，钢混结合段的施工及精确定位是塔柱施工中的重点和难点，结合工程实际，阐述该桥的施工难点、解决方案和最终效果。

钢混结合段；定位架；三向千斤顶；塔柱

1　工程概况

1.1工程概况

阅江大桥位于广东省肇庆市区，是连接肇庆市区与南岸高要的一条城市主干路。项目起点位于北岸端州区古塔路与星湖大道交叉路口，沿古塔路跨越西江，在南岸高要乌榕村与世纪大道（S272）衔接。主线全长3.837 km，其中主线桥梁2 355 m/1座，于北岸建设路设置匝道出入口一处，南岸设置互通1处。主桥设计采用“帆”形塔单索面预应力混凝土斜拉桥方案：跨径布置为160 m+320 m+160 m，墩、塔、梁固结，桥梁总宽33.5 m。主梁为预应力混凝土箱梁，主塔为钢-混组合塔，见图1。

1.2塔柱构造概况

阅江大桥主塔为钢-混组合塔柱，塔柱混凝土段高25.26 m，钢塔段高58.54 m，总高83.8 m。其中上塔柱为等截面钢塔，塔柱横桥向宽度4.0 m，纵桥向宽度3.6m，塔间系梁均为钢系梁。钢塔柱总计分为16个节段，每个节段高度2～4.9 m不等，最大钢塔节段重量为58.57 t。下塔柱为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C60，塔柱截面横桥向宽4.0 m，纵桥向为变截面，塔柱底部尺寸为9×3.7 m。

钢混结合段长2.36 m，在结合段顶部设置14 cm厚的承压板，节段内共设置16束φs15.2-7预应力钢绞线，结合段钢箱内主要板件上沿塔高方向布置有剪力钉连接件，用来传递钢塔柱的内力（竖向力、弯矩、剪力）到混凝土塔柱中，见图2。

2　钢混结合段施工难点分析

钢混组合结构在当代建筑中应用越来越多，各种形式的钢混组合赋予了设计师更大的选择空间，但对其施工技术的研究还不够全面，钢-混组合塔的应用在国内乃至国际应用实例并不多见，采用的组合形式也各有不同，针对本工程钢塔采用的承压板结合剪力钉传力的组合构造，如何实现设计意图，保证施工质量，需要重点分析，逐个研究对策措施。

2.1定位架设计

钢混结合段的定位是钢塔施工成败关键，起始段的定位精确度决定了整个钢塔段的施工质量，要在距水面近60 m的高空、在平面只有3.6 m× 4 m的位置上完成钢塔首节的精确定位，定位架设计的合理性尤为重要，定位架的性能需求如下：

（1）可以进行高程、横向、纵向的细微调整；

（2）自身强度刚度和稳定性要满足要求；

（3）如采用埋置式，考虑与混凝土的连接；

（4）满足对钢塔首节进行临时固定要求。

钢混结合段所处位置高，塔柱截面小，钢混节段内部壁板和顶板均设有剪力钉，并有钢筋和预应力束等布置，构造及其复杂。定位架采用何种形式，受到多方面条件制约，困难重重。

2.2钢筋及预应力钢筋施工

本工程钢混结合段采用的承压板和剪力钉结合传力的设计，混凝土塔段的竖向主筋要插入钢混段，并在钢混段位置设置了竖向预应力束，钢混结合段分为三个箱室，空间异常狭小。需要解决以下两个难题：

第一：如何保证钢筋能顺利传入剪力钉空隙；

第二：如何保证钢筋位置的绝对准确，在钢塔下放过程中不会卡住，同时预应束要顺利穿过钢混结合段上的预留孔。

图1　阅江大桥总体立面图

图2　钢混结合段三维模型及立面图（单位：mm）

2.3钢混结合段就位与精确调整

钢混结合段的定位架需要解决的是钢混结合段的固定，但如何完成高空的精确调整，保证钢塔在设计的三维空间内定位，必须想出一套行之有效的调整工艺。

2.4混凝土施工工艺确定

钢混结合段混凝土设计要求采用C60钢纤维。如何满足设计要求，选择什么样的施工工艺就需要确定对应的混凝土性能指标。结合实际需求，通过对以往工程实例的调研和实物模型的验证，设计出符合本工程实际的施工配合比，满足设计和规范要求。

3　针对施工难点采取的施工措施

钢混结合段施工采取混凝土段设置内置式定位架，结合段底部预留60 cm的过渡段，通过临时定位与精确定位后的永久定位架之间的转换，实现钢塔结合段的准确定位。

3.1定位架设计

因为钢筋及预应力束定位精度对钢混结合段就位会产生直接影响，综合考虑后，确定定位架采用内支撑的形式，借助于底部混凝土段实现定位架的受力传递和自身稳定。

内支撑架高5.53 m，主要由4根I40b型钢作为主撑，横向使用［20b型钢作为连接增强稳定性。下部2.66 m预埋在桥塔混凝土段。待预埋段混凝土达到强度，根据实际测量情况在内支撑架周围设置8个限位挡块，起到对GT1节段限位作用。内支撑架顶端预留50 mm作为调整段，用于弥补在安装施工过程中内支撑架产生变形而导致的高程偏差，见图3。

