嘉绍跨江大桥独柱形索塔施工关键技术

殷力立，王召惠，方龙

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241007）

1 工程概述

嘉绍跨江公路大桥主桥索塔采用独柱型构造，包括塔柱、托架及塔冠。下塔柱下部外侧面斜率：横桥向1/24.0，顺桥向1/30.0，中、上塔柱顺桥向外侧面的斜率均为1/63.158，塔柱其余部位均为直线段。塔柱整体采用空心箱形断面，另在下塔柱底面、托架处、中上塔柱连接处设置实心段。根据受力和总体高度需要，索塔设置了箱形断面“X”形支承托架，其悬臂长度为21.492m，高度从9m渐变到5m。托架为预应力混凝土结构。主塔均采用C50高性能海工混凝土[1]。

2 工程特点及难点

1）主桥桥址处于钱塘江河口尖山河段，河床宽浅、潮强流急、涨落潮明显。大型施工船舶无法长时间泊位，施工控制难度大、安全风险较高。

2）施工区域极端气候较多，且常年遭遇台风侵袭，施工受气候影响较大。

3）独柱索塔设置了多处实心段，混凝土量大，施工中要采取切实可行的措施，减少混凝土裂缝的产生，以保证混凝土的耐久性。

4）“X”托架结构复杂、悬臂长度大，支架搭设和混凝土浇筑工艺复杂，对现场技术要求较高。

5）为保证结构的耐久性，塔柱在+9.0m以下段采用环氧涂层钢筋，其施工工艺要求极高，需采取切实可行的质量保证措施。

6）上塔柱斜拉索锚固区设置有环向预应力束，施工难度较大。

塔柱及托架具体结构见图1和图2。

图1 塔柱结构示意图Fig.1 Pylon structure diagram

图2 托架结构图Fig.2 Bracket structure diagram

3 主要施工设备及机具

根据塔柱及“X”托架结构特点和施工现场布置情况，主要配置设备和机具见表1。

表1 单个主塔主要施工机械设备一览表Table 1 the main construction machinery and equipment list of the single main tower

上述设备中，搅拌站是全桥共用，距离施工现场约2 km。履带吊、汽车吊根据实际情况在3个主塔间交替使用，以最大限度发挥设备的使用效率。

4 塔柱施工

4.1 模板系统

塔柱外部用液压自动爬模系统，塔柱内腔用悬吊模板系统，塔柱内外均由大面积模板组成。因下塔柱内腔设计了加劲肋且断面变化频繁，中塔柱下部设计了加劲肋，所以在下塔柱内腔及中塔柱内腔加劲肋段用满堂脚手架结合翻模施工。塔柱模板设计施工高度4.5m。

在塔柱空心段，液压爬模系统及内腔悬吊模板系统与预埋在塔柱内的锚锥之间用高强度螺栓连接，锚锥另一头连接精轧螺纹钢；内外模板之间用φ15mm精轧螺纹钢做对拉螺杆。在塔柱实心段，外模板用圆台螺母做锚锥，螺纹钢做对拉杆。爬模结构详见图3[2]。

图3 液压爬模结构图Fig.3 Hydraulic climbing form structure diagram

4.2 塔柱钢筋制作与安装

塔柱在浪溅区以下（+9.0m以下）用环氧涂层钢筋，其余部分用普通钢筋。环氧钢筋之间用有环氧涂层的滚轧直螺纹套筒连接，环氧钢筋与普通钢筋之间绑扎连接。钢筋在加工场加工，运至现场绑扎，钢筋绑扎前先安装劲性骨架，再依托劲性骨架接长主筋，最后绑扎箍筋。为防止环氧涂层被破坏，环氧钢筋吊运及安装时用软吊带做吊索，运输时在车上铺设木方，绑扎时用土工布包裹劲性骨架，绑扎过程中随时修补破损环氧涂层。

4.3 混凝土浇筑

塔柱混凝土为C50，采用海工混凝土配合比设计，其设计材料组成见表2。

表2 混凝土设计材料组成Table2 Concrete design material composition

混凝土在陆地搅拌站搅拌后，用输送车送至现场，泵送至塔柱上的中央集料斗，再由集料斗分料入仓，此法与泵管沿浇筑断面四周布置的浇筑方法相比，布料均匀，不会产生施工冷缝且工效高。

4.4 混凝土养护

因塔柱施工工艺、高度原因，塔柱在拆模后养护不能包裹塑料薄膜保湿，而在混凝土表面改涂养护液。在冬季施工时，混凝土浇筑结束后，在混凝土表面覆盖土工布、帆布保温，在模板侧面包裹石棉被保温。待模板拆除后，在混凝土表面喷涂养护液，包裹石棉被保温。保温时间不低于7 d[3]。

