蔡家嘉陵江大桥主塔施工关键技术
2017-03-20
1 工程概况及特点
蔡家嘉陵江大桥主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥， 60m+135m+250m+135m+60m 5跨连续梁，塔梁固结。索塔为钢筋砼菱形桥塔，包括墩柱、下塔柱、中塔柱和上塔柱，塔柱采用空心箱形断面，单肢为单箱单室，墩柱部分为单箱双室。斜拉索采用混凝土齿板锚固于上塔柱箱室的梗掖处，上塔柱锚固区段设置环向预应力。主塔塔身设有劲性骨架以满足施工需要。
2 总体施工方法
2.1 主塔施工节段划分
P5塔柱分34个节段。其中墩柱4个节段，首节段为1.5m，其余均为6m；下塔柱13个节段，第17节段为2.909m，其余均为6m；中塔柱8个节段，第18和25节段分别为4.591m和3.364m，其余均为6m；上塔柱分9个节段，其中第26、27、34节段分别为5.7m、5.2m、3.836m，其余均为4.4m。P4塔柱分33个节段，没有首节段的1.5m，其余与P5相同。具体分节划分如图1。
2.2 主塔总体施工步骤及方法
（1）本工程从墩柱到上塔柱均采用爬模施工，爬模分别配备塔身外模及爬架，外模不包括塔身交汇处及装饰凹槽处的异形模板。外模采用进口维萨板，内模采用定型钢模（倒角模板）和木模结合的方式。
（2）钢筋与劲性骨架。塔柱内竖向主筋均采用直螺纹套筒机械连接，并采用劲性骨架进行钢筋的空间定位，劲性骨架采用型号不同的角钢拼成桁架，在地面单片制作、塔上整体拼装。
（3）横隔板。横隔板与塔柱同步施工，采用牛腿支架作支撑。
（4）塔梁固结段。固结段与塔柱同步浇筑。
3 主塔施工关键工序
3.1 塔柱施工
本桥共有两座索塔，分别是P4索塔总高178m，P5索塔总高179.5m，P5塔底比P4塔底矮1.5m，采用等截面处理，其它结构与P4完全相同。其中上塔柱高41.136m，中塔柱高43.955m，下塔柱高75.909m，P5墩柱高18.500m， P4高为17.000m。桥面以上78m，单肢横宽2.8m，纵宽6m；下塔柱单肢横宽由2.8m变化到4m，纵宽由6m变化到8.896m；塔底横宽12.26m，桥面处塔柱横向总宽19.5m。顺桥向侧，墩柱及下塔柱斜率为67.333：1，中、上塔柱为竖直段；横桥向，墩柱及下塔柱外侧斜率为26.934：1，内侧为12.192：1，中、上塔柱斜率为11.104：1。
塔柱采用空心箱形断面，单肢为单箱单室，墩柱部分为单箱双室，左右走向塔柱壁厚为1m；前后走向墩柱部分外侧壁厚1.5m，中间腹板厚1m，下塔至横隔板B外侧壁厚1.5m变化到0.8m，内侧均为0.8m，横隔板B到中塔柱顶，内、外侧塔柱壁厚均为0.8m。横隔板A厚度为2.0m，横隔板B厚度为0.8m。194.78m高程以下箱室采用C20素砼回填。
3.1.1 劲性骨架施工
为了固定塔柱钢筋以及增强模板的稳定，在塔柱内设置了劲性骨架。按设计图纸要求，将各种型号的角钢焊接成桁架以承受模板、钢筋、新浇砼的自重水平分力及风力。劲性骨架首节预埋于承台混凝土中。劲性骨架的加工和安装精度直接影响塔柱钢筋、模板、斜拉索预埋套管的定位，所以确保劲性骨架的加工和安装精度是控制主塔施工精度的关键。
