武汉军山长江公路大桥主6#墩主塔施工.docx

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武汉军山长江公路大桥主6#墩主塔施工

武汉军山长江公路大桥主6＃墩主塔施工

摘　要　　本文介绍了下塔柱平衡架翻模施工，中、上塔柱爬架施工，横梁支架施工，索导管的安装等工艺，对上塔柱环向预应力管道的材料、布置、穿束、张拉控制及真空灌浆等新工艺进行了叙述。

主题词　　武汉军山大桥　主塔　施工　真空灌浆

1　概述

武汉军山长江公路大桥是京珠、沪蓉二条国道主干线跨越长江的咽喉工程，是国家重点建设项目。

主桥为48m+204m+406m+204m+48m五跨连续双塔双索面半漂浮式钢箱梁斜拉桥，主塔基础采用直径30m、厚6m承台下布置19根φ2.5m钻孔灌注桩，主桥钢箱梁全宽38.80m，为目前同类桥型中最宽。

1.1　主塔结构

武汉军山长江公路大桥主塔为分离式倒Y型钢筋混凝土空间结构，底标高为+7.50m（黄海高程，下同），顶标高为+171.00m，由上、中、下塔柱和上、中、下横梁及底系梁组成。

其中下塔柱断面尺寸由10.5m（顺桥向）×7.0m（横桥向）向上渐变至7.0m（顺桥向）×4.5m（横桥向），壁厚为1.0m，内外立面的斜率分别为1：

2.8086和1：

3.4799，顺桥向外侧面斜率为1：

20.8；中塔柱横桥向斜率为1：

5.0143，顺桥向为竖直向上；上塔柱竖直向上设置，中、上塔柱断面尺寸均为7.0m×4.5m。

上塔柱为斜拉索锚固区。

上、中、下横梁均为预应力混凝土结构。

下横梁长度为39.72m，断面尺寸为6.8m（宽度）×7.0m（高度），腹板及顶、底板厚度为0.8m，其内设两道0.7m厚的隔板。

中、上横梁长度均为10m，断面尺寸为6.6m（宽度）×5.0m（高度），腹板及顶板、底板厚为0.6m。

中、上横梁上、下缘均设圆弧形装饰块，上横梁上、下缘及中横梁上缘装饰圆弧半径为13.000m，中横梁下缘装饰块半径为16.847m，装饰块靠近塔柱处高度为1.10m，中部为0.10m，厚度为0.30m。

装饰块与塔柱间留存0.01m宽的变形缝，其间填塞橡胶止水带。

底系梁断面尺寸为10.5m（宽）×2.5m（高）。

主塔结构见图1。

1.2　工程特点

1.2.1　中、下塔柱塔肢呈倾斜状，且与垂直向夹角较大，因而钢筋的绑扎、模板的安装均不能在自由状态下进行，必须辅以一定的外力；塔肢的分节、施工缝的处理也均有难度，如果是水平分节，模板浪费大；如果施工缝与塔肢垂直，施工缝处理受影响。

1.2.2　上塔柱为竖直向上设置，是索塔锚固区，为薄壁空腔结构，侧壁厚仅为60cm，即使横桥向的正面也只有120cm，这些都给斜拉索套筒及预应力塑料波纹管的安装定位、钢筋的绑扎以及混凝土的下料和振捣带来了不便。

1.2.3　整个上塔柱预应力施工采用的塑料波纹管道及环向布置、钢绞线环向后穿及真空灌浆等新材料、新工艺，在国内的桥梁建设中还运用的不多，尤其是张拉控制中的张拉力与引伸量的关系还没有成熟的资料和经验可循，需要我们在施工中探索。

1.2.4　为了增加索塔的景观效果，整个塔柱外立面均设置了装饰槽、圆弧转角；中、上横梁上、下缘还设置了圆弧形装饰块。

内腔断面怪异，塔柱均为非对称空心薄壁断面。

这一切均导致了钢筋、模板制安困难。

2　主塔施工总体方案

根据主塔不同的部位及结构形式，分别采用相应的施工工艺：

下塔柱采用平衡架翻模工艺；中、上塔柱采用爬架翻模工艺；下横梁采用落地支架现浇；中、上横梁采用附塔支架现浇，其中，中、下横梁与塔柱同步施工，而上横梁与塔柱分离异步施工，即先施工塔柱过横梁，后施工横梁。

塔吊安装分两步进行，即先在承台上安装一台125t·m塔吊，作为施工中、下塔柱及下横梁的主要起重机械，考虑到洪水期间该塔吊会影响钢箱梁吊装（0＃块），故又在下游塔肢外侧中塔柱底部埋设塔座预埋件，安装了另一台125t·m塔吊，作为施工中、上塔柱和中、上横梁及挂索的主要起重机械，同时拆除承台上的塔吊。

