衡阳湘江三桥空心塔的施工

衡阳湘江三桥空心塔的施工湖南省路桥总公司彭运满唐仕军摘要：本文介绍了衡阳湘江三桥空心塔施工的主要施工工艺。关键词：空心塔模板纠偏环型预应力索压浆1、概述衡阳湘江三桥主桥部分为独塔双索面斜拉桥，主跨为2×112m，主桥结构体系为墩塔梁固结体系。桥面宽33.8m，斜拉索为双索面扇形索，每一侧共24对斜拉索，为19φj15.24钢铰线群锚体系，张拉端设于索塔内。索塔为门式空心塔，上塔柱高64m，塔下部为6×2.4m矩形实心截面，上部36m。拉索锚固区为空心箱形截面，锚固壁厚1.0m，侧壁厚0.6m。两侧壁各以5φj15.24预应力钢铰线环形对称布置，双向张拉，两索塔之间设置了上、下两根风撑以加固索塔的刚度。98m图1索塔一般构造图2、几种塔柱施工方法的比较与塔柱施工流程2.1塔柱的施工当前国内采用的方法有多种：○1滑模法：施工速度快，但外表粗糙，成本高，只适用于垂直的等截面构件。○2翻模法：其优点是用塔吊配合，操作方便费用较低，但高空作业安全度较低，每次浇筑节段长度受限而较短，接缝处理不好。○3提模法：模板用手拉葫芦装拆较简便，成本较低，但混凝土接缝处理效果不好。为了有效控制塔柱表面的光洁度、施工缝以及塔柱的偏位，经研究比较，设计采用裸塔翻模法工艺。2.2空心塔施工流程图扎塔柱钢筋斜拉索套筒定位测量装塔柱模板塔柱模板、斜拉索套筒定位测量浇筑第一节塔柱混凝土测量复核（平面位置、标高、套筒精度）塔柱混凝土待强扎第二接塔柱钢筋斜拉索套筒定位测量装第二节塔柱模板塔柱模板、斜拉索套筒测量定位浇第二节塔柱混凝土3、空心塔施工的模板所谓裸塔翻模法即用3节2m共计6m高的模板一次浇筑4m，每次翻模两节，留一节不拆模以保证接头平顺。工作平台附设在每节模板外侧，用塔吊配合，施工周期短，施工速度快，混凝土接缝处理效果好，其外形美观，用HBT-60C混凝土输送泵浇筑混凝土。3.1翻模模板采用裸塔法翻模工艺，对模板的设计与施工提出了较高的要求，在模板设计上要确保安全可靠，具有足够的强度和刚度，在施工中不变形、不错位、不漏浆，且结构简单合理。在施工上要求便于制作、安装、调整定位、拆除和重复使用。针对上述要求，设计制作了专用模板，采用∠80×6的角钢、[12槽钢和6mm厚钢板以及竹胶板组合加工制作而成，每个塔柱各三节，每节两米，总高2×6m，一次浇筑高度4m。模板的制作过程中要严格控制模板的几何尺寸、平整度，由专业模板厂家加工。3.2模板的安装定位安装模板前，把模板底座操平。先装内模，后装外模，模板与模板之间用法蓝螺栓连接，上下模板对中，内外模板用对拉杆连接，上口安装钢管支撑，以保证混凝土的几何尺寸。然后根据塔柱的标高计算控制模板的平面位置和几何尺寸以及两塔肢之间的距离。模板定位：先根据测量放样点，用卷尺和垂球及手拉葫芦调整定位，然后用红外线全站仪对模板的四个角点进行测量。混凝土浇筑完成后，再进行测量定位，比较浇筑混凝土前的测量结果与实际成型后混凝土的测量结果，每一节塔柱都要如此进行，形成一个经验值，有效的消除部份累积误差以及温度影响。3.3塔柱模板的纠偏模板纠偏借助内埋式劲性骨架，劲性骨架采用型钢制作，作为模板的依托构造，对有效纠正模板偏差起着十分重要的作用，可使模板和斜拉索以十分小的单位mm慢慢调节，大大提高模板和拉索套管的精度。同时劲性骨架又可作为钢筋使用，增加结构的刚度。劲性骨架构造见下图：图2劲性骨架布置图3.4斜拉索钢套筒的安装定位在加工车间仔细检查斜拉索套筒的长度与直径及锚垫板内径、焊缝质量。