“戒指型”主塔斜拉桥施工技术

“戒指型”主塔斜拉桥施工技术

王连

中铁大桥局五公司江西九江332001

摘要：九江八里湖大桥主桥采用戒指型三塔斜拉桥，主塔外形呈“戒指”造型，介绍主塔施工技术和质量控制。

关键词：戒指型；主塔；支架；索导管定位；温控；合龙段

1工程概况

九江八里湖大桥主桥采用戒指型三塔斜拉桥，主桥长425.1m（K0+703.8～K1+128.9），桥跨组成为：（80.55+2×132+80.55）m，主梁为预应力混凝土梁。15#-17#墩为主桥主塔，主塔外形呈“戒指”造型，桥面以上塔高26米，桥面以下高度13.9米，采用变截面钢筋混凝土结构。塔柱顺桥向独立布置2片，通过塔顶、索区、支座处设置的混凝土构件连接成整体，主塔采用C60高强度混凝土。

2总体施工方案和施工流程

根据主塔的结构特点和设计要求，主塔施工分为下塔柱和上塔柱两部分施工，上、下塔柱需相对于桥梁轴线对称施工。

主塔及0#块施工采用在承台和承台系梁上安装现浇支架和脚手架施工，下塔柱施工时，考虑在塔柱外侧搭设型钢组成的外膜桁架，外侧安装钢管立柱支架做为操作平台，模板对拉，内侧模板之间水平张拉。下塔柱施工完毕后，逐步接高钢管立柱，拼装模板，上塔柱采用在内侧搭设钢管立柱支架支撑，索区上端采用型钢钢管对撑系统施工（详见主塔支架布置图）。

3具体施工方法

3.1塔柱施工方法

下塔柱分为4个对称节段，上塔桩分为8个对称节段，下塔柱施工采用自爬模架体系作为施工脚手平台、模板安装结构和少量物资设备的堆放地；塔柱内设计布置型钢组成的劲性骨架作为钢筋骨架成型结构、同时兼有增强混凝土浇注前后模板体系刚度的作用；竖向钢筋按10m定购、安装，适应5m分段要求；下塔柱节段为变截面段壁厚较大，布置冷却水管以满足温度控制需要；俯面爬模架结构利用下横梁支架钢管拉结，以平衡混凝土浇注前后因悬臂、倾斜产生的水平力，控制顶端变形，从而保证混凝土浇注质量。

3.20#块施工方法

15#～17#主塔0#节段长22m，0#节段采用现浇支架进行施工，在支架安装完毕后按1.2倍设计荷载进行预压。16#中塔塔墩梁固结，承台、塔座施工完成后，搭设主塔下塔柱及主梁0##节段现浇支架，下塔柱和0#节段同时浇筑混凝土，待混凝土达到90%强度后，张拉0#节段部分纵横向预应力。15#、17#边塔墩塔墩固结，塔梁分离，下塔柱、上塔柱施工完成后，安装施工0#节段现浇支架，后进行主梁施工混凝土。

支架设计进行支架刚度和稳定性验算、承载力验算,各项验算指标符合规范要求后按设计图进行支架搭设。0#块现浇支架由钢管桩、桩间连接系、型钢等组成。承台范围内的钢管桩直接支撑在承台混凝土表面，承台外的钢管桩采用沉桩打入湖床。临时钢管桩采用Φ800×8钢管桩，桩间连接系采用Φ273×6钢管，横向分配梁采用2HN500×200型钢，纵向采用贝雷梁支架，上部设75cm间距的型钢作为模板分配梁。在已施工完成承台和系梁上预留预埋件，支架与预埋件连接，箱室内支架采用扣件钢管支架，与箱梁支撑连接以保证稳定性。

4主要工程技术难点及具体的解决方案

4.1主塔塔身支架设计和施工

根据主塔上26m范围内塔柱曲率变化大的特点，塔柱支架分为钢管架和拱架两个部分。钢管架支撑8#节段模板和承受拱架受力时传递的荷载；拱架用来施工9#-11#节段混凝土和塔顶的2m合拢段。钢管架由分配梁（2HN400×200）、立柱（φ600×8mm钢管）、斜撑和横撑（均为φ273×6mm钢管）组成（桩底在主梁相应位置处设置预埋件），在工厂加工成整体。拱架由6mm钢板、截面为□144×10mm和□130×10mm组焊而成的T形板大肋、∠75×50×8作为横向小肋、2[10斜杆、[10连杆（顺桥向）和2[16水平连杆组成，为方便吊装和拆卸分为2个拱架A和一个拱架B。15#-17#塔柱主梁以上高度和塔柱线形均相同，故钢管架和拱架可通用。

墩身模板采用木梁胶合板体系，即18mm厚胶合板+造型木线+木工字梁+12号双槽钢背楞。塔身模板具有结构合理，经济实用，标准化程度高等特点。在单块模板中，胶合板与横肋(木工字梁)采用自攻螺丝和地板钉连接，横肋与竖肋（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（现场自制）。除塔座大面模板外其余各处模板均为一块组成，塔座处大面模板由两块模板组成，它们之间采用芯带连接，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。

