混凝土结构自锚悬索桥主塔施工工艺

天　啼　工柱　２００７年第４期（总第７４期）　混凝土结构自锚悬索桥主塔施工工艺　谢　新　罗　伟　（１．城市基础设施建设投资集团有限公司；２　三市政公路工程有限公司）　１　前言　绍兴市镜湖新区悬索桥为三跨（７８＋１８０＋７８）　自锚式混凝土主梁悬索桥，结构新颖、独特。其主　桥的中跨跨径为１８０ｍ，桥宽４２ｍ，其规模在国内　已建和在建的同类桥梁中最大，由天津城建集团　承建。本人有幸在该工程担任项目总工，和许多专　家、同事一起经过三年的奋斗，顺利地完成了该桥　的施工任务。目前该桥已建成通车，正在申报省部　级科研成果，笔者觉得有必要将相关经验进行总　结，供同志们在今后类似桥梁施工过程中参考。　２主塔有关情况　该桥主塔采用扁平的半弓形双塔，钢筋混凝　土结构，混凝土塔高４３．４３１ｍ，其中桥面以上高　３２．０７４ｍ，在距承台顶面以上４．７０ｍ及３９．４３ｌｍ处　各设一道钢筋混凝土结构横梁。横梁为实体矩形　截面，宽２００ｅｍ，高２５０ｅｍ。塔直立部分上穿主梁　箱体、弧形部分上穿两侧悬臂板。装饰采用条纹表　面不锈钢板和白色烧毛面花岗岩，装饰后塔高　５５．６１　ｌｍ。塔直立部分作为主体受力构件，承担主　缆传递过来竖向力及不平衡的水平力。弯曲弧形　部分作为辅助构件，承担部分侧向稳定，两部分在　塔顶、底部联成整体。直立部分及弧形部分均为实　体矩形截面，主梁搁置在双塔外侧边弧形部分的　支座上。支座以上塔身作等截面布置，直立部分为　２．５×３．５ｍ，弧形部分为０．８×１．５ｍ，至塔顶附近，二　者合二为一；支座以下，直立部分为单向变截面，　横向截面保持不变，纵向由３．５ｍ过渡至塔底为　４．５ｍ，弧形部分内收，与直立部分形成整体，横向　采用圆弧过渡至塔底。塔面设置主索鞍，并通过塔　顶预埋钢板与索塔固定。塔顶设置避雷装置。　主塔作为该桥的主要受力结构，其施工质量　直接决定该桥的最终成败，而主塔模板和支架的　搭设是主塔施工的关键所在。本文对该桥的主塔　模板和支架施工工艺进行了总结分析（钢筋和混　凝土施工属常规工艺，本文限于篇幅从略）。　３主塔施工工艺　３．１施工测量　由于塔柱高度较高，给施工测控带来比较大　的困难，因此测量控制点必须布置在相对较远的　地方，以便塔柱浇筑高度较高时，能够正确测出塔　柱中心位置。根据实际地形，塔柱纵向轴线控制点　布设在已浇筑好的两端桥台（ｏ＃、７＃台）上，横向　轴线控制点布设在桥梁两侧的小岛上，这些控制　点事先用全站仪测出坐标，布设成控制网。　下塔柱测量：根据控制点，用全站仪放出塔柱　中心线及外轮廓线，在劲性骨架上放出水准面。在　塔柱控制点以天顶角法放出平行于模板边的视　线，以检查劲性骨架及模板。一节塔柱施工结束后　及时上移水准面。　横梁测量：水准高程由水平仪及钢尺从承台　基准点传递，底模中心线由全站仪放样。　上塔柱测量：横梁施工完成后，在横梁上设立　固定观测点，以观测日照、温度、沉降、混凝土徐变　及收缩对主塔的影响，并以此作为调整施工控制　数据。　在测量平台上放置全站仪，以强制对中及天　顶角法控制模板及劲性骨架的准确度。