图3　临时支撑架和永久支撑架示意图（单位：mm）

内支撑架分为临时结构和永久结构两大部分。临时支撑架通过四面八个牛腿临时支撑钢混结合段结构，并对GT1钢混结合节段进行支撑、限位和精确定位使用。 永久部分是在临时部分完成精确定位后在节段内部焊接型钢将GT1节段与内支撑架连接固定。永久结构定位架的主要起到锁定钢混结合段，防止其在填充混凝土期间发生位移。

通过建立受力模型，分别计算临时结构和永久结构受力和变形情况，定位架的受力和变形均较小，能够满足施工需要，具体结果见图4.图5。

图4　临时结构受力分析结果

3.2钢筋及预应力筋施工控制

钢筋及预应力位置的准确，对钢混节段的安装就位影响巨大，稍有偏差，钢混结合段就会卡在半空中，因此在塔柱开始分肢位置开始，对钢筋的绑扎就采取设置定位板定位的措施。从混凝土塔柱第三段开始每隔六米，使用定位板固定主筋，共计4组。每组定位板由4块花纹钢板组成，A型钢板为南北方向，B型钢板为上下游方向。在标高+49.704处设置2×B4+2×A1；标高55.704处设置2×B3+2×A1，标高61.704处设置2×B2+2×A1；标高64.964处设置2×B1+2×A1。待浇筑混凝土初凝后，方可拆去定位板。定位板布置见图6。

图5　临时结构受力分析结果

图6　钢筋定位板分块大样图（单位：mm）

伸入钢混结合段剪力钉之间的钢筋，为保证钢混结合段安装就位时能够顺利下放，只设置一半的竖向钢筋直接到顶，另外一半竖向钢筋在钢混结合段安装就位后在箱体内进行机械连接接长。钢筋接头在箱体内如何对接问题，首先在三维模型中进行了三维空间模拟，认为可行。然后在钢混结合节段制作期间，派专人赴钢塔制作厂家，在现场模拟实际的钢筋机械连接的位置状态进行了实体空间的连接模拟。通过理论推理和现场实体模拟双重手段，确定立了方案的可行性。

3.3钢混结合段吊装就位

塔柱钢混结合段吊装安放到临时定位架上以后，通过在塔柱混凝土段顶面设置4组三向千斤顶，千斤顶布置在GT1中间两个肋板下方。现场对钢混结合节段进行精确测量，得出当前节段位置偏差值。通过4组三向千斤顶单独调整使GT1节段位置达到设计要求精度，见图7。

图7　千斤顶位置图

钢混结合节段调整到位以后，通过钢塔节段内部，承压板底面和侧板与定位架竖撑之间焊接型钢进行锁定，完全焊接固定后，拆除三向千斤顶设备。完成临时定位支撑向永久定位支撑的转换。

3.4模板配置及混凝土施工

因钢塔节段与混凝土节段制作精度不同，如何保证二者之间“无痕对接”，根据初步设计，原设计是将混凝土段的钢模做高10 cm，抱箍在钢塔节段上，形成过渡，在实际施工过程中发现，塔柱混凝土段截面尺寸偏差大于钢混结合段结构底口约8 mm，虽均未超出设计规范要求，若采用钢模板过渡，此处错台及后期修补问题必然出现。经过多次比较，最终决定改用优质木模板进行此处错台修正，利用木模的良好弹性，实现“无痕对接”。很好地解决了此处两种不同材质结构制作精度不同带来的误差。

根据设计要求钢混结合段采用C60钢纤维混凝土填充，如何保证半封闭空间的混凝土浇筑质量，我们采取了如下措施，对比类似钢包混凝土施工案例，总结出适合本工程的混凝土性能指标，通过实验室试拌比选和多次实物模型验证，最终确定采用自密实钢纤维混凝土，浇筑过程中辅以振捣棒适量振捣的浇筑工艺。特别在浇筑到箱体拐角及承压板以下附近区域，采取适量振捣的办法，保证混凝土的密实度，见表1。

表1　钢混结合段C60自密实钢纤维混凝土配合比　kg/m3

4　结语

阅江大桥主塔钢混结合段施工主要是从现场定位架设计制作、三向千斤顶的选用、钢筋绑扎精度控制等措施的选择、过渡段优选木模板，一道道工序的模拟优化和比选，最终形成了一套科学合理的施工工艺。通过研究工艺指导，完成了内支撑架的准确预埋，钢混结合段顺利完成初步吊装就位，未发生因钢筋预埋偏差影响下放就位问题；预应力筋顺利穿过预留孔洞；通过内支撑架和三向千斤顶快速完成钢塔首节段的精确定位；绑扎钢混结合段内的钢筋及预应力管道恢复施工。在气温相对稳定时段完成了混凝土的浇筑。此工艺科学地指导现场施工，成功完成了钢混结合段的安装，各项指标符合设计和相关规范要求。

随着我国综合国力的不断提升，钢结构在大桥上的应用将逐渐普及，而工程师们对桥梁美学的要求，也越来越高，因此各类异形高耸钢混结构会越来越多。通过阅江大桥主塔钢混结合段施工的实践，丰富了该类工程的施工工艺，也为以后类似工程的施工提供了很好的借鉴。

U445.4

B

1009-7716（2016）06-0205-04

2016-03-11

张跃（1982-），男，江苏徐州人，工程师，从事市政道路桥梁土建施工工作。