大跨度斜拉桥索塔施工技术研究

赵博 ZHAO Bo

（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710038）

0 引言

目前我国高速铁路建设正在如火如荼的进行，随着桥梁技术的飞跃发展，铁路桥梁类型也越来越多。当铁路线路上跨主要航道河流时，为确保通航要求一般设计为大跨度桥梁，主要包括三种桥型结构，一是连续梁桥，该桥梁适用于跨度在160m 以内桥型结构，其优点是施工工期短，梁体后期维护费用低，但也存在安全风险高施工工艺复杂等不足；二是系杆拱桥，该桥型可满足300m 以内跨径需求，其优点是受力性能好，全桥稳定性高，但其造价较高，需要采用缆索吊等专业设备，施工安全风险大，对钢结构加工安装要求高；三是斜拉桥，该桥梁适用于特大跨度桥型，其优点是经济性好造型美观，缺点是索塔高度高施工安全风险大。在新建阜阳至蒙城至宿州铁路颍河特大桥（31+73+230+114+40）m 斜拉桥索塔施工中，由于该桥索塔高度较高，不但施工技术难度高安全风险大，而且对索塔施工质量及线性也提出了严格要求，为确保该索塔能够保质保量安全顺利完成施工，项目部通过制定了详细的施工方案，对索塔施工所采用的爬模受力性能进行认真计算，同时对施工中的各项工序进行严格把控，通过一系列举措，不但安全顺利的完成了该斜拉桥索塔的施工，确保了施工的安全，而且索塔施工质量及线形也满足相关要求。通过现场实际应用，该大跨度斜拉桥索塔施工所涉及的相关技术在实际应用中取得很好的效果。

1 工程概况

颍河特大桥位于阜阳市颍泉区境内。主桥中心里程：DK128+146.280，起讫里程为DK127+901.530～DK128+391.030 主桥全长489.5m。线路于DK128+121.740 处跨越颍河，线路与颍河的法线夹角为28°。颍河通航等级为规划Ⅲ级航道，设计净宽158m，设计净空10m，设计最高通航水位33.76，设计最低通航水位23.65，采用（31+73+230+114+40）m 混合梁斜拉桥跨越。

本桥为主跨230m 高低塔双索面混合梁斜拉桥，跨度为（31+73+230+114+40）m，全长489.5m，半飘浮体系。主桥采用高低塔非对称边跨布置形式，小里程侧为低塔，边跨长104m，设置一处辅助墩，辅助墩距边墩31m；大里程侧边跨长154m，设置一处辅助墩，辅助墩距边墩40m。

桥塔采用H 型花瓶塔，为高低塔形式，小里程侧主塔为低塔，塔全高83.4m，桥面以上部分塔高60.6m。大里程侧主塔为高塔，塔全高115.1m，桥面以上部分塔高84.8m。低塔设置18 对斜拉索，高塔设置24 对斜拉索，横向双索面布置，塔上索间距为1.8～4.5m，组合梁上索间距为10.5m，混凝土梁上索间距为8.0m。桥塔附近无索区长度为23m，跨中无索区长度为7.5m。桥塔结构由下、中、上塔柱及上横梁、下横梁五部分组成。（图1）

图1 颍河特大桥主桥（31+73+230+114+40）m 高低塔混合梁斜拉桥图

2 钢箱梁总体施工方案

本工程主塔截面为箱形结构，除底部初始节段外，其余均采用爬模法施工，每次浇筑高度为4.5m。每个塔肢投入爬架和模板各一套，共投入4 套爬模。下横梁采用钢管+贝雷梁式支架现浇施工，先施工塔柱，待二者施工空间无干扰后，开始施工下横梁支架，缩减施工工期，下横梁每次浇筑3m 高，分两次浇筑完成，钢束均为两端张拉，并采用张拉吨位与伸长量双控，每批预应力钢束必须在每次浇筑的混凝土强度达到设计强度的90%方可进行张拉。

液压爬模模板高度4.7m。其中下部15cm 为新旧混凝土的压踏脚，上部5cm 防止混凝土水泥浆溢出污染已浇筑的混凝土。模板竖肋采用80mm×200mm 工字木梁，横肋采用双[12 槽钢，面板为21mm 厚进口维萨板。模板顶配置吊钩、木梁连接爪等标准件。内模采用组合钢模板，塔内搭设作业平台，平台跟随索塔施工进度同步提升。（图2）

