洞庭湖特大桥斜拉桥主塔施工关键技术
2017-02-27
1 工程简介
蒙西华中铁路洞庭湖特大桥主桥为（98+140+406+406+140+98）m 三塔双索面钢箱钢桁结合梁斜拉桥，全长1290.24m。3、4、5号墩为洞庭湖特大桥主桥主墩，位于洞庭湖主航道中，文章的主塔施工技术主要阐述以3号墩为例，3号墩主塔采用钢筋混凝土结构，桥面以上为倒Y形，桥面以下塔柱内收为钻石形。塔根（承台顶）高程+13.5m，塔顶高程+170.0m，整个塔高156.5m，分为下塔柱、下横梁、中塔柱、上塔柱4部分，主塔分节施工具体见图1。
主塔下塔柱高35.5m，采用单箱双室空心矩形截面。底部设基座，下塔柱与中塔柱交界处设横梁；下横梁为预应力混凝土结构，采用单箱三室空心矩形结构，高6.0m，宽7.8m，支座处设有横隔板。每塔布置60束17ΦS15.2预应力钢绞线。横梁以上至塔柱合并段为中塔柱，高71m，采用空心矩形截面；上塔柱高50m，塔柱内壁设外凸的锯齿块作为斜拉索的锚点。上塔柱斜拉索锚固区设计为预应力混凝土构件，锚固塔壁内采用井字型布置Φ32预应力粗钢筋。
2 总体施工方案
2.1 总体施工方案
塔座与主塔第1节（起步段）一次性浇筑，以有效防止塔柱底部产生裂纹。塔柱采用标准节段6m液压爬模施工，横梁与两侧塔柱采用同步施工，支架为钢管立柱支架，分两次浇筑。3号墩主塔分29个节段，其下塔柱为1-8号节段，7号和8号节段与横梁同步浇筑，中塔柱为9～19号节段，上塔柱为20～29号节段。主塔分节详见图1。
2.2 施工设备的布置
2.2.1 塔吊的布置
材料、设备的垂直运输由墩旁固定式塔吊完成。
3号墩两台塔吊分别为TC7052和TC6015，塔吊平面布置见图2。
3号墩TC7052安装臂长55m（吊重6.59t），能满足3号墩栈桥上直接吊装倒运物资的需求。最大吊重25t（四倍率，臂长18.85m），工作幅度40m范围内即可覆盖整个塔柱，吊重10.08t（四倍率）。塔柱最大起吊物为塔顶15t卷扬机（含钢丝绳重量约12t），可满足施工现场需要。两台塔吊优化调整为同步提升到顶，确保上塔柱的施工安全和质量。
2.2.2 施工电梯的布置
3号墩人员的垂直运输由墩旁上下游两台电梯调整为下游侧1台斜电梯完成。电梯设置在主塔下游侧，上游侧在两套爬模间设置通道。保证电梯的倾斜角度和最大附臂长度不大于6m，特优化电梯的位置，让其坐落在承台上的一个平台上。
2.2.3 混凝土输送设备的设置
3号墩混凝土输送采用泵送。每个墩配备3台HBT-90高压混凝土输送泵（1台备用），其垂直输送能力350m，满足主塔施工需要。下塔柱利用布料机施工，中塔柱每个塔肢分别布置一套输送泵管，上塔柱在下游侧设置1套共用。每套混凝土输送泵的输送量不小于20m3/h。养护水管与泵管同步推进。
3 主塔施工方法与关键技术
3.1 施工主要方法
3.1.1 下塔柱施工
3号墩下塔柱第1～2节采用翻模模板，第1节与塔座一起浇筑，从第3节段开始采用液压爬模施工。塔柱内侧面采用挂架系统施工，与外模通过拉杆固定牢靠。混凝土浇筑采用地泵加布料机施工。
3.1.2 中塔柱施工
下塔柱施工完成后将下塔柱爬模转换成中塔柱爬模施工，中塔柱爬模施工方法与下塔柱施工相同。模板除异形段内模用普通木模外，其余均使用爬模施工。在中塔柱内侧设置水平横撑来抵消塔柱内倾产生的水平力，塔柱合拢段施工完成后拆除水平横撑。
3.1.3 上塔柱施工