电梯采用SCQ160型双笼式，置于上游塔肢外侧，由中塔柱底部提升至中横梁，中横梁以上部位人员上下靠由脚手架搭设的走道。

主塔砼设计标号为C50，均由水上搅拌船供应，三一泵泵送。

为保证塔柱在施工中模板与钢筋位置的准确性，在塔柱壁内设置了劲性骨架。

劲性骨架为矩形桁架式，采用后场分榀分节加工，现场安装，并用型钢连成整体，其中，下塔柱每塔柱有七榀，中塔柱有六榀，上塔柱为两榀。

塔柱主筋连接采用冷挤压套筒接头，先预压套筒一端，安装时挤压另一端。

上横梁主筋预埋端与接出端采用直螺纹螺母连接。

塔柱及横梁外模为大块定型钢模，内腔采用组合钢模及木模，横梁底模采用组合钢模上铺大块竹胶模。

3　下塔柱与底系梁施工

下塔柱标高为+7.5m～+43.9m，高度36.40m，分9节段浇筑。

其中第1节段与底系梁一起浇筑，第9节段与下横梁一起浇筑，第1节段高度为2.5m，第9节段高度为3.59m，其余节段高度均为4.33m。

底系梁标高为+7.5m～+10.0m，分三段浇筑，下塔柱及底系梁施工工艺流程见图2。

由于下塔柱向外呈倾斜状，施工中必然会因施工荷载及塔柱自重产生水平分力，为消除该分力对下塔柱已浇段产生不良影响，在下塔柱施工时，设置了平衡架系统。

该系统由平衡支架及平衡拉杆组成，见图3。

平衡支架结构的设计兼顾了下横梁施工需要及自身稳定的要求，安装在底系梁顶。

平衡拉杆采用精轧螺纹粗钢筋。

为不影响下塔柱正常的翻模作业，经验算塔柱已浇段刚度及钢筋、劲性骨架刚度，决定每浇筑两节段砼并拆模后对拉一道拉杆（第一节段2.5m除外），每道三根，施工完下横梁后拆除，此对拉方法经后来施工证明，是成功的。

为防止收缩徐变产生裂缝，底系梁的中间留了1m的后浇段（即第三段），并于钢围堰临近注水时浇筑。

下塔柱的模板提升由塔吊完成，塔柱的四周搭设环状脚手架，作为施工操作平台及人员上下通道。

在钢围堰顶达到设计标高25.0m及水位不大于15.8m时，切割影响下塔柱施工的钢围堰Ⅱ类环块。

切割分两次进行，第一次切割标高为9.5m～16.2m；第二次切割标高为16.2m～25.0m。

在切割过程中，按要求不断调整壁舱内水位。

4　中、上塔柱施工

中塔柱高程为+43.9m～+113.9m，高度为70m；上塔柱高程为+113.9m～+171.0m，高度为57.1m。

中塔柱共分17节浇筑，其中第1节段与下塔柱第9节段及下横梁第一次砼一起浇筑，第2节段与下横梁第二次砼一起浇筑，第17节段与中横梁第一次砼一起浇筑；上塔柱共分13次浇筑，其中第1节段与中横梁第二次砼一起浇筑。

4.1　爬架翻模工艺

中、上塔柱主要采用爬架翻模工艺，其施工标准节段为4.5m。

爬架翻模工艺的原理为：

爬架与模板之间互为支承结构，在彼此相互交错固定后，相互提升，有效地完成爬架与模板操作，形成塔柱各节段施工工序循环。

其施工工艺流程见图4。

由于中、上塔柱方向不同以及中横梁的阻隔，在施工至中塔柱最后1节段及中横梁时，爬架应转向过渡，其中，内立面爬架下降予以拆除，外立面爬架附墙框与塔肢间加装倒三角楔形钢架，使之由斜向转为垂直向，侧面爬架则慢慢过渡到垂直状态。

4.2　中塔柱施工

中塔柱最下面的1～5节段未用爬架施工。

除第1、2节段与下横梁一起浇筑外，另三节段分三次立模现浇，操作方法同下塔柱。

现浇施工用脚手架除内立面在下横梁顶另搭设外，其余三面则由下塔柱施工脚手架接高即可。

当第5节段砼浇筑完成后，保留顶口一节2.25m接口模不拆，拆除其它的模板及脚手，在第4、5节段上安装爬架，准备进入爬架翻模施工节段。

中塔柱施工工艺流程见图5。

中塔柱向内立面倾斜，为防止施工荷载及塔柱自重产生过大的水平位移，每节段立模时均向外立面预偏，并自下横梁顶面起，中塔柱每施工完18m高，两塔肢间即设一道水平横撑，每道横撑采用2根φ700×14钢管，共设三道。

