铜陵公铁两用长江大桥3#主塔施工技术

李斐

(中铁大桥局集团第七工程有限公司，湖北武汉430056)

铜陵公铁两用长江大桥3#主塔施工技术

李斐

(中铁大桥局集团第七工程有限公司，湖北武汉430056)

铜陵公铁两用长江大桥主塔规模宏大，结构复杂，工程质量要求高。施工前期制定严密的施工组织设计，配置合理的施工设备，施工过程中采取优化混凝土配合比设计、规范施工技术与施工工艺，对关键特殊工序先试验后实施等措施，有效地保证了主塔施工的安全、质量和工期目标。

公铁两用桥 主塔 施工

1 工程概况

铜陵公铁两用长江大桥为桥跨布置(90+240+ 630+240+90)m的5跨连续钢桁梁斜拉桥。斜拉桥主塔位于3#和4#主墩。3#墩主塔采用倒Y形混凝土结构，由上、中、下塔柱和下横梁4部分组成(见图1)。塔顶高程为+221.0 m，塔座顶高程为+9.0 m，塔高212 m，主塔采用C50混凝土。

下塔柱高32.517 m，采用单箱双室钢筋混凝土截面。主塔下横梁高8.5 m，宽14 m，采用单箱双室预应力混凝土截面，布置265束φj15.2 mm高强度低松弛钢绞线，其中28束为备用束。中塔柱高96.7 m(含中、上塔柱结合段)，采用单箱单室钢筋混凝土梯形截面。中、上塔柱结合段高11 m，设置7.5 m厚的实体段。上塔柱高81 m，为拉索锚固区，采用单箱三室预应力混凝土八字形截面，环向的预应力束均采用8φj15.2 mm高强度低松弛钢绞线，共计1 990束，采用低回缩锚具系统。

图1 主塔结构示意(单位:m)

2 总体施工布置

2.1 施工用电

根据主塔施工期间所需的各种机械设备(爬模、塔吊、电梯、地泵、电焊机等)，综合考虑所有机械设备分期使用时的最大负荷，选用3台630 kVA变压器为索塔施工期间供应电力。变压器布置于岸边的码头上，通过水下电缆引至3#墩上，再由沿电梯附墙铺设的电缆线输送至塔柱施工节段。

2.2 施工塔吊

由于主塔材料物资供应量大，综合考虑最大起重量、材料运输停靠、塔形、斜拉索位置、钢桁梁架设及拆除施工等各项因素影响，在3#墩上下游分别设置1台动臂塔吊。上游南侧布置1台STL420塔吊，横向距桥中心线22 m，纵向距墩中心线12 m;下游北侧布置1台STL1000塔吊，横向距桥中心线22 m，纵向距墩中心线12 m(主塔下塔柱施工前期还需水上100 t浮吊配合施工)。在下、中塔柱施工期间，2台塔吊各承担主塔一单柱施工;上塔柱施工节间，由于吊装工作量变大，由2台塔吊共同承担吊装作业。

塔吊附墙由厂家设计，主塔相应节段埋设预埋件(注意与主塔、斜拉索相关构件是否冲突)。附墙间距约为24 m，短附墙杆采用钢管焊接结构，长附墙杆采用桁架式型钢结构。

2.3 地泵及泵管布置

主桥3#墩距离岸边约260 m，主塔高度212 m，混凝土浇筑输送距离远，泵送压力大。考虑施工方便及经济性，在岸边布置2台HBT80E-1813D型地泵，在墩旁铁驳上布置2台HBT80C-2122Ⅲ型地泵。为方便人员通行及泵管布设，江岸与墩旁铁驳间通过栈桥和浮桥相连(浅水区打钢管桩，深水区做浮筒)。

混凝土输送至墩旁铁驳上后，考虑混凝土性能损失，在墩旁铁驳上布置2台重拌仓。通过重拌仓二次搅拌后，再进入铁驳上地泵泵送上塔。

泵管采用挂座与塔柱固结。挂座间距约6 m，采用［8型钢制作。塔柱施工时需设置挂座预埋件，并验算其在荷载作用下的受力安全性。

2.4 电梯布置

主塔施工期间布置3台电梯作人员上下通道。在上游侧布置1台垂直式SC200×200型双笼电梯(额定提升质量1 200 kg)，负责将人员自塔座送至下横梁顶。中塔柱施工期间单侧塔柱各布置1台SCD120型倾斜式单笼电梯(额定提升质量1 000 kg)，上塔柱施工期间将下游侧斜电梯安装至上游侧。在主塔横梁上游侧设置电梯支撑平台。电梯附墙每4节标准节设置1道，垂直于标准节设置。施工电梯的安装与塔柱施工要保持同步，爬模每爬升1节，对应电梯安装加高1次，始终保证电梯能够将人员送入爬模的吊挂平台。