中塔柱施工完成后将下塔柱爬模转换成上塔柱爬模施工，上塔柱爬模施工方法与中塔柱施工方法相同。上塔柱外模采用爬模，内模除异形段内模用普通木模外，其余均使用爬模施工。上塔柱重点控制内容有索导管定位、预应力粗钢筋施工、合拢段施工等。考虑到混凝土的收缩、徐变和塔柱弹性变形的影响，为确保斜拉索塔柱锚固位置的准确，上塔柱施工设置预抬量，预抬量由监控单位提供。
3.1.4 主塔横梁施工
主塔横梁在高度方向分二次施工（3+3m），分段高度范围塔柱同步施工。采用支架法，支架采用Φ1000mm钢管立柱（壁厚10mm）。横梁混凝土第一次为3m，与塔柱第7节段同步浇筑，第一次浇筑完成后，对部分预应力束进行预张拉，以防止混凝土收缩裂纹；第二次为3m，与塔柱第8节段同步浇筑。混凝土达到设计要求后，进行预应力张拉、压浆、封锚。
3.2 施工关键技术
测量控制→钢筋工程→模板体系→混凝土施工及养护→下一节段施工
3.2.1 测量控制
塔柱施工测量的重点是保证塔柱的倾斜度、垂直度和外形几何尺寸以及一些内部构件的空间位置。
测量的主要内容有：塔柱的中心线放样、各节段劲性骨架的定位与检查、模板定位与检查、预埋件定位、各节段竣工测量及施工中的各项变形观测等，如塔柱沉降观测、塔身摆动观测。
基本方案：主要采取GPS、全站仪、水准测量三者相互结合的测量实施原则，充分利用三种测量手段优势互补的特点，互相检验，形成有机的整体系统，采取严密措施，严格按照交叉计算复核的原则，保证主塔施工各环节万无一失。塔柱施工定位放样采用三维坐标法。 主要测量标准如下：
主塔轴线允许偏差10mm，高程允许偏差±20mm；
倾斜度：1/3000H，且不大于30mm；
断面尺寸允许偏差：+10mm，-5mm；
斜拉索锚固点允许偏差：孔中心各方向偏差<3mm，角度偏差<5″；
斜拉索锚具轴线偏差5mm。
3.2.2 钢筋工程
3#墩主塔钢筋为HRB400钢筋，主要有Φ32mm、Φ20mm、Φ16mm及Φ12mm。Φ16mm和Φ20mm钢筋均采用单面搭接焊，焊缝长度不小于10d；Φ32mm钢筋采用滚轧直螺纹接头。塔柱竖向主筋在塔座施工时已预埋，塔柱施工时进行接长。拟定每节安装钢筋高度6m。
塔柱锚固区预应力采用直径32mm预应力高强精轧螺纹粗钢筋，为保证主筋的间距和施工进度，把锚板，螺旋筋、排气管等由厂家配套提供。
3.2.3 爬模体系
爬模体系采用ZPM-100架体，共配置26榀爬升架体。由21mm进口板、H20木工字梁、横向背楞和专用连接件组成；胶合板与竖肋（木工字梁）采用自攻螺丝正面连接，竖肋与横肋（双槽钢背楞）采用连接爪连接，在竖肋上两侧对称设置两个吊钩。两块模板之间采用芯带连接，用芯带销固定，从而保证模板的整体性，使模板受力更加合理、可靠。木梁直模板为装卸式模板，拼装方便，在一定的范围和程度上能拼装成各种大小的模板。
爬模的工作原理是通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现。爬模体系见图3
爬升流程如下：混凝土浇筑完后→拆模后移→安装附装置→提升导轨→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→埋件固定模板上→合模→浇筑混凝土
3.2.4 混凝土工程
3号墩利用岸上拌和站拌料，罐车运输至栈桥头，下塔柱和横梁施工利用24m长布料机泵送入模，中、上塔柱施工利用两台HBT-90型地泵将混凝土泵送至各个灌注点下料。