4.2塔身混凝土温度控制

4.2.1下塔柱温度控制措施：

(1)、壁厚较大的变截面节段建立水化热计算模型、并依此布置冷却水管，在混凝土节段中心均匀布置测温管，混凝土浇注后进行混凝土中心、表面和冷却水管进、出水口测温，采取调节进水流量、改变进出水流向等方法控制混凝土内部温度、内部与表面温差。

(2)、全部4个节段均埋设测温管，根据测温结果，内部温度开始下降后拆除模板。

(3)、下塔柱安装喷水系统，拆模前顶面蓄水、达到一定强度后稍松开拉杆使水分渗入、拆模后对表面进行不间断的湿润养护，由于该施工季节温度变化缓和，各项温差、温度指标均可满足标准要求。

4.2.20#块及塔柱结合部温度控制措施：

(1)、塔柱实体段（与横梁共同浇注部分）建立水化热计算模型、布置冷却水管，采取上述方法测温、调整、控制。

(2)、0#块部分利用部分密集的预应力管道，选取均匀分布的部分管道作为通风散热孔、同时内箱也布置鼓风机鼓风散热。

(3)、安装喷水系统，拆模前顶面蓄水、达到一定强度后稍松开拉杆使水分渗入、拆模后对表面进行不间断的湿润养护。

(4)、2#墩下横梁第2节段浇注时气候转凉，采取表面喷涂养护液保湿，覆盖保温布的方法保证温差指标。

(5)、混凝土生产采取原材料降温、搅拌搀入冰水、泵管覆盖冲水等措施保证入模温度。

经采取上述措施，各项温度、温差指标均满足标准要求。

4.2.3上塔柱温度控制措施：

(1)、选用埋置式的测温元件（铂热电阻），布置于塔柱截面中心、内表面、外表面、迎风面刮角等特征点，每2~4小时观测、绘制温度曲线，分析温度变化情况。

(2)、在模板木带间、面板上贴入保温绝热材料，塔柱拐角处（温度下降趋势明显处）覆盖特制保温被（内胆为保温绝热材料、外包防火布，并缝制系带便于连接），降低外部环境影响，保证混凝土浇注、拆模前阶段温度、温差指标稳定。

(3)、拆模后在混凝土表面迅速喷涂2道养护液保湿，并覆盖特制保温被、连接严密、上下与混凝土表面密贴，以降低热量交换、蓄热保温。

(4)、冬季在爬架体外侧悬挂、覆盖一层蓬布，夜间均匀布置碘钨灯照射混凝土表面，起到防风、加温的作用。

4.3索导管空间三维定位

(1)概况

测量要求精度高、稳定、需要实时进行三维空间定位，主塔索道管的定位精度包括两个方面:一是锚固点的空间位置三维坐标允许偏差为±5mm;二是索道管轴线与设计斜拉索轴线的相对允许偏差为±3mm且同向。

(2)索导管定位原理分析：

为了沟通索道管空间图形与数组之间有序的联系，以达到简化计算和方便实际操作的目的，需要建立索道管空间图形的数学模型，使空间图形与数组对应起来。而建立这个数学模型前要先建立空间直角坐标系。选择空间直角坐标系以主桥直线段桥轴线为X轴（纵轴）、在水平面内与X轴垂直的轴为Y轴（横轴）、而通过平面坐标系原点的铅垂线则是Z轴。

(3)索导管定位步骤：

①在劲形骨架上放样索道管空间位置；

②用吊机、倒链等工具安装索道管；

③对索道管进行初定位；

④用高精度全站仪检查索道管初定位后的空间位置，逐步调整，直至满足设计要求；

⑤将索道管与劲形骨架焊接加固；

⑥对塔柱进行混凝土浇筑前的索道管竣工检查。

(4)索导管定位测量过程：

①索道管空间位置的放样

索道管定位的关键技术在于控制好索道管两端口中心的三维坐标。因此，要在主塔劲性骨架上放样出索道管位置，只要放样出锚固点和塔壁侧出口点的中心位置。根据已知的锚固点坐标及塔壁侧出口中心的坐标，在其设计位置上方的劲性骨架上加焊细长钢板或钢筋，在钢板或钢筋上投点，使投点的纵向、横向坐标即为锚固点和塔壁出口处管中心设计平面坐标，而投点的竖向坐标比锚固点及塔壁侧出口中心设计高程略高（约高50cm～100cm），投放的这两点分别称为A点和B点,并实测出A、B点的高程，计算出实测高程与设计高程的差值。

②索道管的安装

用吊机将索道管大概吊装至放样点A、B下方，悬挂线鉈在A、B点上，线鉈底尖至A、B点的长度既是实测A、B点高程与锚固点和塔壁出口处管中心设计高程的差值，用倒链或其它微调工具调整索道管位置使其锚固点和塔壁侧出口处管中心位置与线鉈底尖大概吻合,其对点误差控制在10mm以内,并临时固定,完成了索道管的初定位。