3 主要施工技术

3.1 主塔分节

塔柱施工的分节高度根据塔柱结构特点、起吊设备吊装能力和液压爬模使用性能综合考虑，以达到保证施工质量、提高施工效率、缩短工期的目标［1］。

下塔柱高32.517 m，其中塔座顶至下横梁底高度为25.8 m，分5个节段浇筑，最大浇筑高度5.3 m。中塔柱高96.7 m(下横梁往上30 cm处至中、上塔柱交汇段的顶部)，共分17个节段浇筑，最大浇筑高度5.7 m。上塔柱高81 m(中、上塔柱交汇段的顶部至塔顶)，共分16个节段浇筑，最大浇筑高度6.1 m。上塔柱施工分节需考虑避开斜拉索索导管、锚固齿块位置，并满足主塔线形要求。

3.2 劲性骨架

主塔钢筋密集、结构复杂，为便于钢筋的绑扎定位、施工人员操作、斜拉索索导管定位(上塔柱)，在塔柱内设置劲性骨架。

劲性骨架立柱主桁片均为∠100×10角钢，连接系均为∠63×6角钢。劲性骨架分单元、分节在工地钢结构加工厂制造，利用塔吊进行吊装。每个塔柱内劲性骨架分为6个单元，共9块，劲性骨架单元及节段间通过焊接连接。

上塔柱布置有索导管和环向预应力束，劲性骨架布置时需做局部调整。

3.3 液压爬模系统

主塔施工采用ZL-ZPM100型液压自爬模系统，该系统包括模板系统和爬升系统两部分。系统安装完成后，模板的表面处理、安装就位、调整及固定均可由系统自身完成。

爬模施工优点:①爬模下包既有混凝土面，且模板能实现竖向角度调整，很好地保证了主塔截面的准确性，有效地解决了高空模板安装就位难题。②爬模架体轻巧简便，可分体拆装，锚固系统受力明确，大大简化了施工脚手，节省施工成本［2］。③可以利用爬模自身携带的小型液压油缸作为爬架、模板提升的动力，实现整套爬模同步爬升，抗风性能好、安全可靠，并能大大缓解垂直运输的压力［3］。

爬模施工注意事项:①爬锥、埋件板和高强螺杆组成的总体埋件是爬模主要承力构件，埋设时需保证其位置准确，并明确爬模开始爬升时的最低混凝土强度。②导轨是整个爬模系统的爬升轨道，导轨布置时需保证竖向垂直、通长布置，并综合考虑下、中、上塔柱各向截面尺寸、架体面板受力特性、塔柱预埋件位置等影响因素。③塔身外侧液压爬模设置有多层操作平台，供施工人员绑扎钢筋、模板顶升操作、塔身表面装饰时用，其堆放荷载严禁超过设计荷载。④根据塔柱截面尺寸特点，合理确定模板包边方式，减少裁切量。⑤施工时根据塔柱内腔尺寸适时选择内模形式，如倾斜面可采用爬模，内腔尺寸不变时可采用井筒平台。

3.4 混凝土施工

3.4.1 混凝土配合比设计

主塔采用C50高性能混凝土，对混凝土的泵送施工性能和强度要求高。索塔具有截面尺寸大、箱形断面壁厚较大的特点，属大体积混凝土施工范畴。所配制的高性能混凝土必须满足工程施工所需的可泵性、高强度大体积混凝土的结构稳定性、良好的抗裂性能、耐久性能等要求。本桥在对各项原材料性能指标分析的基础上，进行了主塔C50混凝土配合比的研究，混凝土配合比设计最终采用了低水胶比、大坍落度、双掺粉煤灰和矿渣粉的技术方案。

3.4.2 混凝土浇筑

混凝土由岸上1座2×120 m3/h混凝土工厂生产供应，地泵泵送入模。根据混凝土的浇筑方量施工前确保混凝土原材料数量应能满足连续生产的需要，横梁混凝土施工时需临时租用水上混凝土拌合船。混凝土浇筑前合理布置浇筑工作平台、混凝土分配装置(布料机、串筒、分料斗)等。

主塔钢筋、预应力孔道、索导管及定位架密集，混凝土浇筑时需严格监控分层厚度及振捣工作，确保混凝土质量，尤其是预应力锚下及索导管锯齿块处混凝土的密实，并保证预应力孔道及索导管不变位。