水准面随　着塔柱节段的施工，一直传递向上。　各种测量工作必须在气温较稳定的时段进　行，以尽可能消除由于日照、温差而对塔柱测量带　　３．２塔柱支架、模板施工　２９　来的影响。维普资讯 http://www.cqvip.com 混凝土结构自锚悬索桥主塔施工工艺　谢新罗伟　主塔施工分为三段，下塔柱及下横梁，高度　７．２ｍ；中塔柱，高度３２．２３ｌｍ；上塔柱及上横梁，高　度４ｍ。下塔柱及下横梁采用大型钢模板，下横梁　采用型钢支架；中塔柱标准节段，采用定型钢模逐　节施工，每节高度定为６ｍ；上塔柱采用大型钢模　施工，上横梁采用（Ｉ）６００ｍｍ钢管搭设支架，支撑　在下横梁上，在钢管支架上再拼装贝雷桁架梁，安　装钢模板，浇筑上横梁。　ｆ１）施工顺序　（３）中塔柱施工作业支架与模板　①中塔柱施工作业支架　采用　４８×３．５ｍｍ脚手架钢管搭设，顺着塔　柱竖直往上搭设。整个脚手架体统由立杆、小横　杆、大横杆、剪刀撑、拉撑件、脚手板以及连接它们　的扣件组成。立杆用对接扣件连接，四侧设大横杆　联系，与立杆用直角扣件或回转扣件连接，并设适　当斜杆以增加稳定性。在横杆上设小横杆。钢管脚　手架双排钢管布置，支架搭设宽度为１．７５ｍ，支架　钢管档距１．８ｍ，横杆步距１．８ｍ。在支架外侧面，设　置剪刀撑，以加强钢管脚手架的整体稳定性。在钢　施工准备　钢管脚手架搭设　下塔柱施工　ｆＳ１卜　下横梁型钢支架搭设＿＋下横梁￣ｇＩ（ｓ２）－－，＠　塔柱施工操作平台搭设　塔柱标准段模板安装　管脚手架每层之间，设置爬梯，连接支架的每个施　中塔柱第一一五节施工（ｓ３一ｓ７）＿＿　中塔柱临时固　结安装　中塔柱第六、七节施工（ｓ８一ｓ９卜止横梁　支架安装　上塔柱、上横梁施工平台搭设＿＋上横　梁施工（ｓ１０　上塔柱施工（ｓｌ１）－　塔柱两侧弧形部　分施工（Ａ１一ａ５）。　工操作层。每个施工操作层满铺竹篱笆，并用铁丝　四角绑扎固定。钢管脚手架外侧设置两道扶手栏　杆，高度分别为１．２ｍ和０．６ｍ，栏杆外罩小眼安全　网。支架搭设时与塔柱混凝土间留有５０ｅｍ的距　离，以便模板安装施工，待一节塔柱施工完毕，模　板往上提升后，将支架里侧水平杆移位，夹紧塔　柱，以确保支架整体的稳定性。　②钢管脚手架的整体稳定性验算　作用在脚手架上的荷载，一般有施工荷载（操　作人员和材料及设备等重力）和脚手架自重力。　脚手架为空间体系，为计算方便，简化为平面　力系。本桥主塔钢管脚手架采用环形搭设，取塔柱　（２）下塔柱与下横梁支架与模板　①下塔柱模板　下塔柱包括主塔直立部分及两侧弧形部分，　下塔柱模板采用大型钢模，钢模板在现场加工，直　立部分与弧形部分钢模板分开加工制作。模板面　板采用６＝６ｍｍ钢板，直立部分的模板，竖肋采用　１２＃槽钢，横肋每隔１ｍ采用：１２＃槽钢，中间加劲　板使用５ｍｍ钢板，槽钢与加劲板形成隔栅，保证　大型钢模板具有较好的平整度及整体刚度。模板　拼装采用Ｍ２２螺栓。大型钢模板焊接加工时，模　板表面要平整，无翘曲、扭曲、变形，两块模板拼缝　时接缝要密贴，无明显间隙。模板现场安装时，用　正面（５×１８０ｅｍ的面）进行计算。　