在夏季施工时，混凝土浇筑结束，待混凝土终凝后在其表面覆盖土工布然后洒水保湿；待模板拆除后在混凝土表面喷涂养护液。

4.5 实心段温度控制

从塔柱受力状态考虑，设计了3个实心段，即塔柱起始段、中下塔柱连接段（连接“X”托架）、中上塔柱连接段。以上均为大体积混凝土，内外温差较大，极易产生温差引起的结构裂缝，本工程采用布设冷却水管、通循环水的方法来降低混凝土内部温度，控制混凝土结构裂缝。

根据监控单位要求，在混凝土实心段内部埋设钢质冷却水管，冷却水管水平间距为0.8m，层距为0.75m，单根管长不超过200m。出水口和进水口集中布置、统一管理。

根据温控标准，夏季施工时，在原材料上部设置遮阳棚；加冰水做拌合水；温度低于30℃时浇筑混凝土；混凝土泵管覆盖土工布并洒水降温。在冬季施工时，用热水拌合混凝土；在混凝土输送车外包裹保温被；泵管用双层土工布包裹，防止混凝土受冻。混凝土配合比中加入矿粉、粉煤灰等低水化热的胶凝材料，另外加入聚羧酸类缓凝高性能减水剂以降低水灰比[3]。

实心段施工过程中，通过采取以上措施且经过观测验证，各项指标均达到温控标准，并且混凝土有害裂纹数量及宽度都得到了有效控制。

5 “X”托架施工

5.1 支架设计

托架支架系统采取整体落地结构形式，系统由钢管支撑、平联、卸荷块、主横梁、贝雷梁、主分配梁、次分配梁、面板等组成。3排φ1000×12mm钢管支撑为主要受力构件，底部全部与固定在承台及塔座上的预埋件固结，外侧两排立柱设计为斜桩。为平衡托架混凝土浇筑过程中向外的水平分力，在支架和塔柱之间设置了扶墙作为水平持载构件。支架布置详见图4。

图4 托架支架布置Fig.4 Bracket arrangement

5.2 支架搭设及预压

支架搭设全部由现场900 t·m塔吊和80 t履带吊实现，支架按照由底至顶的顺序依次搭设，所需材料均在平台上加工成型再起吊安装，施工中严格控制焊缝质量，主要受力构件空间位置全部由测量放样确定，尽量减小恶劣环境条件对支架搭设精度的影响。

支架分两段进行堆载预压，预压荷载为恒荷载的110%，首段预压综合考虑两层恒载重量取值，待首段混凝土达到设计强度并张拉完成后，进行末段支架预压，预压荷载与实际施工荷载基本一致。

5.3 模板施工

托架外模板由塔座大块定型模板改制而成，4个肢共配备两套，两两对称施工，再周转使用到另外两个肢使用。

托架内腔构造复杂，倒角多且不规则，内模采用组拼小钢模，按不同规格采购，方便内腔倒角拼装，规格尺寸包括60 cm×20 cm、120 cm×30 cm，150 cm×30 cm等，小钢模在施工平台上拼装成大块模板，再起吊安装，便于操作和拼装精度控制，内模通过拉杆与外模对拉固定。

5.4 钢筋混凝土施工

5.4.1 托架钢筋施工

托架钢筋主要有φ25、φ20、φ16三种，其中，主筋（即纵向钢筋）φ25需在塔柱施工时提前预埋，托架钢筋施工时直接凿出连接套筒接长。托架与塔柱连接的混凝土施工缝需要深度地凿毛，确保连接效果。

5.4.2 托架混凝土施工

托架混凝土浇筑时利用托架内外侧脚手架作为施工平台。托架单肢布置1台拖泵，按照对称下料、分层布料的原则进行，在下层混凝土初凝前完成上层混凝土的布料及振捣。单肢托架分3次浇筑。

6 关键施工技术

嘉绍大桥主塔结构复杂、技术标准高，施工工序繁杂，其中运用了新颖技术和工艺，下面分别进行介绍。

6.1 真空辅助压浆工艺

真空辅助压浆技术是目前国内外后张预应力混凝土结构施工中大力推广的一项新技术，与传统的压浆技术相比，它提高了预应力孔道灌浆的饱满度和密实度，提高了结构的耐久性和使用性能。嘉绍大桥索塔预应力管道均采用真空压浆[4]。

6.1.1 原理简介

真空辅助压浆的基本原理：在孔道的一端采用真空泵对孔道进行真空处理，使之产生-0.08～-0.1MPa真空度。然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并加以小于0.8MPa的正压力，以提高预应力孔道的饱满度和密实度。

6.1.2 技术优点[4]