根据施工精度及减少高空塔上作业量的需要，劲性骨架的制作与安装尽量在地面将一切工作做好。骨架采用地面单块制作、塔上整体拼装的方式施工。因混凝土分层高度为6m，考虑骨架整体拼装的轻便性，单块骨架的制作安装高度取为 3m。每节劲性骨架制作时，先加工各单块骨架，再按各侧组合成单侧骨架，最后将四面单侧骨架拼成整体。为了保证劲性骨架的加工精度， 首先对地表进行整平处理，然后浇注混凝土面层，水平高差在±3mm以内，以此作为劲性骨架的加工平台。劲性骨架在地面上的所有制作工序均在此加工平台上完成，采用平卧法加工。为保证单块骨架加工精度及制作方便，根据骨架制作的重复性，在平台上实样划出各大小片的尺寸和角钢布置位置，通过采取设置焊接胎架及劲性夹具的措施来控制骨架焊接变形，以减小加工误差。加工完单块骨架，再将各单块骨架按每侧组拼成单侧组合骨架。根据塔柱尺寸和设计图纸要求画出骨架侧向截面整体尺寸于平台上。用垂球和全站仪校核垂直度，然后完成单块骨架的拼装。确保结构稳定安全和垂直精度，劲性骨架利用现场施工塔吊起吊安装。劲性骨架在地面单块制作安装好以后，利用塔吊吊装，在塔柱施工节段就位。第一节在承台混凝土施工时预埋，以上各节的连接采用搭接，搭接长度为0.3m，搭接位置设节点板焊接连接。各单块骨架间的水平连接采用焊接。劲性骨架的空间位置采用全站仪通过确定各角点的三维空间位置来调节，符合要求后，将骨架互相连接、焊牢。本桥塔柱均有倾斜度，安装时劲性骨架需要设置一定量的预偏。
3.1.2 钢筋施工
塔柱主筋为直径Φ32mm和Φ28mm的螺纹钢筋， 主筋全部采用CABR钢筋等强直螺纹接头连接。在承台施工时预埋墩柱第一节段的劲性骨架及竖向钢筋。墩柱段钢筋绑扎之前要先用Φ48mm×3・5mm钢管搭设脚手架（包括塔柱内外脚手架）。钢筋绑扎应严格按照设计图纸和规范进行，同时注意要将所有埋设的预埋件按设计位置埋设准确。索塔在上塔柱有12Φj15・24环向预应力和斜拉索预埋索套管，主筋接长前要先把这些预埋件的位置在劲性骨架上放出并做标记，注意主筋与箍筋绑扎时把预埋件的位置避开留出（以免安装预埋件时要切割较多钢筋）待预埋件安装完成后再行安装绑扎。主筋连接时将扳手钳头咬住连接钢筋，垂直钢筋轴线均匀加力，严禁钢筋丝头未拧入连接套筒就用扳手连接钢筋。否则会损坏接头丝扣，造成钢筋连接质量事故。主筋的上端用扎丝与劲性骨架绑扎牢固。主筋接好并检查所有接头合格后，进行箍筋绑扎。每一层箍筋由下而上绑扎，箍筋平直部分与竖向钢筋交叉点，可每隔一根箍筋相互成梅花式扎牢。绑扎高度按每次砼浇筑高度进行。钢筋绑扎时应将模板对拉螺杆的位置留出，保证对拉螺杆能顺利对穿。 3.1.3 拉索导管定位施工
拉索导管是斜拉索的主要预埋构件，其安装精度在施工中要求很高，必须严格保证其定位的精度。拉索导管安装采用先粗略定位，再精确定位加固的方法施工。其定位作业程序与方法如下：（1）安装劲性骨架并定位。（2）首先用水平尺、钢尺和垂球等，将导管的概略位置放样在劲性骨架上。（3）在劲性骨架的导管位置上焊设定位架。（4）将导管置于固定架上，使之基本就位并初步稳定。（5）由控制点上的全站仪直接测量导管上口的A、B两点及下口F点的三维坐标，并由实测坐标计算O和O′的三维坐标及两中心间距。（6）将导管调整到设计位置并检测。可用手拉葫芦分别吊住导管的两端，调整时仅可移动一端，另一端不动。（7）由实测坐标（调整到位后）、斜拉索的空间方向余弦（设计值）和两中心间距计算管口中心的设计坐标。（8）将管口中心调整到设计位置并检测，然后计算实测点位至斜拉索轴线的垂距（偏差值）。（9）复测并再次调整。（10）重复⑥～⑨，直至满足定位精度要求。具体情况见图2所示。
