跨穗盐路斜拉桥主塔施工技术
2017-10-30
1 概述
跨穗盐路斜拉桥是贵广南广铁路的重点工程，位于穗盐路地段上跨越城区道路交叉十字路口及广州西环高速公路高架桥，周围建筑较为密集，并在越过高速公路桥后比邻武广高铁高架桥，因此采用大跨轻型钢结构桥梁，避免或减少铁路桥梁对居民、城市地面交通和高速公路高架桥的干扰。本桥按四线轨道布置，孔跨为（32.6+175+175+32.6）m，采用独塔双索面塔梁固结体系，主跨为175m钢箱结构，边辅跨为32.6m为预应力混凝土结构。
主塔为设有横梁的双柱式鼎形框架结构，桥面以上塔高118.9m，采用C55混凝土，�伤�柱中心间距在塔底为46.3m，塔顶为24.0m。塔柱共设有三道横梁，其曲线形的造型与曲线主梁结合，增大了桥塔横向刚度，以有效抵抗指向曲线内侧的径向索力，减小桥塔横向变形、改善横梁与桥塔交点处的受力状态。（见图1）
2 主塔施工
跨穗盐路斜拉桥结构上分为塔座、下塔柱、塔梁固结区、下横梁、塔身、中塔柱、中横梁、上塔柱和上横梁，共分24个施工节段。其材料、设备的水平运输直接用汽车通过穗盐路运输至主塔墩位处，为便于施工材料的空间运输，主塔曲线内、外侧共设置两台型号分别为TC7052及D800-42的塔吊，服务于塔柱施工、防护棚架搭设等。混凝土的生产由附近拌和站供应，通过混凝土搅拌车运输至桥塔处，利用两台天泵进行混凝土浇筑。其整体施工流程如下：施工准备（塔吊安装）→塔座施工→下塔柱施工→墩旁支架及西环防护棚施工→下横梁区塔柱施工（含下横梁）→安装爬模爬架→塔身施工→中塔柱施工→中横梁施工→上塔柱及塔冠施工→上横梁施工。
2.1 塔柱施工
主塔施工标准节取6m，在下塔柱区及上、下横梁处设置非标准节作为调整段。单个塔柱共分为24节施工，主要采用爬模爬架法进行施工。由于施工空间受西环高速公路桥的限制，下塔柱第一节施工采取支架法进行，第二节塔柱除了塔身内侧面无法安装爬架外，其余三面可安装爬架，利用爬架提供施工平台，塔身内侧面仍采取钢管脚手架搭设施工平台。第三节即可安装塔身内侧面爬架，并采取爬模爬架法完成剩余塔柱的混凝土灌注。由于主塔表面呈流线型变化，若采用钢模，需要的钢模规格太多，不利于模板的调整组拼，且浪费较大，故主塔爬模面板采用组拼式大块木结合模（木胶合板用进口维萨板），爬模系统主要包括方木条、几字型钢、2[14b钢带、对拉拉杆、紧固件及扣件等，主塔内模采用木模，采取预埋角钢牛腿搭设施工平台进行安装。
自动液压爬模体系主要由液压爬架和模板体系组成。爬架主要由悬挂件及预埋件、爬升导轨、液压顶升设备、上部操作平台、主工作平台、下部作业平台及电梯入口平台组成。其组成示意图如图2。 2.1.1 爬架体系受力计算
在Midas中建立图3所示模型，各受力杆件依次编号，由于杆件2、4、6相同，1、5相同，11、13、14、15、16相同，因此只需验算1、2、3、7、8、9、10、11、12号杆件即可，杆件轴向应力强度设计值取为210MPa①。
工况一为工作静止状态下，作用形式如图4；工况二为非工作状态下，作用形式如图5；风荷载取值均为Q1=7.625kN；Q2=8.17kN，经Midas计算，取最危险的一榀桁架，得到各杆件轴力图，杆件轴力及稳定计算结果如表1。
由表1可以看出，各杆件轴向应力均小于强度设计值f=210MPa满足规范要求。
2.1.2 爬架施工方法
爬架体系进场完成拼装，在下横梁区段浇筑时按设计要求预埋好爬架预埋件，同时考虑到控制待浇段与已浇段不出现明显的错缝及错台，在已浇段顶口以下15cm预埋H型螺栓，拼装模板时，利用特制扣件，将模板底口准确落于扣件上，通过扣件卡紧模板，使模板与混凝土间没有空隙，经技术和安全部门检查完毕后，浇筑首节混凝土。
自爬模的顶升运动通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现，导轨和爬模架二者之间可进行相对运动。在爬架处于工作状态时，导轨和爬模架都支撑在埋件支座上，两者之间无相对运动。退模后就可在退模留下的爬锥上安装受力螺栓、挂座体、及埋件支座，调整上下轭棘爪方向来顶升导轨。待导轨顶升到位，就位于该埋件支座上后，施工人员即转到下平台去拆除导轨、下部埋件支座、爬锥等。在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始顶升爬模架，导轨保持不动，调整上下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨向上运动。通过导轨和爬模架这种交替附墙，提升对方，爬模架沿着墙体上升，直到坐落于预留爬锥上，实现逐层提升，达到设计位置后，做好安全防护措施，依据常规方法绑扎钢筋，完成模板拼装及劲性骨架安装，检查确认后浇筑塔身混凝土。
