跨穗鹽路斜拉橋主塔施工技術(shù)
2017-10-30
1 概述
跨穗鹽路斜拉橋是貴廣南廣鐵路的重點工程，位于穗鹽路地段上跨越城區(qū)道路交叉十字路口及廣州西環(huán)高速公路高架橋，周圍建筑較為密集，并在越過高速公路橋后比鄰武廣高鐵高架橋，因此采用大跨輕型鋼結(jié)構(gòu)橋梁，避免或減少鐵路橋梁對居民、城市地面交通和高速公路高架橋的干擾。本橋按四線軌道布置，孔跨為（32.6+175+175+32.6）m，采用獨塔雙索面塔梁固結(jié)體系，主跨為175m鋼箱結(jié)構(gòu)，邊輔跨為32.6m為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。
主塔為設(shè)有橫梁的雙柱式鼎形框架結(jié)構(gòu)，橋面以上塔高118.9m，采用C55混凝土，�傷�柱中心間距在塔底為46.3m，塔頂為24.0m。塔柱共設(shè)有三道橫梁，其曲線形的造型與曲線主梁結(jié)合，增大了橋塔橫向剛度，以有效抵抗指向曲線內(nèi)側(cè)的徑向索力，減小橋塔橫向變形、改善橫梁與橋塔交點處的受力狀態(tài)。（見圖1）
2 主塔施工
跨穗鹽路斜拉橋結(jié)構(gòu)上分為塔座、下塔柱、塔梁固結(jié)區(qū)、下橫梁、塔身、中塔柱、中橫梁、上塔柱和上橫梁，共分24個施工節(jié)段。其材料、設(shè)備的水平運輸直接用汽車通過穗鹽路運輸至主塔墩位處，為便于施工材料的空間運輸，主塔曲線內(nèi)、外側(cè)共設(shè)置兩臺型號分別為TC7052及D800-42的塔吊，服務(wù)于塔柱施工、防護棚架搭設(shè)等。混凝土的生產(chǎn)由附近拌和站供應(yīng)，通過混凝土攪拌車運輸至橋塔處，利用兩臺天泵進行混凝土澆筑。其整體施工流程如下：施工準(zhǔn)備（塔吊安裝）→塔座施工→下塔柱施工→墩旁支架及西環(huán)防護棚施工→下橫梁區(qū)塔柱施工（含下橫梁）→安裝爬模爬架→塔身施工→中塔柱施工→中橫梁施工→上塔柱及塔冠施工→上橫梁施工。
2.1 塔柱施工
主塔施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)取6m，在下塔柱區(qū)及上、下橫梁處設(shè)置非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為調(diào)整段。單個塔柱共分為24節(jié)施工，主要采用爬模爬架法進行施工。由于施工空間受西環(huán)高速公路橋的限制，下塔柱第一節(jié)施工采取支架法進行，第二節(jié)塔柱除了塔身內(nèi)側(cè)面無法安裝爬架外，其余三面可安裝爬架，利用爬架提供施工平臺，塔身內(nèi)側(cè)面仍采取鋼管腳手架搭設(shè)施工平臺。第三節(jié)即可安裝塔身內(nèi)側(cè)面爬架，并采取爬模爬架法完成剩余塔柱的混凝土灌注。由于主塔表面呈流線型變化，若采用鋼模，需要的鋼模規(guī)格太多，不利于模板的調(diào)整組拼，且浪費較大，故主塔爬模面板采用組拼式大塊木結(jié)合模（木膠合板用進口維薩板），爬模系統(tǒng)主要包括方木條、幾字型鋼、2[14b鋼帶、對拉拉桿、緊固件及扣件等，主塔內(nèi)模采用木模，采取預(yù)埋角鋼牛腿搭設(shè)施工平臺進行安裝。
自動液壓爬模體系主要由液壓爬架和模板體系組成。爬架主要由懸掛件及預(yù)埋件、爬升導(dǎo)軌、液壓頂升設(shè)備、上部操作平臺、主工作平臺、下部作業(yè)平臺及電梯入口平臺組成。其組成示意圖如圖2。 2.1.1 爬架體系受力計算
在Midas中建立圖3所示模型，各受力桿件依次編號，由于桿件2、4、6相同，1、5相同，11、13、14、15、16相同，因此只需驗算1、2、3、7、8、9、10、11、12號桿件即可，桿件軸向應(yīng)力強度設(shè)計值取為210MPa①。