③索道管的精密定位装置

索道管定位后的轴线与设计斜拉索轴线的相对偏差主要取决于索道管两端口中心三维坐标的绝对精度，而要保证索道管两端口中心三维坐标的绝对精度，一方面要借助于高精度的测量仪器，另一方面，要有一套能直接准确地反映索道管两端口中心位置的定位装置，才能够做到索道管的精密定位。

精密定位装置是由精密加工的索道管定位板和前点的特制棱镜装置组成。索道管定位板分为两种：

一种是锚固点定位板，用于观测锚固点中心位置，这一种定位板按照索道管内径尺寸加工为六种不同直径的圆盖板，四周焊接对称的四块垫板，盖板厚度10mm。在圆盖板上用冲钉在圆中心冲小孔，使用时当圆盖板面与锚垫板密贴后，这个小孔标志就直接反映了锚固点中心的空间位置。

另一种是出口定位板，用于观测塔壁索道管出口处中心位置，这种定位板也是按照索道管内径尺寸加工为六种不同直径的半圆盘观测装置，观测时用半圆盘下部垂直索道管内壁，使半圆盘外周边与索道管内壁紧贴，则精确标定的半圆盘中心即是索道管中轴线上的一点，这一点不必准确在塔壁索道管出口处，只要在索道管中轴线上就可以。

棱镜杆的倾斜误差与杆高成正比，通常使用的棱镜杆可调高度在1.3m～2.15m的范围内,要达到精密定位的目的，应减少棱镜杆的倾斜误差，在通视条件允许的条件下，尽可能使用较短的棱镜杆，为此，使用了定位索道管专用的短棱镜杆(可调高度在0.3m～0.6m的范围内)，该棱镜杆使用方便，速度快，而且有效地满足了定位精度的要求。

(5)索道管空间位置的精密定位

索道管依据放样点A、B完成初定位后，进行精密定位。首先调整锚垫板中心位置，将锚固点定位板放入索道管并临时固定，使其盘面与锚垫板面位于同一平面，此时盘心即为索道管锚固点位置，实测该点三维坐标并调整到设计位置；然后将出口定位板放入索道管出管口并临时固定(注意半圆盘标志要尽量与索道管轴线垂直)，此时半圆盘盘心即为索道管中轴线上的一点，实测该点三维坐标并代入方程，计算该点的偏差值，将其微调直到合格。由于调整管口时可能引起锚垫板中心位置变化，因此要复测锚垫板中心并再次进行微调，如此反复直至满足限差要求后，将索道管与劲性骨架固结。为防止吊装作业等原因碰撞已加固的索道管而引起其变位，在塔柱进行混凝土浇筑前要对索道管进行竣工检查。

索道管的定位技术实践证明，运用空间直线方程的三维极坐标法对精度要求较高的结构物进行精密定位，不受施工环境限制，外业观测简便，定位速度快，数据处理严密，定位精度稳定，满足现代化快速且高精度的施工要求，是一种非常有效的方法，易于推广应用。

4.4合拢段施工控制

合拢段施工前按照要求放样，精确定位该节段标高及梁体截面尺寸，安装劲性支撑支架及对顶钢管桩。结合监控方意见，在已浇筑节段顶部设置6个观测点（左、右幅塔顶各3个点），通过在对顶时对观测点之间的位移测量，与设计方提供的塔顶位移进行对比，确保对顶时塔身位移符合设计要求。

待第九、十节混凝土强度达到设计强度的90%后，开始进行顶推施工。施工时采用500吨油顶施加推力。中塔顶推力为160吨，边塔顶推力为130吨，顶推分为三级进行，中塔分级顶推力为50吨、100吨、160吨，边塔分级顶推力为40吨、80吨、130吨。每一级推力达到后对观测点之间的位移进行测量记录。根据计算，在劲性支撑架焊接固定后，假设受到塔柱160吨轴向压力时，支撑架压缩变形为0.9mm，由于该变形量很小，所以在对顶时不考虑变形量损伤，即不考虑进行超顶。

对顶前需解除主塔支架与塔身的临时固结，并对合拢段处的临时固定钢筋进行解锁，确保塔身处于自由状态，不受外力约束。

顶推完成后焊接固定劲性支撑架，将油顶及系梁处对顶钢管取出，随后安装合拢段钢筋，安装侧模，安装塔顶避雷针预埋件。采用混凝土输送泵浇筑合拢段混凝土。

为了减少对主筋的切割，施工时现将劲性支撑架解体后装入合拢段内，尽量减少对塔身Φ32mm钢筋的破坏，在安装对顶钢管及油顶时，对系梁处部分无法避让的钢筋按照规范规定进行切断，顶推完成后进行恢复。合拢段处主塔主筋无法采用直螺纹套筒连接，施工中采用搭接焊接进行连接。

总结

依据主塔斜拉桥施工方案及技术，圆满完成“戒指型”主塔斜拉桥施工，对今后相似项目斜拉桥主塔施工提供相关经验及数据支撑。