1）在近似真空状态下，孔道内的空气、水分及水泥浆中的气泡大部分被消除，减少了孔隙及泌水现象。

2）灌浆过程中孔道具有良好的密封度，使浆体保证充满整个孔道。

3）工艺及浆体的优化，消除了裂缝的产生，使灌浆饱满性及强度得到保证。

4）真空辅助灌浆是一个连续且迅速的过程，大大缩短了灌浆时间，提高了工效。

6.1.3 施工工艺

真空辅助压浆的工艺流程见图5。

图5 真空辅助压浆工艺流程图Fig.5 Process flow diagram of vacuum aid grouting technology

压浆过程中要注意以下几点：

1）真空泵接好之后，应先启动真空泵抽取真空，使真空度达到-0.08～-0.1MPa并保持稳定。

2）灌浆过程中，真空泵应保持连续工作，中途不能停顿。

3）浆体搅拌时间不得少于1min。

6.2 环向预应力施工技术

为了平衡斜拉索的水平分力和增强混凝土塔柱与钢锚箱的连接，在斜拉索锚固区设置了15-12环向预应力钢束，单个主塔计80束，每束呈“U”形布置，每两束为1组，对称布置，详见图6。

图6 环向预应力平面布置图Fig.6 layout of circum prestress

6.2.1 波纹管及钢束的定位安装

由于环向预应力在塔内是“U”形布置，波纹管的安装必须确保每隔1m即有一个“井”字形或倒“U”形钢筋包箍，以保证混凝土浇筑振捣过程波纹管的牢固。接头采用波纹管专用的“大小头”结构，并用胶带缠绕固定。

由于环向预应力呈“U”形布置，钢束的穿行难度较大。结合现场具体情况和以往施工经验，本工程采用逐根穿行的方法，并用胶带裹住端头，防止刮伤波纹管管壁。待钢束穿完后需安排专人检查波纹管破损情况，并及时修复。

6.2.2 防劈钢筋的设计及技术要求

由于环向预应力钢束曲率半径很小，为防止混凝土劈裂，在弯曲钢束部分沿径向设置防劈裂钢筋，且采用双筋布置。具体布置见图7。

图7 环向预应力防劈钢筋布置示意图Fig.7 Arrangement of circum prestress prevent split rebar

需要强调的是，防劈钢筋的设置是为了防止预应力张拉时钢束弯曲段混凝土被拉裂，所以数量上必须满足，且要布满整个弯曲段。与主筋连接部位做成勾状，并焊接牢固，确保混凝土振捣过程中不脱落。

6.2.3 深埋锚施工技术

为保证张拉质量，避免预应力锚具布置切断主筋和景观需要，预应力采用深埋锚工艺，即锚垫板栓接一段钢套筒（或盒型装置）。预应力的张拉、封锚均在外接套筒内完成。这种工艺方法有效避免了受力钢筋被切断，封锚修补后的混凝土外表情况良好，详见图8。

在深埋锚张拉、压浆过程完成后，预埋的套筒可能较深，后期填芯混凝土时需在套筒内安设钢筋网片并确保一定的保护层厚度，然后采用与主体结构相同标号的混凝土填筑。

图8 深埋锚施工现场图Fig.8 Embedded anchor construction site

7 结语

嘉绍跨江大桥与国外内其他斜拉桥相比，具有主桥规模庞大、结构复杂、环境恶劣等特点，各类技术标准要求高。嘉绍大桥主塔施工运用一系列新材料、新工艺、新方法，完美地完成了6个主塔的施工任务，为恶劣水域环境索塔施工积累了宝贵经验，进一步推动了大跨径桥梁建设技术的发展。

[1] 嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥施工设计图[M].北京：中交公路规划设计院有限公司，2009.Construction design drawing of Jiaxing-Shaoxing Bridge of the Jiaxing-Shaoxing River-Crossing Highway paths[R].Beijing：CCCC Highway Consultants Co.，Ltd.，2009.

[2] 桥梁高塔（墩）液压爬模施工工法[Z].武汉：中交第二航务工程局有限公司，2005.Hydraulic climbing form construction method of high towers（or piers）of bridges[Z].Wuhan：CCCC Second Harbor Engineering Co.，Ltd.，2005.

[3] 李维洲，文兆全.杭州湾跨海大桥南航道桥主塔施工关键技术[J].中国港湾建设，2008（4）：50-55.LI Wei-zhou，WEN Zhao-quan.Construction of main pylon of south navigable bridge of Hangzhou Bay Sea-crossing Bridge[J].China Harbour Engineering，2008（4）：50-55.

[4] 李坚，胡炎生，顾强.奉浦大桥主桥桥墩基础设计[C]//’95预应力混凝土连续梁和刚构桥学术会议论文集.北京：中国土木工程学会，1995.LI Jian，HU Yan-sheng，GU Qiang.Main bridge pier foundation design of Fengpu Bridge[C]//Academic conference proceedings of prestressed concrete continuous beams and rigid frame bridges in 1995.Beijing：China Civil Engineering Society，1995.