独柱斜塔空间扭面背索斜拉桥的索塔施工

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摘要：介绍了在独柱斜塔空间扭面背索斜拉桥施工中，由于采取了合理的施工工艺，选取了合适的施工设备，确保了大桥主塔施工顺利进行。

关键词：独柱斜塔、斜拉桥，索塔，施工

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

主桥上构为独柱斜塔空间扭面背索斜拉桥，墩、塔、梁固结，跨径组成为96m+220m。其中边跨主梁为96m预应力混凝土边箱梁，主跨为220m钢箱梁，桥塔采用独柱斜塔，预应力混凝土箱梁伸过桥塔10.5m，通过1.5m钢混结合段与钢箱梁连接。斜拉索间距混凝土箱梁侧为4.21m，钢箱梁侧为12m，边跨混凝土箱梁侧为双索面，主跨钢箱梁侧为准单索面。其中钢箱梁长209.5m，混凝土箱梁长106.5m（含塔梁固结区）。桥型布置见图1。

主塔全高133.147m。塔身顺桥向偏离铅垂面8°，倾向岸侧。主塔采用空心断面，因塔、梁固结，在固结区设7.5m厚的实心段。上、中塔柱间设厚为1.5m的混凝土隔板，提供底部钢锚箱的支撑平台，完成上、中塔柱截面的过渡。主塔上塔柱内设有14节钢锚箱，钢锚箱与塔柱混凝土组成组合结构。

图1、主桥桥型布置图

2、主要施工设备

2.1塔吊

因钢锚箱吊装需要，塔柱施工需配备一台6500KN·m塔吊。塔吊高130米，主要承担索塔钢锚箱的吊装与斜拉索的挂设工作，为增强塔吊的稳定性，共设置3道附着。附着采用桁架结构体系。塔吊基础布置在已浇筑的混凝土箱梁上。箱梁下设4根φ820×10mm钢管支撑于承台上。

2.2电梯

由于塔柱的构造特殊性，两个挂索面无法安装电梯，其余两个面是斜面也无法安装，所以将电梯安装在塔吊上。电梯选用SCQ100/100单笼型。电梯与塔柱之间设通道，电梯通过附着固定于塔吊标准节上。

3、索塔施工支架及液压爬模体系

索塔总高度为137.147m，根据索塔的结构特点，共分成30节段，标准段高度4.04m。塔柱节段划分及爬模安装见图4所示。施工顺序见图5.中塔柱和上塔柱采用液压爬模施工，共24段。下塔柱及塔梁固结区主梁根据结构特点采用支架体系施工。下塔柱分8.467m分两段4m和4.467m施工，塔梁固结区主梁一次浇注施工。

3.1标准节段施工

3.1.1液压爬模施工

爬模系统采用自行设计的PM1500/400液压自升爬模体系。该系统能自动爬升并兼做施工平台，可用于完成钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护等桥塔施工的全部工作。液压爬模工作原理：导轨依靠附在爬架上的液压油缸来进行提升，导轨到位后与上部爬架悬挂件连接，爬架与模板体系则通过顶升液压油缸沿着爬轨进行爬升。

3.1.2模板体系

外模由进口木面WISA板、木工字梁、槽钢背带、H型钢背带、调节支撑杆，滑动平车组成，内模面板用竹胶板，用钢木组合体系做支撑架。内外模间采用对拉杆以克服混凝土的侧压力，对拉杆选用φ22梯形丝杆。

3.1.3工作平台体系

工作平台共分5层，两个上部工作平台、一个主工作平台、两个下部工作平台。主工作平台用于调节和支立外模，2#、1#平台用于绑扎钢筋和浇注混凝土，-1#平台主要用于爬升操作，-2#平台用于混凝土修饰施工。

3.2塔梁固结施工

塔梁固结区主梁高3.5m，施工梁段长度18.塔梁固结段支架采用梁柱式支架结构，下部采用φ820钢管作为支撑柱，钢管顶部设置垫梁和砂桶，横向铺设H588×300型钢为主承重梁，上部再铺设H300×150型钢为分配梁，型钢上面铺设方木、竹胶板作为底模。所有钢管均落于承台和塔座上，通过事先在承台和塔座埋设的预埋件与其固结。所有钢管均平联、斜联连接，连接材料为单肢[20，对于高钢管采用三道横撑两道斜撑连接，对于低钢管采用两道横撑一道斜撑连接。支架示意图见图2.