冬季混凝土生产时，采用电热管加热拌合用水。并调整投料顺序，先将砂、石、热水进行搅拌，使热水与砂、石充分进行热传导后，再加入胶凝材料进行搅拌，避免胶凝材料直接与热水接触发生假凝现象。

4 几个关键部位施工技术措施

4.1 横梁施工

横梁高8.5 m，宽14 m，为单箱双室矩形预应力横梁，C50混凝土5 109 m3，布置265束φj15.2 mm高强度低松弛钢绞线，夹片式群锚体系。采用落地式钢管支架分2次浇筑。根据塔柱和横梁的结构形式及特点，横梁高度范围内塔柱与横梁同步施工。横梁预应力按施工阶段分期张拉。

4.1.1 支架布置

落地支架采用3排5列钢管立柱，靠近塔柱2列立柱倾斜布置。立柱对应于下横梁腹板，支撑于塔座顶，节段间采用法兰连接。钢管立柱顶部设置标高调整格构式垫块、分配梁及纵梁，塔柱内预埋牛腿支撑。施工底模、侧模采用改制钢模，内模采用木模。

4.1.2 混凝土浇筑

横梁混凝土沿高度方向分2次浇筑，第1次浇筑高度4.5 m，第2次浇筑高度4 m。横梁混凝土总体浇筑顺序为由跨中向两侧塔柱方向进行，先底板，后腹板，最后顶板，分层浇筑。混凝土由岸上1座2×120 m3/h混凝土工厂生产和1艘水上拌合船配合供应。实际生产能力为140 m3/h左右。浇筑施工前根据每次下横梁浇筑的混凝土方量，通过配合比计算出所需原材料的量，按照20%的余量进行备料。

4.1.3 预应力张拉

横梁预应力张拉分3次进行。第1次4.5 m高横梁浇筑完成后，按设计要求初张拉部分底板下部2层预应力。第2次4.0 m高横梁浇筑完成后，补张拉第1次的预应力至设计值，张拉底板下部4层预应力和顶板上部2层预应力至设计值。中塔柱施工完成后，张拉剩余预应力束至设计值。张拉时注意张拉束的对称均衡，张拉完成后及时进行管道真空辅助压浆。张拉顺序按设计图要求进行，先长束，后短束，先中间后上下依次进行。预应力张拉完成后尽快进行压浆，其间隔时间不得超过48 h。压浆前需清除孔道内杂物和积水。压浆顺序为先下后上，如有串孔现象，串孔孔道同时压浆。

4.2 环向预应力施工

大跨度斜拉桥的索塔锚固区是承受索及梁荷载的主要部位。由于斜拉索索力较大，锚固点相对集中，致使塔柱的索、梁锚固区应力集中，应力分布也很复杂。为确保锚固区域具有足够的水平向承载能力和抗裂安全度，在锚固区域设置环向预应力是很有必要的［4］，见图2。本桥上塔柱预应力体系采用DSM15-8型预应力钢绞线低回缩锚具系统，采用2次张拉工艺(第1次张拉完48 h后进行第2次张拉)，要求锚具放张回缩量≤1 mm。张拉端采用低回缩锚具，非张拉端采用普通夹片锚，张拉端与非张拉端交错布置。

图2 环向预应力布置示意(单位:cm)

预应力张拉平台利用爬模第5、第6层平台。依次安装工作锚板(低回缩量锚具对应低回缩量的锚垫板)、工作夹片、限位板、千斤顶、工具锚板、工具夹片，按程序进行第1次张拉。第2次张拉采用工具锚直接张拉，依次安装撑脚(含螺母拧紧扳手)、千斤顶、工具锚、工具夹片，进行第2次张拉。

钢丝束、钢绞线束的钢丝直径＞5 mm时，其曲线半径不宜小于6 m［4］。本桥环向预应力严格意义上虽不属于小半径预应力施工，但仍需采取有效措施保证预应力施工质量。

环向预应力施工的几点建议:①在弯曲半径较小的情况下，预应力钢绞线在同样的控制张拉力作用下，产生的径向等效荷载很大。在较大的径向荷载作用下，预应力钢绞线有陷入孔道内壁的趋势，将增大摩擦系数。环向预应力钢绞线的实际摩擦系数综合值应由试验确定［5］，通过实测的孔道摩擦系数及锚圈口摩阻损失正确指导预应力施工。②预应力锚固区锚下钢筋密集，要严格按设计要求布置，环形钢筋应位于锚头下，并居中布置。混凝土浇筑时，需严格控制混凝土的和易性及塌落度，确保振捣密实，保证锚下混凝土施工质量。③预应力钢绞线的穿束宜采用整束穿入并逐根编号，防止钢绞线在穿入过程中打搅。

