钢—混叠合塔施工技术

摘要：马鞍山长江公路大桥左汊主桥为主跨1080m的三塔两跨悬索桥，中塔采用钢-混叠合、塔梁固结新结构。文章针对预应力混凝土下塔柱、钢-混叠合段、塔梁固结段及重量超过200t的钢塔标准节段安装、线形控制等施工关键技术进行分析说明，供类似工程参考。

关键词：长江公路大桥；叠合塔；钢塔安装；线形控制

中图分类号：TU9 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0049-02

1 工程概况

马鞍山长江公路大桥左汊主桥为三塔两跨悬索桥，跨径组成为360m+2×1080m+360m=2880m，中塔横向为门式框架结构，由上下塔柱、塔顶装饰段及上下横梁组成。

下塔柱按照预应力混凝土结构设计，高37.5m，横桥向宽度9.2～12m，顺桥向宽度17～25m，塔柱顶设置7.5m高实体段，截面采用单箱单室结构。单个塔柱配有110束Φs15.2～19mm高强度低松弛钢绞线束。

上塔柱高127.8m，横桥向宽度6.0m，顺桥向宽度7～11m，塔柱共划分为21个节段（T1-T21），节段长度为5.0～9.55m，标准节段长度为6m。考虑到索塔安装中的误差调整，在J1、J5、J11、J16处设置调整接头。

下横梁为塔、梁固结的一部分，梁高6.5m，上横梁由上、中、下梁三部分组成。

钢上塔柱根部的压力通过钢塔柱底座板传递到混凝土下塔柱中，而拉力则通过体外预应力钢绞线索传递到混凝土下塔柱中，单个塔柱叠合面布置110根Φs15.2～37体外预应力钢绞线索。单根预应力钢绞线索恒载时预应力为5000kN。

2 施工关键点分析

2.1 下塔柱施工

下塔柱结构尺寸大，单个塔柱内布置有220束钢绞线，除常规的钢筋、混凝土施工外，塔柱内预应力孔道的定位是下塔柱施工的关键点。

2.2 钢-混叠合、塔梁固结段施工

钢-混叠合、塔梁固结段是叠合塔结构受力最复杂的部位，叠合段高2m，需在T1节段架设后施工，其中大面积封闭条件下混凝土与底座板接触面的密贴、钢塔T1节段定位、塔梁固结施工顺序的安排是施工的关键点。

2.3 钢塔标准节段安装

钢塔标准节段最大重量达213.5t，此前国内类似项目采用进口的塔吊安装，其吊重不能超过160t，明显不能满足本项目要求，需重新选择安装设备，也是施工的关键点。

2.4 钢塔线形控制

钢塔安装需重现工厂制造精度，采取有效措施恢复工厂匹配制造时相连节段的相对几何位置和相连节段端面的金属接触率，有严格的验收指标，如何做好控制工作，也是施工的关键点。

3 叠合塔施工技术

3.1 预应力孔道定位

下塔柱内布置有220束预应力束，采用直径110mm、254mm钢管预埋形成孔道，其定位精度要求为2mm，针对这一要求，参照斜拉桥索导管定位技术，利用劲性骨架进行预应力孔道定位，成功解决这一难题。

劲性骨架采用角钢、型钢分节制作，为保证预应力孔道定位准确，设计有调节装置和定位钢板。

劲性骨架分块吊装，安装时先放出劲性骨架安装控制点，每片劲性骨架最少放出4个角点，并做出标记，焊好定位点，定位点标高与劲性骨架下口一致，平面位置位于骨架外侧，安装时用尺校核安装精度，穿入预埋钢管后利用调整装置进行精确定位，焊接定位钢板将管道与劲性骨架定位牢固。

弧形段钢管在后场放大样，事先弯制成形，弯制时管内灌砂，防止变形。

3.2 塔梁固结段施工顺序

按设计要求，下塔柱施工完成并张拉结束后，安装钢定位架，架设T1、T2节段和下横梁，完成连接后进行叠合段施工，通过前期分析，存在如下问题：

3.2.1 采用钢定位架支撑T1节段，叠合段作业空间被定位架分割，将大大增加叠合段施工难度，T1节段调整装置安装也有问题。

3.2.2 先将塔柱与下横梁固结，再浇筑叠合段，施工过程中因温度变形引起的下横梁内力经建模分析将达到3000t，定位架与T1间连接相对较弱，加上下横梁支架也存在温度变形的问题，实际上在叠合段施工前，钢塔结构处于不稳定状态。

基于以上原因，为保证叠合段施工质量，提高钢塔起始节段定位精度，减少温度应力影响，实施时对施工方案、顺序做如下调整：

采用定位柱、调整装置替代定位架，合理利用叠合段内空间，先利用落地支架架设横梁，再架设T1节段，调整完成后进行叠合段施工，固定钢塔起始段位置，再架设T2节段，张拉无粘结预应力束后进行塔梁固结，如此可成功避免以上问题。

3.3 T1节段定位

钢-混叠合段共布置6个钢筋混凝土定位柱，定位柱平面尺寸为80×80cm，高为1.98m，顶上设钢板，钢板上开有锚杆孔、混凝土浇筑孔等。

定位柱位置由测量组放样确定，平面位置偏差小于10mm，预留孔偏差小于10mm，顶面标高低于设计钢-砼叠合面10～20mm。

T1与立柱通过在定位柱上的4个锚固螺杆锁定，定位柱施工时在相应位置用直径100mm钢管预留孔洞，在T1节段精确调整后插入锚杆，注入支座压浆料完成标高、位置的锁定。