斜拉索套筒安装定位：由于高空作业，在空中严格定位相当困难，因此，分二次定位。初步定位：测量人员用全站仪根据设计坐标把套筒的坐标点放在骨架上，用水平尺、垂球卷尺根据测量放样点把套筒安放好。精确定位：根据斜拉索锚固中心坐标及套筒斜率、每根套筒的实测长度，计算出套筒的上口下口的设计坐标。测量人员再检测套筒位置，根据实测结果指挥人员调整，直至套筒上下口三维坐标误差均≤±5mm，然后将套筒电焊固定在骨架上，再复测一次，直至达到要求。套筒的精确定位，现场人员要依靠套筒定位器来调整，使套管以很小的单位（mm）来慢慢达到计算坐标位置，起到了微调的作用。借助套筒定位器使套管定位速度和精度大大的提高，定位器用角钢、调位螺栓和定位钢板加工制作而成，其构造见下图：图3拉索钢套管定位器简图精确定位测量时，上口、下口中心坐标很难确定，故设计制作了两个标定器辅助测量。○1套筒上口标定器：用一定厚度的钢板（约10mm）加工一个圆形标定器，该标定器的直径与斜拉索套筒内径一致，精确标定圆周中心，并作好记号，使用时只要把标定器盖到套筒锚垫板上测量，吻合即可得到锚垫板中心位置。上口标定器见下图：图4-a索道管锚板口图4-b索道管锚垫板中心标定器○2套筒下口标定器：同样，用一定厚度的钢板（约10mm）加工一个半圆形标定器，该标定器的直径与斜拉索钢套管内径一致，精确标定圆圈中心，吻合即可得到下口套筒中心位置。图5-a索道管侧面图图5-b索道管出标定器4、环形预应力索的施工：索塔锚固区塔柱截面根据斜拉索锚固位置配置了5Φj15.24（BM15-5锚具）环型预应力索。波纹管呈U型布置，采用双向张拉。环形预应力索采用双向张拉在桥梁施工中是极为少见的，索塔体内环形预应力束平面位置布置见下图：240cm600cm图6环行预应力布置图4.1特点：采用两端张拉，波纹管U型布置，管道密，体外张拉，高空作业，工作面狭小，设计要求管道位置误差≤±5mm。环形预应力是拉索锚固区为抵抗斜拉索在箱内产生的对拉力，防止索塔开裂而设置的，是控制的关键工序。因此，在钢铰线下料、管道安装定位、混凝土浇筑、张拉压浆的全过程，均要严格把关，发现问题及时处理。4.2管道的安装定位：由于施工现场比较狭窄，高空作业难以保证质量，因此预应力束均在岸上将钢铰线与波纹管套好，对有可能漏浆的管道严禁使用，各个接头均要包缠严密，然后才能安装。管道定位：先在塔柱钢筋上用水准仪测一圈标高基准线，再用卷尺按坐标把水平定位钢筋焊在主筋上。竖向U形定位筋按坐标中心点焊在水平钢筋上。定位筋间距小于0.4m。管道沿U型定位筋安放，在管道上方再用U型钢筋向下定位，防止管道倾斜。这样就有效保证了管道位置准确，弯道部位不变形。为了防止管道漏浆堵塞，混凝土浇筑完成后，用高压水冲洗管道，以保证管道顺畅。4.3环形预应力索张拉：由于环形预应力索过于弯曲，管道摩阻力很大，虽经双向张拉，预应力损失也相当大。在预应力束张拉前，用压浆机往管道中压入润滑剂，润滑剂采用肥皂水或洗衣粉水，因为较易冲洗干净，不会粘结在预应力索上，这样来减小摩阻力。张拉质量控制标准为引伸量和张拉力双控，引伸量控制在设计引伸量±6%以内，张拉力为192KN。张拉施工平台用自制小吊蓝悬挂外侧模之上，每个锚头一个共四个吊蓝，两台油泵置于最顶端工作平台之上。张拉严格要求对称张拉，对一侧的预应力索，两端各安放一台千斤顶，同时张拉到设计张拉力的10%，然后分别锚固，每一索都如此操作一遍，然后才能开始逐索张拉到设计应力值；对于索塔两侧的预应力索，每一侧张拉四索后要换另一侧张拉。