3.1.4 模板施工
塔柱外模板为专门设计制作的定型组合模板，主要由竖楞、背楞、面板及对拉螺杆等组成， 竖楞用工字木梁（或几型钢），背楞采用槽钢，为保证混凝土外观的平整光洁，模板面板采用进口维萨板。塔柱内模板采用钢模和木模组合的形式。倒角处采用定型钢模，直线段采用竹胶板、方木和槽钢加工的木模。塔柱内腔尺寸随高度一直在变化中，通过逐层裁剪直线段木模的方式进行匹配。模板组合方式见图3所示。由于塔柱截面一直处于变化中，因此内、外模板应随截面尺寸增减做相应调整。调整方式为在原有模板尺寸的基础上直接加宽或裁剪。其模板配置如下：塔柱横桥向：从塔底至分肢处，每节由三块模板构成（MB1正、MB2和MB1反）；分肢部分，每个分肢各由1块模板构成，分别为MB1正和MB1反；上塔柱部分，前两个施工节段，每节由三块模板构成（MB1正、MB4和MB1反），其余节段均由MB1正和MB1反两块模板构成。塔柱顺桥向：从塔底到顶部外侧均由MB3和MB3反两块模板构成，其中横梁预应力处采用竹胶板自制；分肢内侧模板采用MB4和MB2改两块模板构成。模板支好后，用三维坐标法进行模板验收测量，复核模板顶口平面位置及高程，此时还应测出模板四角点的实际标高，如果实际标高与设计标高差值超出一定范围，对塔柱的分段尺寸施工有显著影响时，应重新放样，调整模板高度，待合格后方可浇筑混凝土。
图3 内模组合示意图
3.1.5 混凝土施工
主塔墩柱和下塔柱砼强度等级采用C50，中塔柱和上塔柱砼强度等级采用C55，并能满足高空泵送要求。塔柱混凝土的垂直输送，由一台HBC80E型拖泵来完成，一次泵送至塔柱模板内。混凝土垂直输送管沿顺桥向河跨侧的塔柱上铺设，用“Ω”型卡固定在专用架上，并间隔一定距离用钢丝绳吊挂于塔柱的原模板对拉螺栓上。输送管的直径为125mm，随塔身上升而上升，工作面上采用水平管或三通截止阀外接软管布料。混凝土掺有一定比例的外掺剂，以改善混凝土的性能，提高混凝土高距离的可泵性。同时减少水泥用量，推迟水化热的峰值。控制塌落度为14-16cm；初凝时间8-10h。每段混凝土分层浇筑分层厚度30cm。混凝土施工时应注意以下几点：（1） 因主塔砼均采用商品砼，应对其质量进行严格控制。塔身砼配合比进行优化选择，材料采用同一厂家、同一品牌的水泥，砂石料和外掺剂等亦采用相同的产品，不得变更。砼搅拌均匀，保证其工作性能，确保塔身砼整体上色泽一致。（2）因主塔存在内倾角和内倒角，混凝土振捣过程中特别注意这些部位混凝土的分层，并保证振捣不出现漏振和过振现象。（3）上塔柱有预应力束及齿块，所以在混凝土下料及振捣过程中都应避免直接冲击预应力管道，以防止损伤波纹管。振捣要密实，个别部位必要时要在模板上开洞振捣。（4）做好混凝土的终凝后的洒水养护工作。混凝土养护采用在爬架平台上沿塔身结构界面布设一圈不锈钢管，钢管下口每隔10cm设置一直径约8mm下水眼，利用此下水眼出水对塔身进行养生。养护时采用嘉陵江水，利用高压水泵往塔身输送，泵管采用高强钢带管，管线沿塔吊塔身布设。到中上塔后，在桥面上安置水箱，设置二级泵。