4.3 索导管安装

索导管是将斜拉索锚固在主塔和主梁上的基本构件，索导管的安装必须保证斜拉索锚固点和锚垫板角度准确。由于斜拉索的倾斜度随着主梁的前伸而逐渐减小，索导管的空间位置亦呈渐变性，即索导管的倾角随斜拉索空间角度的变化而变化。本桥中索为平面索，边索为空间索，边索索面水平角通过以实际锚固点为定点，水平转动α角度实现，锚垫板随同索导管一起转动。垫板外侧中心与塔壁锚固齿块齐平。

本桥边跨斜拉索SS1(SM1)至SS6(SM6)和中跨斜拉索MS1(MM1)至MS5(MM5)，采用在主塔施工时直接设置预埋管形成索导管。对于边跨斜拉索SS7 (SM7)至SS19(SM19)和中跨斜拉索MS6(MM6)至MS19(MM19)，由于主塔截面变小，满足不了斜拉索钢绞线离散度的要求，其定位器须设置于塔外。采用在主塔施工时先设置预埋管(不出塔以利爬模施工)，待主塔施工完成后再由下而上逐层安装索导管(见图3)。

图3 索导管布置示意

4.3.1 预埋管定位

斜拉索预埋管定位难度大、要求精度高、工作繁琐，定位的正确与否直接影响斜拉索的安装［6］。为保证定位准确，分两个步骤控制:

初定位。在钢结构施工场地拼装预埋管定位架，在验收合格的预埋管定位架上测量放线，确定预埋管位置(相对标高、中心线)并依此焊接可调装置，并临时固定。各鞍板与定位架横杆及导管之间临时点焊，在较高支点预埋管底部焊接阻挡角钢，抄垫挂靠在横杆上以防滑落。

精定位。将已初定位的预埋管与定位架单元起吊至塔顶，与预留骨架对位，调整至位置、标高满足要求后焊连(平面位置偏差不大于5 mm，垂直度偏差不大于1/100)。测量检查预埋管锚板及底口位置，根据测量结果利用可调螺栓微调预埋管至满足坐标要求(进出口中心坐标误差≤3 mm)，满足要求后预埋管与定位架牢固焊接。

4.3.2 索导管安装

主塔混凝土(预埋管)施工完成后，进行索导管安装。施工时以塔内外升降平台为操作平台、墩旁塔吊为吊装设备，利用塔内斜拉索牵引系统辅助就位完成索导管的安装。

索导管安装前需清理预埋管锚板混凝土浮浆，在其上标出锚固端十字中心线，并焊接4个定位挡块。调整索导管锚板十字线与预埋管锚板十字线吻合，并焊接固定。在索导管出塔面内侧安装封头板。主塔节段混凝土施工完成后，在预埋管与索导管间压注M50水泥浆。

5 结语

铜陵公铁两用长江大桥主塔规模宏大，单个主塔混凝土达28 092 m3，钢筋钢材4 037 t，预应力钢绞线609 t，波纹管37 078 m。其结构复杂，工程质量要求高。施工中通过严密施工组织，合理配置施工设备，并采取优化混凝土配合比设计，规范施工技术与施工工艺，关键特殊工序先试验后实施等措施，有效地保证了主塔施工的安全、质量和工期目标。

［1］蒋本俊．武汉天兴洲公铁两用长江大桥斜拉桥主塔施工技术［J］．桥梁建设，2008，38(4):10-14．

［2］张立超，李伟．武汉长江二桥斜拉桥主塔施工［J］．桥梁建设，1998，28(3):18-21．

［3］杨国平，闫朔，党权交．东海大桥Ⅶ标主桥斜拉桥主塔施工［J］．公路，2006(3):45-50．

［4］周孟波．大吨位锚固区混凝土抗裂性及承压能力研究［J］．桥梁建设，1999，29(4):13-17．

［5］陈建阳，徐国平，刘丽，等．大吨位小半径环向预应力在斜拉桥索塔锚固区中的应用研究［J］．桥梁建设，2001，31(2): 12-15．

［6］姜中祖，钟敬钧，李中民．番禺大桥主塔施工技术［J］．桥梁建设，1998，28(2):33-38．

(责任审编赵其文)

U443．38

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．08

1003-1995(2015)04-0027-04

2014-08-27;

2015-01-23

李斐(1981—)，男，山东烟台人，工程师。