图2 爬模结构示意图

3 主要施工工艺

3.1 塔座施工

索塔塔座采用四棱台形式，其中687#墩塔座底面尺寸9.2×12.2m，顶面尺寸7.6×10.6m，高2m。688#墩塔座地面尺寸9.2×12.7m，顶面尺寸7.6×11.1m，高2m。承台施工结束后且混凝土强度满足规范要求，对塔座范围内的承台表面凿毛处理，清洗干净后开始绑扎塔座钢筋，塔座主筋用直螺纹接头连接，每一层箍筋按照由下而上、从内向外的顺序绑扎。对钢筋复杂的细部进行纸上放样，并编制绑扎顺序，绑扎高度按每次混凝土浇筑高度进行。

塔座模板采用组合钢模板进行拼装。并按照有关规范标准进行验收，满足要求才允许运至施工现场使用。安装塔座模板时底端紧靠在承台预埋定位钢筋上，定位完成后，由模板孔洞穿入Φ20 螺杆加固模板。螺杆一端与承台预埋拉杆钢筋或预埋角钢焊接牢固，另一端锚固在双拼背肋上，螺杆尾端带双螺母固定。模板全部加固完成后，复测塔座平面位置。重点是保证塔座的外形几何尺寸、平面位置、高程满足规范及设计要求。待模板检查无误后浇筑混凝土并及时覆盖养护。

3.2 液压爬模安装

液压爬模安装流程为：安装准备→组装三角架→组装三脚架平台→吊装三角架→组装上支架及模板→吊装上支架及模板→安装上下防坠爬升器及液压缸→安装导轨→安装液压系统→爬模架体安全防护的安装（如安全网、防坠网、灭火器、照明设备等）→安装质量验收。

首先将两块木板按照爬锥中到中间距摆放在水平地面上，保证两条轴线绝对平行，轴线与木板连线夹角90°，将三角架扣放在木板轴线上，保证三角架中到中间距等于爬第一次浇筑爬锥中到中间距。安装平台立杆，用钢管扣件连接，两三脚架间同样用钢管扣件连接。然后将拼好的架体整体吊起，平稳地挂于第一次浇筑时预埋的受力螺栓（挂座体）上，插入安全插销。紧接着安装上支架以及所有操作平台，用钢管扣件将上支架连接牢固。最后将拼装好的模板和架体整体吊起，平稳挂于第一次浇筑时埋好的受力螺栓（挂座体）上，插入安全插销。利用后移拉杆调节角度，校正模板，完成吊装过程。（图3）

图3 爬模架体安装顺序图

图4 爬模架体平面结构图

3.3 爬模施工工艺

爬模在安装完毕后需经项目部、监理单位进行验收，验收合格后可投入使用。爬模主要施工流程为：节段混凝土浇筑→模板后移→下一节段索塔钢筋绑扎→安装爬锥等预埋件→爬模导轨上升→爬架上升→模板涂刷脱模剂及安装→下节段索塔浇筑。

模板在每次合模安装前必须对其表面进行处理，去除混凝土块及油污等后及时涂刷脱模剂，脱模剂不得采用废机油，需采用专用成品脱模剂。模板安装过程中需仔细检查预埋爬锥等预埋件的位置是否正确，同时拉杆位置若与钢筋冲突时可对拉杆进行适当调整。模架在提升前需对新浇筑的节段混凝土进行检测，当强度不小于15MPa 后报监理单位申请，然后监理单位出具书面通知后方可进行下一步施工。在爬架提升过程中需安排专人对各组件进行检查及监测，尤其是爬架受力杆件及液压系统，出现异常时立即停止并及时汇报相关人员，待情况查明且无影响后方可继续进行作业。提升过程中需由专人进行操作，每个班组统一指挥，必须要协调同步。