每一索都要如实记录引伸量和张拉应力值，如发现达不到规范要求要立即查找原因并进行补拉，直到达到规范要求。5、其它设施5.1塔吊在空心塔的施工中是必不可少的，施工中模板的拆装，斜拉索的就位以及各种施工材料的吊运都要用塔吊，因此必须要保证塔吊的正常工作。塔吊是800KN.m，总高90m，为吊运方便，塔吊安装于西岸靠上游0#块处，每隔5m用[20槽钢与塔柱焊接相连，保证塔吊的稳定性。5.2塔柱混凝土配合比：塔柱混凝土设计标号40Mpa，需泵送。为了确保混凝土质量，试验人员对几种石料进行取样试验比较,最后选定的石料极限强度达到120.4Mpa。为了选择最优混凝土配合比施工，以适宜泵送高度64m，试验室多次做混凝土配合比试验，最后确定配合比为1：1.66：3.09：0.45,坍落度10cm,水泥为湘乡韶峰普通525。6、风撑的施工6.1施工方案比较：设计方案：风撑与索塔混凝土一起浇筑，可以消除横向索塔之间混凝土收缩影起的开裂。现框架式模板只有塔柱模板一套，如另外加工，势必造成资金重复投资。为了索塔的外表美观以及减少模板的数量，采取先浇筑塔柱，后浇筑风撑。6.2施工中存在的困难：上下风撑为相同截面形式（25.5×3×3m），体积较大，如先浇筑塔柱再浇筑风撑必然影起开裂，这样就有必要预留后浇带。后浇带位置避开最不利截面，对称布置，距上游塔柱边4.8m，宽度为30cm。接头部位钢筋加强，由原来的φ10改为φ16钢筋。待风撑主体混凝土完成收缩后，再浇后浇带微膨胀混凝土，使风撑形成整体，这样可以节约工期一个月。6.3风撑的施工支架及模板当索塔施工将要到达下风撑顶面一定高度就要着手下风撑施工，首先搭设支架。下风撑支架由两根Φ120cm钢管桩作为受力支撑，底部支撑在两塔柱之间1/3的0号块桥面上，横向上下两层用Φ60cm钢管桩同索塔相连。两根Φ120cm钢管桩之间也用Φ60cm钢管桩相接，45。方向也加焊Φ60cm钢管桩。在钢管桩支架上铺设I36工字钢三根，再在工字钢上放置贝雷片（三片为一组），贝雷片的两端用贝雷片销销接在塔柱上预埋的牛腿上。支架完成后在贝雷片上铺设[20盒子槽钢，间距50cm，其上铺1cm厚的钢板作为底模，底模钢板铺设符合要求后才能绑扎钢筋。考虑到支架和贝雷片的残余变形，底模铺设完成后，用水箱预压来消除残余变形；支架和贝雷片的弹性变形则把底模中部标高预抬4cm。为了保证风撑外表光洁、平顺、美观，外侧模用型钢框架式竹胶合模板。内模为组合式钢模，支架用Φ50钢管。风撑采用塔吊配合钢筋及模板安装，混凝土输送泵浇筑混凝土。在风撑顶部留80×50cm的孔，以便拆除内侧模和内模支架。完成下风撑的施工后，不拆除底模支架，以便承担上风撑施工时的压力，在下风撑上架立两根Φ120cm钢管桩作为受力支撑，其施工方法与下风撑相同。风撑支架见下图：30cm后浇段塔身Φ120钢管贝雷片横梁图7索塔风撑施工支架示意图5、结束语衡阳湘江三桥空心塔的施工全部完成后，索塔、风撑经检测混凝土密实、线条顺直、外表平整美观、外形尺寸、垂直度、预应力的张拉、压浆都达到优质工程的质量标准。斜拉索张拉完成以后，空心塔无任何裂纹，说明这种空心索塔设计在结构上是合格的，施工质量是可靠的。这种形式的索塔在斜拉桥设计上还是首次采用，是技术上的一大创新。参考文献：铜陵长江公路大桥设计施工技术总结人民交通出版社