工況一為工作靜止?fàn)顟B(tài)下，作用形式如圖4；工況二為非工作狀態(tài)下，作用形式如圖5；風(fēng)荷載取值均為Q1=7.625kN；Q2=8.17kN，經(jīng)Midas計算，取最危險的一榀桁架，得到各桿件軸力圖，桿件軸力及穩(wěn)定計算結(jié)果如表1。
由表1可以看出，各桿件軸向應(yīng)力均小于強度設(shè)計值f=210MPa滿足規(guī)范要求。
2.1.2 爬架施工方法
爬架體系進場完成拼裝，在下橫梁區(qū)段澆筑時按設(shè)計要求預(yù)埋好爬架預(yù)埋件，同時考慮到控制待澆段與已澆段不出現(xiàn)明顯的錯縫及錯臺，在已澆段頂口以下15cm預(yù)埋H型螺栓，拼裝模板時，利用特制扣件，將模板底口準(zhǔn)確落于扣件上，通過扣件卡緊模板，使模板與混凝土間沒有空隙，經(jīng)技術(shù)和安全部門檢查完畢后，澆筑首節(jié)混凝土。
自爬模的頂升運動通過液壓油缸對導(dǎo)軌和爬架交替頂升來實現(xiàn)，導(dǎo)軌和爬模架二者之間可進行相對運動。在爬架處于工作狀態(tài)時，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無相對運動。退模后就可在退模留下的爬錐上安裝受力螺栓、掛座體、及埋件支座，調(diào)整上下軛棘爪方向來頂升導(dǎo)軌。待導(dǎo)軌頂升到位，就位于該埋件支座上后，施工人員即轉(zhuǎn)到下平臺去拆除導(dǎo)軌、下部埋件支座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結(jié)之后就可以開始頂升爬模架，導(dǎo)軌保持不動，調(diào)整上下棘爪方向后啟動油缸，爬模架就相對于導(dǎo)軌向上運動。通過導(dǎo)軌和爬模架這種交替附墻，提升對方，爬模架沿著墻體上升，直到坐落于預(yù)留爬錐上，實現(xiàn)逐層提升，達到設(shè)計位置后，做好安全防護措施，依據(jù)常規(guī)方法綁扎鋼筋，完成模板拼裝及勁性骨架安裝，檢查確認后澆筑塔身混凝土。
2.2 下橫梁施工
下橫梁的施工采用落地式支架進行，主要由鋼管立柱+縱向分配梁+橫向桁架式主梁組成。鋼管立柱由三排組成，在曲線內(nèi)、外側(cè)承臺上通過預(yù)埋件各架立一排鋼管立柱，在西環(huán)高速中央分隔帶處架立一排鋼管立柱，立柱基礎(chǔ)采用鉆孔樁+承臺方式，布置形式見圖6。主塔下橫梁寬8m，中間截面高5m，兩端截面高7.4m，橫跨西環(huán)高速公路，其底面與西環(huán)高速公路橋面凈空為7.73m，自重約3068t，分兩次澆筑，第一次澆筑3m，第二次澆筑2m。由于下橫梁底平面為拱形曲面，故需加工特制的拱形桁架做為橫梁。
其施工主要步驟：測量定位→橫梁支架安裝→預(yù)壓→安裝橫梁底模→綁扎底板、腹板鋼筋、穿波紋管及穿束→安裝內(nèi)、外側(cè)模板→檢查、鑒證→布置灌注平臺、澆注混凝土→安裝頂板底模板→綁扎頂板鋼筋→澆筑混凝土→養(yǎng)護、拆頂板底模板→張拉→壓漿→封端→拆除橫梁底模及支架。
2.3 中橫梁、上橫梁施工
中橫梁及上橫梁的施工均采用支架牛腿法進行，支架主梁根據(jù)結(jié)構(gòu)底面線型而采用拱形桁架式結(jié)構(gòu)，布置形式見圖7。支架牛腿預(yù)埋在塔柱側(cè)壁，并通過精軋螺紋桿拉緊傳力至已澆筑塔柱實體上。
