既有水中承台的立柱施工技术

许国杰

上海市基础工程集团有限公司 上海 200433

1 工程概况

奉浦东桥总长545.3 m，跨径布置为（85.15＋125＋125＋125＋85.15） m（图1）。桩基采用φ900 mm钢管桩，承台为高桩承台，于前期施工完成。立柱为钢筋混凝土空心立柱，采用现浇工艺，上部结构采用预应力波形钢腹板连续梁结构形式，采用预制拼装施工工艺。

图1 奉浦东桥现状

主桥共6根立柱，水中65#、66#立柱位于江中间，施工部署更复杂、难度更高。水中立柱为钢筋混凝土箱形断面变截面空心桥墩，底部截面10.6 m×4.6 m，渐变至顶部截面9.6 m×4.6 m，中墩高度为24.728 m。立柱空心截面采用单箱双室，标准截面为3.6 m×3.4 m，两端截面为2.0 m×2.0 m。立柱采用普通C40混凝土，方量为620 m3。立柱结构形式如图2所示。

图2 水中立柱结构示意

2 水中墩立柱现浇施工总体技术路线

考虑到65#和66#立柱为水中立柱，采用孤岛式水中平台，操作平台、材料运输、起重设备选型、混凝土供应等都经过深入对比分析，选择合理高效的工艺及措施[1-2]。

2.1 垂直运输方案

施工过程中，起重设备选型影响施工安全、进度、质量等方面，根据安全防护架、钢筋、模板等最大起重量4 t，起重设备拟采用汽车吊或者塔吊，次中墩施工平台通过栈桥与陆上联通，采用20 t汽车吊作为起重设备。而中墩根据水上施工平台位置、立柱高度等因素，若采用汽车吊则需要80 t级以上，才能满足吊装工况。考虑操作安全性和经济性，最终选取1 600 kN·m级塔吊作为中墩施工垂直起重设备[3]。

2.2 混凝土供应方案

水上立柱施工，混凝土浇筑可采用水上搅拌船、水上平台设置临时搅拌站、长距离泵管输送等方式。为了充分保证混凝土浇筑的可靠性和实施方案的经济性，通过多种方案比选，本工程混凝土浇筑最终选用车载泵＋泵管＋布料机的施工工艺，利用桥侧的奉浦大桥，夜间封闭1条车道停放车载泵和混凝土车，通过车载泵将混凝土输送至布料机，并布料至立柱内[4]。

2.3 立柱现浇方案

现浇立柱常规施工采用盘扣支架搭设操作平台，但盘扣支架安拆周期长，水上安拆损耗大，安全风险高。本工程拟采用定型安全防护架作为施工操作平台，安全防护架于钢平台上组拼，起重设备安装，具有安拆方便、可周转使用、损耗小、安全稳定等优点。

立柱模板采用内外钢模板，水中4根立柱采用1套模板，并配备承重段模板以便周转使用。立柱施工采用流水施工工艺，立柱模板从下往上拆除，拆除模板周转至另一立柱施工（图3）。

图3 立柱施工总体布置现场

3 垂直运输关键技术

3.1 垂直运输方案

根据现场起重量，选择采用2台1 600 kN·m级塔吊作为中墩施工垂直起重设备。塔吊大臂工作半径为30 m，最大起重量10 t，臂端吊重5.7 t。选择其独立高度为46 m，不设置扶墙。同时为了保证吊装范围不覆盖奉浦大桥，于大臂上设置限位设施。

3.2 塔吊布置及塔吊基础设计

为了保证塔吊标准节离主梁防撞墙边缘50 cm的吊装安全距离，塔吊基础无法完全设置于原有承台上。因此，塔吊基础设计考虑了水中钢管支架基础、承台上外挑型钢基础、承台上外挑混凝土基础3种方案，基于安全靠、可操作性、经济性等多方面考虑，避免塔吊基础不均匀沉降的不利影响，最终选择在原有承台上外挑型钢基础作为塔吊基础的方案。

外挑型钢基础采用型钢框架结构，采用双拼H700型钢作为主梁，间距2 m（塔吊标准节中心间距2 m），并采用单拼H700型钢作为系梁连接（图4）。主梁顶板设置3 cm厚钢板找平，并与塔吊基础节钢支腿采用栓接连接。型钢框架采用植筋形式与承台锚固连接[5]，塔吊基础的型钢框架与承台间采用4个锚固区，每个锚固位置设置12根JL25精轧螺纹钢（PSB830）将承台和型钢顶板连接。测量放样确定平面位置后，采用钻孔机在承台上钻孔，钻孔深度为40 cm，直径35 mm。孔洞清理完毕后，植入精扎螺纹钢及锚固胶黏剂，养护后经拉拔力检测，可承受400 kN拉力，满足塔吊基础抗拉强度要求。

图4 塔吊基础结构

非工作状态下，臂长30 m，取1＋17标准节段，扭矩为455 kN·m；工作状态下，臂长30 m，取1＋17标准节段，扭矩为455 kN·m。

3.3 塔吊构件安装

塔吊构件运输至工地后进行散件整拼，形成框架结构后，由汽车吊吊至运输船，船运至65#和66#钢平台，由120 t浮吊卸船并进行安装。安装流程为安装固定支腿，过渡节，标准节，回转总成，平衡臂，起重臂总成，平衡重，穿绕钢丝绳，塔机试运行及检测等[6]。