图2、立面图

4、钢筋及混凝土施工

4.1钢筋施工

塔柱内钢筋直径≥25mm的钢筋均采用墩粗直螺纹套筒连接方式，同一截面内的接头数量不超过全部钢筋的1/3。为方便塔柱高空、倾斜状况下施工中钢筋定位的需要，同时便于测量放样，塔柱施工时设临时劲性骨架。骨架根据塔柱截面尺寸制作，材料选用φ50*3mm钢管。骨架定位高于混凝土顶面，混凝土浇注完毕后，拆除劲性骨架，根据下一节段塔柱截面尺寸修改后再使用，经济实用。

4.2混凝土施工

桥塔采用C50混凝土，在施工前进行混凝土配合比试验。采用吊送施工工艺艺，相比采用泵送混凝土施工艺，更利于保证泵送混凝土的流动性、和易性和缓凝、早强，并保证其耐久性。由于塔壁较厚，采取了降低水化热措施，注意保温和养生，很好的防止了由于水化热过高使塔柱开裂。特别在上塔柱的钢混组合部位，混凝土浇筑后振捣密实，加强养生，尽量减少了混凝土收缩的发生。

混凝土采取分层浇注、对称分层布料、分层振捣施工方法。使用串筒辅助布料，布料完成后，使用振捣棒快插慢拔法跟进振捣。混凝土应振捣密实，外观平整、颜色一致。

塔柱混凝土的养护时间7天（一个节段的施工周期）。及时根据气温情况确定混凝土的养护措施。气温较低时，保证3天内不拆模板，拆模后及时用塑料薄膜围裹，以防混凝土表面温度散失过快导致表面龟裂；气温较高时，拆模之后，立即在混凝土表面喷洒养护液，抑制高温引起的水分散失，同时在节段混凝土顶面洒水覆盖养护。塔各施工缝应认真凿毛、整修、清洗。新老混凝土接缝处加设钢筋网。实体段与塔柱壁变化连接处应一次浇筑。

5、钢锚箱施工

主塔上塔柱内设有钢锚箱，安装位置在第13段，钢锚箱与塔柱混凝土组成组合结构，共同受力。钢锚箱除用于连接河、岸两侧的斜拉索、平衡斜拉索垂直于塔柱轴线方向分力外，还通过剪力钉与混凝土塔柱共同平衡河、岸两侧的斜拉索较大的索力差。钢锚箱节段之间及两段斜拉索套筒之间现场采用高强度螺栓连接。

5.1加工运输

钢锚箱是在专业厂家制作车间制作的。钢锚箱两侧壁钢板厚32mm，前、后壁钢板厚20mm；横隔板钢板厚16mm；锚下支撑钢板厚40mm。钢锚箱与混凝土接触面不进行涂装，但在运输及存放过程中需采取措施防止钢板表面及剪力钉锈蚀。

为减小施工误差，钢锚箱在工厂里必须进行试拼，试拼节段数量不少于4个节段，并留2个节段进行下一轮试拼；此外还需进行竖向试拼确认水平试拼的准确度，竖向试拼节段数量不应小于3个节段，试拼时需要注意温度变化的影响；为保证竖向力能够均匀传递，要求锚箱节段之间密贴并保证断面的接触率>30％；试拼精度超出范围应进行调整或对接触面进行加工。斜拉索套筒在工厂也必须进行试拼装。此外，为了对锚箱进行精确安装定位或修正安装误差，可在锚箱拼接板间加设楔形钢板，同时调整后继锚箱的尺寸。

5.2吊装

钢锚箱共14节，分三种节段高度3.5m、3.6m、4.0m。节段最大吊重23t。现场吊装主要由6500KN.m塔吊来完成，该塔吊吊重和吊幅分别为24t和27m，能满足最大节段吊重需求。钢锚箱吊装采用专门设置的长方形框架吊具，长边方向长度可以根据钢锚箱吊点距离调节，4倍率钢丝绳吊装。