钢管脚手架立杆横距ｂ＝１．７５ｍ，立杆纵距　Ｌ＝Ｉ．８ｍ，横杆步距ｈ＝１．８ｍ，施工荷载按２．０ｋＮ／ｍ２　计算。　脚手架立杆按下式核算：　Ｎ／ｃｏＡ￣＜ＫＡ・ＫＨ・ｆ　２２＃槽钢双拼作围囹，　２２ｍｍ钢筋作拉杆。　②下横梁支架与模板　由于下横梁不但作为以后上横梁施工的支　撑，还作为此段现浇箱梁支架的支撑，因此下横梁　支架必须坚固、结实，具有较大的承载力，所以在　下横梁下面、两侧沉井中间布置两组四根　８００ｒａｍ临时钻孔桩，作为支撑基础，两组临时支　撑桩间距３．６ｍ；在每个承台上再布置３组　５００ｒａｍ钢管支撑，每组两根，每组间距为　２＇５４ｍ，共８组支撑构成下横梁的支架。下横梁支　架横梁采用４５＃工字钢４根，横向布置。工字钢上　铺设１５×１５ｅｍ方木，间距６０ｅｍ。下横梁模板同样　采用大型钢模，１８＃槽钢双拼夹木，　２２ｍｍ拉杆。　其中：Ｎ＝Ｉ．２（ｎ１ＮＱ（１＋ＮＧＫ２）＋１．４ＮＱＫ　式中：　压杆的轴心压力；　Ｎ　——脚手架自重产生的轴力；　Ｎ　—一脚手架附件及物品重产生的轴力；　Ｎ　一个纵距内脚手架施工荷载标准值　产生的轴力；　ｎｌ——脚手架的步距数；　ｏ广一压杆的整体稳定性系数，按换算长细比　ｅｋ＝　—ｘ查表；　—换算长细比系数；　格构式压杆长细比；　一Ａ——脚手架内外排立杆的毛截面之和；　维普资讯 http://www.cqvip.com

混凝土结构自锚悬索桥主塔施工工艺　谢一新罗伟　Ｋ＾＿一与立杆截面有关的调整系数，当内外　排立杆采用两根钢管组合时，取ＫＡ＝０．７；内外排均　为单根时，ＫＡ＝０．８５；　ＫＪ广与脚手架高度有关的调整系数：当　Ｈ￣＜２５ｍ时，取Ｏ．８；当Ｈ＞２５ｍ时，ＫＨ按下式计　节模板内仍还有ｌｍ高度没浇筑混凝土，留待　下一个循环。这样可以减少中塔柱由于分段浇筑　混凝土而引起的错位等垂直度误差，保证每次浇　筑的混凝土顺利过渡，使塔柱外形线条优美。　Ｂ模板拉杆验算。模板拉杆用于连接两侧模　算：Ｋｎ＝Ｉ／（Ｉ＋Ｈ／１００）；　Ｈ——脚手架高度；　ｆ——钢管的抗弯、抗压强度设计值，ｆ＿　２０５Ｎ／ｍｍ　。　Ａ求Ｎ值　因底部压杆轴力最大，故验算底部钢管脚手　架。　根据已知条件分别计算（或查表），各项系数　取值为：　Ｎ　＝Ｑ４７４ｋＮ；ＮＧＩ　５－７　１ｋＮ；Ｎｏ　－７．５６ｋＮ；ｎ１＝２６；　则：Ｎ＝Ｉ．２（ｎ１ＮＧｌ（１＋ＮＧＫ２）＋１．４ＮＱ￣３２．２２ｋＮ。　Ｂ计算　值　＝４６．３１；　＝－－４．１１；　则：　ｅｋ＝　＝－１９０．３３　得：ｏＪ＝０．１９９。　Ｃ验算整体稳定性　因立杆为单钢管，ＫＡ＝０．８５；　高度调整系数ＫＨ，由Ｈ＝４７ｍ＞２５ｍ，　Ｋｎ＝Ｉ／（１＋Ｈ／１Ｏｏ）＝１／（１＋４７／１００）＝０．６８　内外杆毛截面，Ａ＝３６１９．１　ｌｍｍ　Ｎ／￣Ａ＝３２．２２ｋＮ／（０．１９９×３６１９．１１ｍｍ　）　＝４４．７３Ｎ，Ｉｒ吼２　ＫＡ・Ｋ．＇ｆ＝０．８５×０．６８×２０５Ｎ／ｍｍ２＝ｌ１８．４９Ｎ／ｍｍ２　得　／‘｜）Ａ堋３Ｎ／ｍｍ　≤ＫＡ．ＫＨ・ｆ＝１　ｌ＆４９Ｎ／ｍｍ　，　安全。　