4 混凝土供应关键技术

4.1 混凝土供应对策

水中立柱混凝土浇筑，可采用搅拌船、长距离泵送等施工工艺。搅拌船租赁期无法满足项目要求，且租赁费用高，而且长距离泵送施工风险高，堵管后修复难度大，自由落体高等问题，综合本工程特点，拟采用车载泵＋布料机＋钢管支架的施工方式，夜间封闭奉浦大桥一条车道，用于停靠车载泵和混凝土车，混凝土由运输车放料至车载泵，经布料机输送至钢模板内。

4.2 布料机及支架设计

布料机采用布料半径21 m，液压控制旋转布料机，向专业设备厂家采购。布料机自重11.8 t（含配置）支腿宽度5.5 m，整机高度4 m。布料机支腿与底部支架焊接固定。

布料机钢管支架4根φ478 mm×10 mm的钢管作为支撑结构，分别支撑在东、西侧承台上。支架顶部主横梁采用双拼H588型钢，顶层连接系桁架采用单拼40a工字钢，其余连接系采用单拼25a工字钢连接，底部与承台上的预埋件钢板焊接连接，部预埋钢板与承台采用精轧螺纹钢锚固连接，植筋方式同塔吊基础相似。布料机总质量10.5 t，配重2.6 t，产生的弯矩91.3 kN·m，臂架总成弯矩1573 kN·m，管内混凝土质量1.4 t，产生弯矩238 kN·m，风荷载按8级风考虑，取20.7 m/s，施工荷载为2 kN/m2。

布料机基础结荷载组合：按极限状态法进行设计，考虑只加配重不浇筑混凝土工况：1.2倍自重＋1.4倍布料机荷载＋1.2倍配重＋1.1×0.75倍风荷载＋1倍施工荷载＋1.4倍臂架总成弯矩；浇筑混凝土不加配重工况：1.2倍自重＋1.4倍布料机荷载＋1.1×0.75倍风荷载＋1倍施工荷载＋1.4倍混凝土荷载＋1.4倍臂架总成弯矩。

4.3 布料机支架安装

布料机及支架采用120 t浮吊安装，支架钢管采用后场分2片制作，桥位处安装并固定连接系，连接固定的方式，支架顶平台整体制作后，现场安装。布料机分底座、布料系统、配重3部分安装。

5 现浇施工关键技术

5.1 施工平台及通道

根据以往高立柱施工，采用盘扣支架作为施工通道，存在安拆效率低，操作平台、水上施工损耗大等问题。基于上述情况，本工程立柱采用标准化安全防护架作为操作平台，突出平台安拆高效、安全、经济的特点。

标准化安全防护架采用定型模块，单个模块由底框、支撑、侧框、平台板、防护网等组成，采用法兰穿孔、螺栓连接，另设置楼梯、盖板、外挂平台板等附属设施。单个模块平面尺寸为1.3 m×1.3 m，高度2.1 m，采用方钢、角钢等材料制作，质量约170 kg。

安全防护架安装采用汽车吊、塔吊等设备进行安装，利用现有承台作为基础，对于不平整的地方，采用钢板对底部进行抄垫，满足平整度、承载力等方面的要求。同一层框架单元之间采用上下各2个螺栓进行横向连接，上下层拼装时，上层框架与下层框架采用锥头对位安装，楼梯与框架之间采用螺栓连接。安全防护架在安装过程中以6 m的标准安装扶墙件，同时与框架外侧设置钢丝绳，保证结构整体稳定。

5.2 钢筋施工

本工程立柱钢筋在前期已预埋并由混凝土包封，钢筋施工前，采用人工风镐破除包封混凝土，将预留钢筋清理干净后进行新钢筋焊接连接。破除时注意原有钢筋保护，由于前期预留钢筋直径为22 mm，钢筋布置密，因此在钢筋绑扎过中，严格控制钢筋间距，注意四周倒角范围钢筋布置。

5.3 模板施工

立柱模板根据立柱截面制作一整套钢模，于主桥6根立柱周转使用。模板采用定型钢模板，外模采用钢面板＋次楞＋主楞的结构形式，内模采用钢面板＋加劲肋的结构形式。考虑到主桥6根立柱的周转使用，立柱两侧弧形模板单独制作，其余正面平模板通用。对拉螺杆采用JL25精轧螺纹钢，部分超长螺杆采用接驳器连接。墩顶实心段底模采用型钢＋竹胶板的结构，采用立柱内侧预埋凹槽用于底模型钢支撑。

根据立柱类似于翻模的施工工艺，钢模板拆除采用从下往上的顺序，并预留顶部模板作为上节立柱模板支撑段。拆除的模板，可周转至另一个立柱施工。

5.4 混凝土浇筑施工

立柱混凝土浇筑采用车载泵＋布料机形式。夜间封闭老桥邻近新桥的1条车道，车载泵倒车至指定位置，混凝土车开至车载泵前，倒车将放料口贴近车载泵进料口。混凝土经车载泵泵送至布料机内，均匀布料至立柱内。

根据夜间可利用时间，每次混凝土方量控制150 m3左右，浇筑时间为4～5 h，确保浇筑完成后交通的恢复。

6 结语

本文根据立柱高度及施工条件，选择定型安全防护架作为操作平台和施工通道，提升施工安全和效率，降低措施损耗；同时提出一种与旧有承台锚固的悬挑式钢结构塔吊基础，大大降低了施工成本，缩短了工期，提高了安全系数；阐述了一种从既有老桥上通过布料机进行立柱施工的浇筑方式，增加了水上立柱混凝土施工工艺的多样性，降低了施工成本，可为类似的工程施工提供参考依据。