钢锚箱吊装选择在白天、无雨雾时进行，且风速应小于10m/s。锚箱位置测量、调整应选择温差变化较小时段进行。钢锚箱总体吊装进度应与锚箱制作进度匹配，以便于锚箱的施工控制。

吊装节段就位后，立即在四周水平连接板上分散打入部分冲钉（冲钉直径比螺栓孔小0.3mm）。待调整就位后，取出冲钉，安装拼接板，将临时安装用螺栓拧上，然后塔吊松钩，完成吊装施工。

5.3定位加固

上、中塔柱间设厚为1.5m的混凝土隔板，完成上、中塔柱截面的过渡，提供底部钢锚箱的支撑平台。第一节钢锚箱直接支撑在塔混凝土1.5m隔板上，1.5m隔板浇注至1.45m高度，并预埋φ32墩粗套丝钢筋和套筒调整标高；预埋反力架调整平面位置。待浇注完毕，测量调节墩粗套筒到钢锚箱底设计标高，吊装钢锚箱后用25T千斤顶调整钢锚箱平面位置。为确保隔板混凝土密实并使混凝土与钢锚箱底板密贴，第一段钢锚箱底板下留有50mm厚混凝土暂不浇筑，待钢锚箱精确定位后，在空隙中注入标号50号的无收缩水泥砂浆，在砂浆硬化后对钢锚箱底板下混凝土密实度进行超声波检测确认。为确保锚箱底部密实，正式安装前必须做相应的砂浆配比试验及浇筑工艺试验。浇注第13段混凝土，完成首段钢锚箱施工。

6、索塔测量线性控制

索塔测量分塔柱测量、钢锚箱测量以及塔柱预偏位线性控制测量。塔柱测量是整个索塔测量控制的基础，包括每个节段结构的平面位置、高程、几何尺寸；钢锚箱测量是索塔测量中要求精度高的部分，直接决定斜拉索导管定位的准确度；预偏位线性控制是整个主塔测量控制的关键。

6.1塔柱模板及钢锚箱放样

塔柱模板和钢锚箱测量定位均采用三维空间坐标定位.

6.2临时拉索及主塔预偏位控制

在主塔全部施工完成后应力最不利截面位于12 节段，最大拉应力出现在主跨侧为 3.4MPa，最大压应力截面位于1 节段，出现在边跨侧为7.4MPa，其相应主跨侧拉应力为3.3MPa，根据《公路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》JTG D62-2004，第7.2.8相关规定，主塔混凝土最大拉应力ctct=σ =3.3MPa 大于 1.15 f' tk =2.7MPa，（其中 f' tk = 0.9 f tk混凝土拉应力过大，主塔1 节段至 12 节段主跨侧混凝土已开裂。由上述分析结论知，主塔施工过程中若不设临时拉索，主塔 1 节段至 12 节段主跨侧混凝土拉应力过大，混凝土开裂，因此为防止主塔在施工过程中开裂，经反复试算，在主塔施工过程中张拉 C6 索作为临时拉索效果较佳。

第8节钢锚箱吊装完成（标高131.347m），且主塔混凝土施工完19节段（标高129.647m）时暂停主塔施工，对主塔混凝土进行养生。待混凝土强度达到设计强度的90%以上后，以初张力1100KN单侧（主跨）张拉两根C6索。然后继续进行主塔施工，直至将主塔（包括塔冠）修建完成（标高171.147m）。

在进行拉索张拉时，先对称张拉B14与C14，再依次B13与C13，B12与C12，……B7与C7,然后张拉B6和二次张拉C6，再依次张拉B5与C5，……B1与C1。

根据计算分析，主塔在自重、二期及拉索初张力作用下将发生纵桥向偏位，为使主塔成桥后到达设计线形，需在主塔施工过程中设预偏位，根据设计代表意见并考虑到施工精度，对于理论预偏位值小于1cm的，施工中不设置预偏位。主塔预偏位设置情况见图3。

图3主塔各个施工节段预偏位示意图