3.4 索塔混凝土施工

索塔每节段混凝土浇筑前必须对其接触面进行湿润，浇筑过程中需分区分层进行，每层厚度不得超过30cm。在混凝土振捣过程中要做好分工，严格按照振捣相关要求进行作业，不得用振捣棒拖混凝土布料，振捣棒移动间距不得超过有效振动半径的1.5 倍。混凝土采用泵送入模，其出料口距底部距离超过2m 时需设置串筒，混凝土输送管道需与索塔进行牢固联结，在索塔不断升高时泵管也要随之接长升高。

在混凝土浇筑后其强度达到2.5MPa 时，需人工手持风镐将表面的松散面及砂浆等进行凿除，并用高压空气将表面吹干净。在混凝土浇筑初凝后及时覆盖洒水养护，前期可采用土工布或吸水棉，模板拆除后可采用薄膜进行覆盖养护。

3.5 爬模拆除

当结构施工完毕，即可对爬模进行拆除，其总体拆除流程为：拆除准备→模板拆除→模板上支架系统拆除→导轨→拆除液压装置及配电装置→液压控制泵站→液压装置→拆除附墙装置及爬锥→主梁三脚架和吊平台→最高一层附墙装置及爬锥，并修补好爬锥孔洞。

爬模的拆除必须经项目技术负责人签字后方可。专业公司提供专人负责爬模拆除过程中的技术指导和安全培训工作，项目方负责爬模的拆除工作，应配专业架子工，爬模拆除前，根据施工方案由技术负责人向施工人员进行书面安全交底。爬模拆除时应先清理架上杂物，如脚手板上的混凝土、砂浆块、U 型卡、活动杆件及材料。拆除后，要及时将结构周围搭设防护栏杆。

4 爬模受力计算

4.1 荷载取值（表1）

表1 施工阶段各层平台荷载表

根据《液压爬升模板工程技术规程》JGJ195-2010 要求，爬模在施工状态下荷载效应组合应按照以下公式计算：

强度及稳定性计算荷载组合：1.2SGK+0.9[1.4（SFK1+SWK7）]

刚度计算荷载组合：SGK+SFK1+SWK7。

4.2 爬架受力计算

爬模仰爬面为最不利受力面，此时模板及架体受到浇筑节段混凝土及钢筋的自重分力最大，架体及埋件受力最为不利。为抵抗混凝土自重，仰爬面爬模后移架体与结构内侧劲性骨架拉结，同时模板两侧端头模通过角模与斜爬面模板通过阳角处模板及拉结固定，同时内模通过型钢对拉且做斜向拉结，所以仰爬面混凝土自重均由劲性骨架及侧模拉结、内模对拉承担，模不承担仰爬面混凝土自重荷载。爬架自重由软件自动生成，爬模支架各主要杆件的轴力、弯矩、剪力图如图5 所示。（表2）

表2 爬架桁架各主要杆件的轴力、弯矩、剪力表

图5 爬架在最不利工况下其荷载图、轴力图、剪力图、弯矩图（从左到右）

上述是各受力杆件的受力情况，受拉杆件满足要求！

4.3 混凝土抗拔计算

根据《建筑施工计算手册》，按锥体破坏，取K=2，有

式中：

b—锚板边长（mm）；

h—破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（mm）；

fc—混凝土的局部抗压强度（N/mm2）。

计算得

混凝土的抗拔力为F=3173kN>118kN，故满足要求。

5 安全质量保障措施

①爬模安装必须按照已批复的施工方案实施，严禁私自调整工艺流程，如现场条件确实需要变更的，需要重新调整方案并按要求评审、报批。

②严格控制预埋件和预埋套管的埋设质量，预埋孔位偏差未达到要求的不得进行安装，预埋孔处墙面必须平整，保证挂座与墙体的充分接触。

③爬模提升到位后，必须及时按使用状态要求进行附着固定。在固定工作之前，施工人员不得擅自离岗或下班，未办交付使用手续的，不得投入使用。

6 结束语

通过对颖河特大桥斜拉桥索塔所采用的爬模受力性能进行认真计算，同时对施工中的各项工序进行严格把控等一系列举措，不但安全顺利的完成了该斜拉桥索塔的施工，确保了施工的安全，而且索塔施工质量及线形也满足相关要求。通过现场实际应用，该高速铁路大跨度斜拉桥索塔施工所涉及的相关技术在实际应用中取得很好的效果，也为后续类似施工提供了借鉴和参考。