③中塔柱模板　Ａ中塔柱为标准断面，因此采用标准模板，爬　模施工。模板２．０ｍ一节，四节（８ｍ）拼装进行施工。　中塔柱模板采用定型钢模，钢模板的固定与提升　则依靠在塔柱内设置的钢劲性骨架。　中塔柱定型钢模每节段高２ｍ，由四块组拼而　成。中塔柱标准节段模板每次安装高度８ｍ（四　节），第一次混凝土浇筑高度为７ｍ，最上面一节模　板内混凝土不浇筑满（预留１ｍ高度），拆模时此　节模板也不拆下，仅将下面两节段的模板分块拆　下，放置在没拆下的模板上面进行安装，这样模板　安装高度亦为８ｍ，混凝土浇筑６ｍ的高度，最上面　板，保持两侧模板的间距，承受混凝土侧压力对模　板的荷载，使模板有足够的刚度和强度。　本桥塔柱模板拉杆采用　２２ｍｍＱ２３５圆钢制　作的对拉螺栓，　Ａ模板拉杆的计算公式如下：Ｐ＝Ｆ・Ａ　式中：Ｐ＿　板拉杆承受的拉力（Ｎ）；　Ｆ一混凝土的侧压力（Ｎ／ｍ　）；　Ａ——模板拉杆分担的受荷面积ｍ　），其值　为Ａ＝ａ×ｂ；　ａ——模板拉杆的横向间距ｍ）；　ｂ．一摸板拉杆的纵向间距（ｍ）。　Ｂ｝昆凝土对模板侧压力Ｆ值计算：混凝土作　用于模板的侧压力，随着混凝土的浇筑高度而增　加，当浇筑高度达到某一临界值时，侧压力就不再　增加。采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于　模板的最大侧压力，按下列二式计算，并取二式中　的较小值：　Ｆｌ＝Ｏ．２２　１　２Ｖ此　Ｆ２＝　。Ｈ　式中：Ｆ一新浇筑混凝土对模板的最大侧压力　（ｋＮ／ｎＩ２）　＾ｙ　一混凝土的重力密度（ｋＮ／ｍ　）　ｔ。－一新浇混凝土的初凝时间（ｈ），可按实测　确定。当缺乏试验资料时，可采用ｔ＝２００／（Ｔ＋１５）计　算；　卜混凝土的温度（℃）；　Ｖ——混凝土的浇灌速度（ｒ　１／｝１）；　Ｈ——混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混　凝土顶面的总高度ｍ）；　Ｂ　——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时　取１．Ｏ；掺具有缓凝作用的外加剂时取１．２；　Ｂ广混凝土坍落度影响修正系数，当坍落　度小于３０ｍｍ时，取０．８５；５０—９０ｍｍ时，取１．０；　１１０～１５０ｍｍ时，取１．１５ｍｍ。　根据已知条件，计算得：　＾ｙ　ｃ＝２４．５ｋＮ／ｍ　；ｔ＝２００／（Ｔ＋１５）＝２００／（１５＋１５）　＝６．６７ｈ：　３１　维普资讯 http://www.cqvip.com 混凝土结构自锚悬索桥主塔施工工艺　谢新罗伟　按搅拌站出料１８ｍ３／ｈ，塔柱断面８．７５ｍ３／ｍ，则　Ｖ＝１　８／８．７５＝２．０６ｍ／ｈ；　字钢，埋人长度１００ｃｍ，预留长度４０ｅｒａ，顺桥向布　Ｈ＝７ｍ（最大）；１３　１＝１．２；１３　２＝１．１５（坍落度　１２０～１４０ｒａｍ）；　计算混凝土侧压力：　Ｆ１＝Ｏ．２２＾ｙ山１３１１３２Ｖ　２＝Ｏ．２２×２４．５×６．６７×　１．２×１．１５×２．０６１／２＿７１．２ｋＮ／ｍ２　置两根。