4.3　上塔柱施工

在上塔柱浇筑完3节段后，外立面及侧面爬架提升至正常状态，当第4节段浇筑完成后，安装内立面爬架。

上塔柱施工工艺流程见图6。

4.3.1　索套管制安

上塔柱索套管安装是高空作业，其定位受日照、温度及塔吊作业的影响很大，而其定位精度却要求很高，因而操作起来相当困难，为保证上塔柱的整体进度、以后的斜拉索安装精度及操作便利，决定采用如下方案：

在陆上专用加工台座上将已加工好的索套管和劲性骨架之间焊接为一体，然后整体吊装，精确定位。

其具体步骤为：

（1）根据设计提供的数据对索套管和上塔柱劲性骨架（断面尺寸360×80cm）进行相对位置尺寸计算；

（2）对台座进行测量；

（3）劲性骨架与索套管分别加工；

（4）在劲性骨架上放出索套管的位置，安装焊接，检查验收；

（5）在塔肢内的劲性骨架顶部钢板上放出待安的劲性骨架的标高和平面位置，要求四个控制点在同一标高上并形成一个安装平面；

（6）劲性骨架吊装并检查垂直度，合格后直接焊接在下面的钢板上，并用型钢连接两侧面的劲性骨架，使之成为整体。

劲性骨架在运输起吊过程中，要特别注意防止变形，以免影响安装精度。

按照以上方法施工，4个小时可以安装完上、下游4榀劲性骨架，并经测量检查，索套管的定位精度也满足要求。

4.3.2　上塔柱环向预应力施工

上塔柱为斜拉索锚固区，受力比较复杂，为平衡斜拉索的水平分力，在整个上塔柱内配置了280根15－12预应力钢束，其中U型束有192根，直束为88根。

预应力成孔材料采用高密度聚乙烯塑料波纹管（外径110mm，内径92mm），波纹管安装时用定位钢筋固定，定位筋间距40cm，弯道处加密。

波纹管上覆盖湿麻袋，以避免管道烧伤。

钢绞线为后穿，并且整束穿入，穿束前，将各股钢绞线排成长锥形且烧在一起，然后由1吨的卷扬机引线牵引。

U型束（1、2号）两端同时张拉，采用双控，以张拉力为主，引伸量校核，并不得超张拉。

压浆采用真空灌浆，该技术为目前国际上较为流行的压浆方法，但在国内的同类桥梁中应用较少。

其原理是用真空泵将预应力孔道抽至负压真空度，在孔道的另一端利用压浆机在有一定压力的情况将浆体灌入预应力管道中，以提高孔道压浆的饱满度及密实性，减少气泡。

真空灌浆施工装置连接示意图见图7所示。

真空灌浆基本步骤如下：

（1）关掉阀1、阀2，打开阀3，启动真空泵进行抽真空，真空度达到-0.09MPa～-0.1MPa时，可打开阀1，启动灌浆泵，开始灌浆。

（2）保持真空泵的开启状态，当观察到空气滤清器有浆体通过时，关掉真空泵及阀3。

（3）打开阀2，观察排气管的出浆情况，当浆体稠度和灌入之前稠度一样，关掉排气阀2，仍继续灌浆，使管道内有0.5～0.6MPa的压力，持压1～2分钟，再关闭阀1。

（4）输浆管拆下来，拆卸活接1和活接2段，清洗空气滤清器，然后接到另一组孔道，按以上步骤

（1）重新开始灌浆。

孔道灌浆要连续，一次完成。

5下、中、上横梁施工

下、中、上横梁均为预应力钢筋混凝土结构，混凝土设计强度等级为C50，预应力锚具采用15-22型，钢绞线直径为15.24mm，下横梁预应力设置在腹板及底板中，共有钢束42束；中、上横梁预应力设置在腹板中，分别有钢束12束及16束。

横梁均按两次浇筑，一次张拉。

横梁施工工艺流程见图8。

下横梁的砼方量比较大，而且空间体积大，在考虑下横梁的支架（下塔柱平衡支架）系统时，主要考虑两处因素，首先是下横梁浇筑时对下塔柱的影响，其次是下横梁自身的安全。

为了解决前者，我们采取斜桩方案来代替附塔肢的牛腿方案，有效的减小了新浇砼对下塔柱不利弯矩的影响，使受力体系更加明确。

为了解决后者，主要是要求在砼初凝之前支架系统的弹性变形和非弹性变形全部完成，这就要求整个支架系统有预拱度。

经计算，并综合考虑卸荷砂箱的压沉、桁架的弯沉、支架之间密实变形等方面因素，拟定底模板标高整体高出横梁设计标高30mm。

中、上横梁施工也确定了相应的预拱值。

经施工验证，所有预拱值是恰当的。

上、中、下横梁的预应力钢绞线全部采用先穿法，张拉时以引伸量为主。

6　结束语

武汉军山长江公路大桥主6＃墩索塔于1999年11月19日开始施工到2000年9月2日封顶，历时319个日历天，提前29天完成业主下达的生产任务，扣除塔柱施工中的机械及风雨影响27天，实际工作为292个日历天。