3.1.6 预应力施工
主塔的上塔柱布置为12Φj15・24环向预应力。根据设计要求，本工程采用塑料波纹管，安装时应每隔1m左右用定位筋固定好，起弯处应加密，并做好波纹管的保护，特别是接头位置及钢筋电焊区域应防止波纹管破坏。波纹管预埋注意保证位置的准确和线形平顺以及施工时要加强保护，防止电焊火花烧伤。预应力筋的张拉需在混凝土强度达到设计强度的90%以上时进行。环向预应力M1、M2钢束均为两端张拉，M3钢束采用单端张拉。采用二次张拉工艺。二次张拉锚固后，锚杯螺纹与外环支承螺母螺纹咬合应大于5牙扣。预应力管道在张拉结束后24h内必须压浆。压浆使用真空活塞式压浆机，在压浆前切割钢束应用砂轮切割机，钢束外露锚环不小于3cm，然后用高标号砂浆堵封锚环。待砂浆达到一定强度后，用压浆机压注高压水对全部管道进行冲洗，然后抽真空采用正确的压浆顺序，对下层管道先压注。压注使出浆口冒出浓浆时，关闭出浆口阀门，持荷3 min-5min，然后进行第二次补压。一般情况下压力为0.5 Mpa-0.7 Mpa，压注速度为5m/min-15m/min，水泥浆的稠度控制在14s-18s之间。压浆后的48 h内必须保证气温在5℃以上。
3.2 横隔板施工
索塔设有5到横隔板，分别为A、B、C、D、E。横隔板与塔柱同步施工，如图4所示。爬模及塔柱骨架和钢筋一步到位（6m），但混凝土分两级浇筑，一级砼浇筑至横隔板下倒角底部，然后拆除内模，进行牛腿支架安设，随即绑扎横隔板钢筋，支设横隔板以上部分内模，最后进行二级砼浇筑。砼满足强度要求后，爬模正常爬升。
图4 横隔板与塔柱同步施工（左图为一级砼，右图为二级砼）
4 结束语
4.1 本桥主塔的高宽比较大、预埋件多，中、下塔柱均为变截面，且塔柱与横隔板同步施工，现场存在的较多交叉作业要求能够及时地协调解决，这些都给施工增加了较大的难度。
4.2 主塔各节段均采用液压爬模施工，液压爬模的爬架主要靠在每一塔柱面在上一节段已浇筑混凝土内预埋的4套锚锥和其连接的精轧螺纹钢筋受力，所以每一节段施工时要特别注意预埋锚锥的位置和标高的准确性，并要定期对已多次周转使用的锚锥进行检查，严禁使用已损坏的锚锥，保证液压爬模安全使用。
4.3 主塔预埋件种类较多， 主要包括设计要求和施工需要两大部分，对各种预埋件将单独汇图编册。预埋件预埋时注意保留2-3cm的保护层，使后期可以进行封浆防腐处理，使用期间外露钢件要用防锈漆涂抹，以免锈水污染塔身。
4.4 上塔柱锚索区结构复杂，构造物较多，且斜拉索为空间结构，钢套管角度变化幅度较大，拉索锚固齿块施工采用包裹钢板配合组合钢模板作为上塔柱锚索区内模。需要注意的一点是：随着齿块角度的减小，施工时包裹钢板下面混凝土不易振捣密实，需特别注意，可在包裹顶面开孔振捣，使齿块混凝土密实。
参考文献
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