贝雷桁架中间采用　５００×１２ｍｍ钢管支　撑在下横梁上面，钢管顺桥向布置两根，间距　１．５ｍ，横桥向布置３排，间距４．６ｍ。钢管支撑柱之　间用１＃槽钢纵横向及剪刀撑相连，形成一个整　０体，加强支架的整体稳定性。贝雷桁架梁上放置　１５×１５ｃｍ方木，间距８０ｃｍ，方木长度不小于４ｍ，　Ｆ２＝　２Ｉ＝２５．５×７＝１７８．５ｋＮ／ｍ２　取较小值，Ｆ＝７１．２ｋＮ／ｍ　③模板拉杆所承受拉力验算：　拉杆承受拉力，Ｐ＝Ｆ・Ａ＝７１．２×０．８×　０．８＝４５．５７ｋＮ　模板拉杆采用　２２圆钢，螺纹内径为　１８．９３ｍｍ，净面积２８１．４４ｍｍ２　拉杆容许应力，仃容＝１７０Ｎ／ｍｍ２　Ｐ容＝仃容・Ａ＝１７０×２８１．４４＝４７．８４５ｋＮ　Ｐ容＝４７．８４５ｋＮ＞Ｐ＝４５．５７ｋＮ，故安全。　Ｃ、中塔柱定型模板的提升，采用在劲性骨架　上悬挂５ｔ手拉葫芦的方法。在拆模前，必须用手　拉葫芦分别将每节段四块模板全都悬挂牢，然后　将螺栓松开，并用撬棍轻轻松动，使其完全脱离混　凝土面，不允许用猛力敲打或强扭等粗暴野蛮的　方法进行，然后拉动葫芦导链使其上升到需安装　的位置并进行固定。以此方法拆卸安装全部模板，　完成一个工作循环。　④塔柱施工临时固结措施　由于中塔柱较高，为３２．２３１ｍ，两塔柱之间没　有连结，会产生水平晃动，因此必须将两塔柱之间　临时固结。临时固结横撑设置在距离下横梁　２２．６ｍ（标高＋２９．８ｍ）高度处，横撑材料用　５００×　１２ｍｍ钢管，设置三根，同一平面上均匀布置。　（４）上塔柱、上横梁支架与模板　①上塔柱施工作业支架搭设，与中塔柱施工　支架搭设相同。　②上横梁支架：采用三排单层贝雷桁架梁，桁　架梁长度１９ｍ。贝雷桁架两端搁置在事先预埋在　塔柱混凝土内的工字钢上面，工字钢采用４０＃工　３２　以确保横梁两侧具有足够宽的工作面。　③上塔柱与上横梁模板：采用大型钢模板，上　塔柱模板固定完全依附于劲性骨架进行，上横梁　模板安装采用１８＃槽钢双拼作夹木，　２２ｍｍ拉　杆，上下设置三道，横向间距ｌｍ。　主塔预偏量根据监控计算的数据在施工时预　留。　（５）塔吊安装　由于主塔较高，因此每个主墩必须安装一台　塔吊，即便于主塔施工时模板、支架、钢筋等材料　设备的吊运，也为了以后塔顶主索鞍安装，及施工　猫道、主缆牵引索、主缆安装等结构的吊装。　塔吊的选择根据主塔高度、塔吊的旋转半径　及塔吊的起吊能力来考虑，所以本桥在每个主墩　承台上各安装一台４００ｋＮ．Ｉｎ的塔吊，旋转半径为　４６．８ｍ。　根据本工程特点，两台塔式起重机分别安装　在３＃、４＃墩的左侧，箱梁的外面，塔身外侧面距离　箱梁悬臂端６０ｃｍ。塔吊安装详见塔式起重机专项　安装施工方案。在主塔施工时，塔吊根据主塔施工　的高度逐节安装顶升。为了确保塔吊的稳定性，每　隔一定高度设置一道附着装置，附着在主塔身上。　４　结束语　该桥主塔施工和一般的斜拉桥、悬索桥的主　塔施工原理和施工工艺基本相近，但由于混凝土　自锚悬索桥属于新型桥梁结构，其受力体系和受　力传递有其很多特殊之处，因此其主塔施工也有　不少自身的特点，希望今后同行们能继续总结，不　断完善这种结构的桥梁施工工艺。