整个索塔施工无论是质量，还是安全都受到了社会各界的好评。

经过整个索塔的施工有如下体会：

（1）爬架翻模工艺是高塔施工质量和安全的有力保证，可以大力推广使用。

每次浇筑塔肢砼的节段标准高度定为4.5m是合理的，若为了加快施工进度，还可以提高每个节段的浇筑高度，以减少浇筑节段及施工缝，浇筑节段定为4～6m都应是合理的，当然，这要考虑爬架的通用性。

（2）在施工横梁时，考虑到预应力钢绞线量不大却较长，以及预应力施工对塔肢进度的影响，钢绞线采用了砼浇筑前先穿的方法，这样虽然破坏了部分外模，但因量小，修补比较快，工期未受任何影响。

（3）使用楔型钢架来转换爬架的角度，省工、省时。

（4）下塔柱平衡支架即下横梁的支架系统设计施工，简明有效快捷，并且避免了大埋件影响塔身外观。

（5）将塔吊基座安装在中塔柱的根部是可靠的、经济的。

虽然在塔吊工作时塔肢平面位置有所摆动（塔顶最大为10cm），但这只对校核中、上塔柱的外模和安装索套管时构成影响，这时可将塔吊停止工作，其余时间则基本上不影响塔柱的正常施工。

（6）上塔柱环向预应力施工中，由于U型束转弯半径小，弯道处各股钢绞线张拉时的离散及管道预应力损失的不确定等因素影响，引伸量的实际值与理论值差超出了6%以内的范围。

另外，塑料波纹管的刚度也应确保。

小半径弯道管应在厂家定型生产，不得在现场随意将直管弯埋，管与管的连接也应使用厂家生产的连接套管，以确保接头处不漏浆，只要埋设的波纹管的质量有保证，线型顺畅，钢绞线穿过U型管道才不费事、费时。

第一节段劲性骨架、

钢筋预埋

劲性骨架联接

绑扎塔柱及底系梁钢筋、安装预埋件

支立模板

浇下塔柱第一节段及底系梁（留后浇段1m）砼

劲性骨架接长、联接

绑扎钢筋、安装预埋件

支立内、外模板

浇第二节段砼

劲性骨架接长、联接

绑扎钢筋、安装预埋件

支立内、外模板

砼浇筑

每两节段安装一次拉杆

钢围堰第一次切割

钢围堰第二次切割

安装平衡支架

搭设外围脚手架

接长外围脚手架

第七节钢围堰分片接高

图2　　下塔柱及底系梁施工工艺流程

钢筋弯到设计角度

劲性骨架安装固定

塔柱钢筋接长箍筋绑扎

模板就位安装

砼浇筑

支架及部分模板拆除

爬架安装固定

劲性骨架接长、联接

塔柱钢筋挤压绑扎，预埋件埋设

内、外模提升就位安装

测量校正模板、固定

砼浇筑

施工缝处理及砼养护

爬架爬升固定

1～5节段

图5　　中塔柱施工工艺流程

钢筋弯到设计角度

钢筋调整　

劲性骨架吊装并精确定位

　钢筋接长挤压、绑扎

索套管钢筋、螺旋筋安装

塑料波纹管就位

锚固齿块模板制安、固定

内、外模板安装、测量校核、固定

砼浇筑

拆模养护

预应力张拉、锚固、压浆、封锚

索套管与劲性骨架焊接固定

台座测量放样

劲性骨架、索套管加工制作　

爬架提升

环向脚手搭设、接长

穿预应力钢绞线

图6　　上塔柱施工工艺流程

下横梁　　　　　　　　　　　　中、上横梁

塔肢内立面预埋件焊接钢牛腿

对平衡架桩顶部进行加固

砂箱安装

2I56横梁安装

安装万能杆件桁架

安装I25分配梁

顺桥向安装I25横梁及[8纵梁

铺底模板

钢筋绑扎、波纹管预埋、钢绞线安装

内、外模安装及固定

浇第一次砼

施工缝处理

安装顶板底模板

绑扎钢筋及安装波纹管、钢绞线、预埋件

浇第二次砼

砼养护

钢绞线张拉、锚固，灌浆及封锚

图8　　下、中、上横梁施工工艺流程

图2-3-9-3　　下塔柱施工工艺流程图