2.2 下横梁施工
下横梁的施工采用落地式支架进行，主要由钢管立柱+纵向分配梁+横向桁架式主梁组成。钢管立柱由三排组成，在曲线内、外侧承台上通过预埋件各架立一排钢管立柱，在西环高速中央分隔带处架立一排钢管立柱，立柱基础采用钻孔桩+承台方式，布置形式见图6。主塔下横梁宽8m，中间截面高5m，两端截面高7.4m，横跨西环高速公路，其底面与西环高速公路桥面净空为7.73m，自重约3068t，分两次浇筑，第一次浇筑3m，第二次浇筑2m。由于下横梁底平面为拱形曲面，故需加工特制的拱形桁架做为横梁。
其施工主要步骤：测量定位→横梁支架安装→预压→安装横梁底模→绑扎底板、腹板钢筋、穿波纹管及穿束→安装内、外侧模板→检查、鉴证→布置灌注平台、浇注混凝土→安装顶板底模板→绑扎顶板钢筋→浇筑混凝土→养护、拆顶板底模板→张拉→压浆→封端→拆除横梁底模及支架。
2.3 中横梁、上横梁施工
中横梁及上横梁的施工均采用支架牛腿法进行，支架主梁根据结构底面线型而采用拱形桁架式结构，布置形式见图7。支架牛腿预埋在塔柱侧壁，并通过精轧螺纹杆拉紧传力至已浇筑塔柱实体上。
由于中横梁及上横梁顶、底轮廓线型呈小曲率椭圆形，施工结构复杂，施工难度大，为了减少支架受力以及便于混凝土的浇筑振捣，中横梁及上横梁混凝土的灌注均分三次进行（括号中为上�M梁浇筑分层高度），第一次浇筑8.5m（9.0m），主要浇筑椭圆弧底板、部分腹板混凝土。待混凝土强度达到设计强度后，浇筑第二次混凝土，浇筑高度为4.5m（4.0m），主要完成隔板、部分腹板及两横隔板之间的顶板混凝土。待混凝土达到设计强度后，浇筑第三次混凝土，完成剩余顶板及腹板混凝土的浇筑。上横梁混凝土施工前，因上横梁浇筑承重荷载支撑于中横梁上，为了增强中横梁刚度，将中横梁预应力进行张拉完毕后方可继续上横梁施工。
其施工步骤为：测量放样→塔柱施工至中、上横梁区→预埋中、上横梁伸入塔柱内钢筋→预埋牛腿→中、上横梁区塔柱侧面凿毛→中、上横梁支架安装（防护平台安装）→底模铺设→脚手架平台搭设→底板钢筋、腹板钢筋安装（预应力波纹管埋设）→安装内模→安装隔板钢筋→安装侧模→调整模板→第一次混凝土浇筑→混凝土的养护、凿毛→初凝后，开始第二次绑扎钢筋及安装模板→混凝土强度达到设计值后，开始浇筑第二次混凝土→重复上述步骤，完成第三次混凝土的浇筑→混凝土的养护、修补→模板的拆除。
3 主塔线形监控监测
桥塔的线形控制是施工监控的一项重要内容，其线形的好坏直接关系到桥塔质量、斜拉索挂设精度及钢箱梁安装精度等。因此，必须在施工现场设立实时测量体系，对施工过程中结构的位移、线形、温度及沉降等进行现场实时跟踪测量，为施工监控工作提供实测数据，即借助施工建立的平面及高程控制网，应用三角及精密水准法对桥塔进行线形监测。
主塔偏位测点分别在塔柱内外侧顶面选择一合适点位布置棱镜，利用精密水准仪进行测量，其它几何位置测量主要利用全站仪进行。标高测量仪器为莱卡NA2级自动安平水准仪，测距精度每公里往返测误差为±0.7mm；轴线偏位测量及塔偏位测量采用TOPCONGTS-601A型全站仪，测角精度为±1"，测距精度为±2mm+2ppm。控制施工阶段的线形测量安排在每节塔柱施工阶段结束且在日落后3～4小时（夏季、秋季为日落后4～5小时）以后至次日清晨日出前进行。
4 结语
跨穗盐路斜拉桥主塔施工受城市交通环境、施工空间、季节性台风等因素的影响，施工难度较大，经过前期详细的方案比选及计算研究，塔柱施工采用了科学先进的爬模爬架法，横梁采用了不同型式的支架施工，各步骤均结合现场实际情况，严格按照不同阶段不同措施的方案严格执行，顺利完成施工。目前，该斜拉桥已投入使用并已正常运营4年未出现任何后期问题，对今后同类桥梁的施工具有重要的借鉴意义。
注释：
①根据《路桥施工计算手册》（人民交通出版设）（周水兴等著）附表3-20，45号钢材轴向应力[σ]取值为210MPa。
参考文献：
[1]周孟波，刘自明.斜拉桥手册人民交通出版社，2004.
[2]中铁大桥局集团.承台、桥墩（台）、混凝土索塔施工MBEC 1004-2005.
[3]王泽仁，丁锡鹏.杨浦大桥东主桥塔土建施工工艺建筑施工，2009（6）.
[4]蒋本俊.武汉天兴洲公铁两用长江大桥斜拉桥主塔施工技术桥梁建设，2008（4）.
[5]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册人民交通出版社，2004.
[6]铁建设[2010]241号，高速铁路桥涵工程施工技术指南，2010.