由于中橫梁及上橫梁頂、底輪廓線型呈小曲率橢圓形，施工結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，為了減少支架受力以及便于混凝土的澆筑振搗，中橫梁及上橫梁混凝土的灌注均分三次進行（括號中為上�M梁澆筑分層高度），第一次澆筑8.5m（9.0m），主要澆筑橢圓弧底板、部分腹板混凝土。待混凝土強度達到設(shè)計強度后，澆筑第二次混凝土，澆筑高度為4.5m（4.0m），主要完成隔板、部分腹板及兩橫隔板之間的頂板混凝土。待混凝土達到設(shè)計強度后，澆筑第三次混凝土，完成剩余頂板及腹板混凝土的澆筑。上橫梁混凝土施工前，因上橫梁澆筑承重荷載支撐于中橫梁上，為了增強中橫梁剛度，將中橫梁預(yù)應(yīng)力進行張拉完畢后方可繼續(xù)上橫梁施工。
其施工步驟為：測量放樣→塔柱施工至中、上橫梁區(qū)→預(yù)埋中、上橫梁伸入塔柱內(nèi)鋼筋→預(yù)埋牛腿→中、上橫梁區(qū)塔柱側(cè)面鑿毛→中、上橫梁支架安裝（防護平臺安裝）→底模鋪設(shè)→腳手架平臺搭設(shè)→底板鋼筋、腹板鋼筋安裝（預(yù)應(yīng)力波紋管埋設(shè)）→安裝內(nèi)模→安裝隔板鋼筋→安裝側(cè)模→調(diào)整模板→第一次混凝土澆筑→混凝土的養(yǎng)護、鑿毛→初凝后，開始第二次綁扎鋼筋及安裝模板→混凝土強度達到設(shè)計值后，開始澆筑第二次混凝土→重復(fù)上述步驟，完成第三次混凝土的澆筑→混凝土的養(yǎng)護、修補→模板的拆除。
3 主塔線形監(jiān)控監(jiān)測
橋塔的線形控制是施工監(jiān)控的一項重要內(nèi)容，其線形的好壞直接關(guān)系到橋塔質(zhì)量、斜拉索掛設(shè)精度及鋼箱梁安裝精度等。因此，必須在施工現(xiàn)場設(shè)立實時測量體系，對施工過程中結(jié)構(gòu)的位移、線形、溫度及沉降等進行現(xiàn)場實時跟蹤測量，為施工監(jiān)控工作提供實測數(shù)據(jù)，即借助施工建立的平面及高程控制網(wǎng)，應(yīng)用三角及精密水準(zhǔn)法對橋塔進行線形監(jiān)測。
主塔偏位測點分別在塔柱內(nèi)外側(cè)頂面選擇一合適點位布置棱鏡，利用精密水準(zhǔn)儀進行測量，其它幾何位置測量主要利用全站儀進行。標(biāo)高測量儀器為萊卡NA2級自動安平水準(zhǔn)儀，測距精度每公里往返測誤差為±0.7mm；軸線偏位測量及塔偏位測量采用TOPCONGTS-601A型全站儀，測角精度為±1"，測距精度為±2mm+2ppm。控制施工階段的線形測量安排在每節(jié)塔柱施工階段結(jié)束且在日落后3～4小時（夏季、秋季為日落后4～5小時）以后至次日清晨日出前進行。
4 結(jié)語
跨穗鹽路斜拉橋主塔施工受城市交通環(huán)境、施工空間、季節(jié)性臺風(fēng)等因素的影響，施工難度較大，經(jīng)過前期詳細的方案比選及計算研究，塔柱施工采用了科學(xué)先進的爬模爬架法，橫梁采用了不同型式的支架施工，各步驟均結(jié)合現(xiàn)場實際情況，嚴格按照不同階段不同措施的方案嚴格執(zhí)行，順利完成施工。目前，該斜拉橋已投入使用并已正常運營4年未出現(xiàn)任何后期問題，對今后同類橋梁的施工具有重要的借鑒意義。
注釋：
①根據(jù)《路橋施工計算手冊》（人民交通出版設(shè)）（周水興等著）附表3-20，45號鋼材軸向應(yīng)力[σ]取值為210MPa。
參考文獻：
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[2]中鐵大橋局集團.承臺、橋墩（臺）、混凝土索塔施工MBEC 1004-2005.
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[5]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊人民交通出版社，2004.
[6]鐵建設(shè)[2010]241號，高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南，2010.