为精确调整T1节段位置，在下塔柱顶设置有调节装置，可以实现平面、竖向调整，系统由竖向、水平向千斤顶、钢垫块、滑动装置等组成，可方便调节T1节段位置。

T1节段安装时先落到定位柱上，利用4台500t竖向顶调整标高，再利用50t横向顶精确调整位置，检查其空间位置，控制定位误差小于1mm，最后锁定，完成T1节段安装。

3.4 叠合段施工

T1节段高5.8m，底座板尺寸为15.9×7.8m，下塔柱顶平面尺寸为17.0×9.2m，叠合段混凝土浇筑时，大部分面积均位于T1节段底座板下。

叠合段结构复杂，如何保证混凝土顶面与钢座板底面的密贴，以有效传递压力，保证结构安全是叠合段施工的关键点。

为解决这一问题，在广泛收集相似结构施工资料的基础上，提出钢-混叠合段试验方案，通过1/4模型试验验证实施效果，试验目的：

3.4.1 通过试验验证大面积底座板下钢板与混凝土的密实性与密贴性。

3.4.2 通过现场工艺试验研究，确定混凝土配合比、施工工艺等，为正式结构施工提供参考数据。

试验时采用多种原材料，不断优化配合比，经过上百次试验后得出以下结论：采用混凝土进行叠合段施工，表面密贴度只能达到70%以上，混凝土自身含气及顶部密封是造成混凝土顶面与钢板接触面存在较多气泡的原因，混凝土自身含气量可以通过措施减少但不能彻底消除，顶板粘附的气泡在混凝土流动的情况下有减少，但因混凝土在封闭条件下流动性差，易形成固定通道而效果不明显。

在此基础上，借鉴大型支座压浆效果较好的实际情况，决定对模型表面与顶板接触处5cm高度用高强度砂浆填充，检查其顶部的接触情况。

从试验结果看，采用砂浆进行叠合段顶面5cm的压注，可以大大改善顶面气泡的逸出条件，顶面气泡小、数量少，叠合段顶面与钢板接合良好。

为验证工艺的可靠性和可重复性，保证在同样的施工方法下实现混凝土顶面与钢板的密贴，进行了第二次试验，通过检查，采用混凝土加砂浆方案，顶面密贴度达92%以上，可以满足施工需要。

实施时严格按试验确定的工艺进行，保证叠合段施工质量。

3.5 钢塔标准节段架设

钢塔标准节段最大重量为213t，安装重量达235t，当时无相应安装设备，前期通过大量的研究调查工作，中铁大桥局决定与中联重科联合进行D5200-240塔吊的研制工作，其理由如下：

3.5.1 塔吊技术成熟，使用方便，与钢塔的连接简单，可以通过平衡重消除其对钢塔线形的影响。

3.5.2 不需要配浮吊进行节段的转运工作，可以直接从船上吊装。

3.5.3 安装、拆除简单，施工风险较少。

3.5.4 国内研发技术、材料、制造水平、检测技术能够满足研制要求。

3.5.5 以前国内市场中超重、超大、超高的塔式起重机全部被进口品牌垄断，研制出最大起重力矩达到5000t·m以上、起重240t载荷时起升高度达200m以上的上回转塔机是桥梁装备研制的一次新突破，将为我国悬索桥、斜拉桥、高耸建筑等的建造提供强有力的技术装备支撑，打破了国外同类产品在国内大型工程中的垄断地位。

随着D5200塔吊的研制并成功应用，顺利完成本桥中塔标准节段架设工作，并创造钢塔标准节段架设速度2.3天/节段的施工记录。

3.6 钢塔线形控制

塔柱架设是再现工厂制造精度的过程，核心问题是采取有效措施恢复工厂匹配制造时相连节段的相对几何位置和相连节段端面的金属接触率。

钢塔制造精度是决定钢塔安装精度的最主要因素，钢塔节段厂内制造时端面机加工完成后进行逐段预拼，检查金属接触率、接头相对几何位置，符合验收要求后做出控制基线，作为架设时测量控制基点。

现场设3道主动横撑进行线形控制，测量人员全程跟踪测量，及时反馈信息，利用调整接头消除安装累积误差，取得较好成果。

4 实施效果

叠合塔施工技术在马鞍山长江公路大桥左汊主桥中塔施工中得到应用，中塔于2011年1月份开始施工，至2012年2月全部结束，历时14个月，混凝土强度、张拉质量、钢塔线形控制等各项指标满足设计及相关规范要求。

5 结语

随着桥梁技术的发展，悬索桥、斜拉桥跨度越来越大，塔柱高度也越来越高，大跨度桥梁的上塔柱一般采用柔性结构，以减少因弯矩引起的塔柱内力，但在桥面以下的塔柱则需提供强大的支撑，又有一定的刚度要求。因此，塔柱设计有下刚上柔的特点，采用钢混叠合塔的形式可以较好地发挥材料性能，节省工程造价，实现设计目的，具有广阔的应用前景，本文所述叠合塔的施工技术，对类似工程具有参考意义。

作者简介：吴义龙（1971—），男，中铁大桥局集团第四工程有限公司高级工程师，研究方向：铁道工程。

（责任编辑：周 琼）