为确保洞庭湖特大桥的混凝土外观质量要求，采取以下措施：
（1）采用色拉油作脱模剂的一面混凝土外观最好，具体表现在混凝土成色均匀、气泡少、表面光洁，故在整个塔柱施工中，均选用色拉油作脱模剂。
（2）混凝土性能优化：
初凝时间：结合试验结果，不小于16小时；
坍落度：16～20cm；
具有良好的流动性、和易性及泵送性能。
（3）施工工序优化
在混凝土节段接口处统一下用白色胶带水平包裹一周，以保证接头密贴。混凝土振捣棒采用70的高频振捣棒分区域振捣，确保振捣密实。拆模选择在白天温度较高的时段进行，避免因混凝土表面和环境温差过大而出现温度裂纹。混凝土浇筑完毕后，顶面采用蓄水养护，侧模拆除后立即涂刷养护液进行养护。
4 施工质量控制要点
（1）严格控制塔柱的倾斜度、塔柱断面尺寸及轴线偏位等。施工模板应具有足够的强度和刚度，以确保结构尺寸偏差在设计要求之内。严格控制斜拉索锚点处垫板及索导管定位精度钢垫板定位容许误差：孔中心各方向偏差<3mm，角度偏差<5″，以确保后期斜拉索顺利安装。
（2）主塔下塔柱施工时须注意及时封堵施工用临时孔洞，以防止后期水及漂浮物流入塔柱内。注意通风孔的设置方向（向外倾斜3°）以防雨水流入塔柱内。
（3）塔柱混凝土表面要求平整洁净、颜色一致，混凝土浇筑过程中注意加强振捣工作，确保混凝土密实度，杜绝蜂窝、麻面现象，在钢筋密集处应使用小尺寸振捣棒，且水平方向不得留有接口分隔缝，混凝土施工接缝处理应满足相关施工规范的要求。
（4）竖向主筋采用机械接头，机械连接应满足《钢筋混凝土机械连接暂行规范》（铁建设[2010]41号）的规定；所有钢筋接头应错开布置，在同一断面上接头率不得大于50%；同时应注意保证各类钢筋保护层厚度。
（5）预应力钢束张拉时采用张拉力与伸长量双控制，以张拉力控制为主，测量的张拉伸长量与理论计算的误差应控制在±6%之间。预应力钢束张拉完毕后应严格按照施工规范的相关要求及时对管道进行压浆、封锚，以确保结构的耐久性。孔道压浆采用真空辅助灌浆法，浆体材料应掺入真空灌浆专用高效减水剂，掺量通过试验确定。浆体指标应满足《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆剂技术条件》的要求。
（6）施工中注意附属工程的预埋钢筋及预埋件的设置，避免遗漏。主塔施工属于高空作业，施工时应采取必要的措施，保证施工安全。
5 结束语
洞庭湖大桥3#墩主塔从塔座开始到塔柱封顶共用时360d，采用分节段同步施工，主塔结构复杂，技术含量大，施工安全和质量要求严格，尤其是塔柱外观质量控制，蒙西华中铁路的理念就是质量质量就是生命线。施工过程中每道工序都有检查签证，上道工序不合格严禁进入下道工序，在大临结构、钢筋工程、模板体系、混凝土工程等获取了斜拉桥主塔施工过程的相关的数据和经验，为我们今后的施工及其他类似主塔施工提供了宝贵经验。
参考文献
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[3]胡文军，王东辉，等.新建荆州至岳阳铁路洞庭湖特大桥施工图第二册（98+140+406+406+140+98）m钢箱钢桁结合梁斜拉桥第二分册主塔及斜拉索[M].武汉：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，2014.
