改進H型主塔塔柱施工技術(shù)

1、2010年度優(yōu)秀科技論文（技術(shù)總結(jié)） 改進H型主塔塔柱施工技術(shù)改進H型主塔塔柱施工技術(shù)【內(nèi)容提要】 福建省南平市閩江大橋水中主塔塔柱設(shè)計為改進H型結(jié)構(gòu)，施工中采用爬模法進行施工，介紹了主塔爬模設(shè)計及施工的關(guān)鍵技術(shù)?！娟P(guān) 鍵 詞】 閩江大橋 主塔 爬模 設(shè)計 施工1.工程概況:福建省南平市閩江大橋工程主橋為主跨272米的雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，全長607m，跨徑組合為45m160m272m130m半漂浮雙索面雙塔斜拉橋連續(xù)梁協(xié)作體系。1.1主塔設(shè)計情況介紹大橋3#、4#主塔為改進H型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，單箱單室截面；3#塔高約123.7米，4#塔全高126.7米。兩主塔自橋面以上塔高均為88

2、米；整個主塔由下塔柱、橫梁、中塔柱、拉索錨固區(qū)、塔尖等幾部分組成。4#主塔下塔柱高度為35米，3#主塔下塔柱為32米，中塔柱為42.7米，拉索錨固區(qū)（上塔柱）為49米，塔尖高度為1.2米。下塔柱塔身外包尺寸橫橋向為3.5米，縱橋向為9米6.5米，中塔柱結(jié)構(gòu)外包尺寸橫橋向3.5米，縱橋向6.5米，整個塔身按照1：13.4277向橋內(nèi)側(cè)傾斜；上塔柱為拉索錨固區(qū)，結(jié)構(gòu)外包尺寸橫橋向3.5米，縱橋向6.5米，斜拉索錨固在主塔錨固區(qū)塔柱內(nèi)壁的鋸齒上，為克服斜拉索的水平分力在錨固區(qū)塔柱截面內(nèi)產(chǎn)生的拉力，在塔柱錨固區(qū)截面四周布置了直徑32mm的預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，上橫梁梁高4米，梁寬5.

3、5米，采用單箱三室箱型截面；下橫梁梁高5米，梁寬5.5米，采用變異型單箱三室箱型截面。1.2模板方案選擇主塔施工一般采用翻模、滑模、爬模等方法進行施工。翻模施工過程中需要足夠的模板起吊設(shè)備，施工操作平臺要求比較高，施工速度慢、安全系數(shù)??；采用滑模施工連續(xù)性要求較高，施工組織的復(fù)雜繁瑣，混凝土外表粗糙；爬模施工具有操作簡單，安全系數(shù)大，施工進度快、混凝土外觀質(zhì)量好等特點。根據(jù)南平大橋主塔的結(jié)構(gòu)形式及施工條件，通過對比，采用爬模進行施工。2施工技術(shù)準(zhǔn)備2.1塔柱分節(jié)以4#塔為例，塔柱共分27個節(jié)段進行施工（見圖一）。圖一：4#主塔分節(jié)施工2.2爬模設(shè)計及加工制作爬模系統(tǒng)施工技術(shù)是一項先進的施工工藝

4、，包括爬架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和提升系統(tǒng)。適用于多種類型高聳結(jié)構(gòu)施工，廣泛用于斜拉索橋主塔柱的施工。該架體能垂直爬升，也能斜向爬升；依靠自身動力，能交替向上爬升，也能交替下降；在結(jié)構(gòu)施工階段，架體與塔柱外模板配合，互為支承，交替爬升；架體集爬升柱、操作平臺和普通腳手功能于一體，能滿足施工全過程各工序施工的需要。2.2.1設(shè)計依據(jù)和荷載取值：（1）塔柱設(shè)計圖紙。（2）塔柱施工相關(guān)的規(guī)范和規(guī)程。（3）風(fēng)荷載按200米、B類建筑粗糙度取系數(shù)，基本風(fēng)壓：0.6 KN/m2估算。（4）架體的集中堆載為每個架體20KN；均布荷載1.5KN/m2,兩層同時作用計算。（5）自重按爬架、模板的理論值×1.1

5、作為設(shè)計值。2.2.2爬架設(shè)計爬升架高度方向分為三段，分別為附墻支承段、模板工作段和綁筋操作架段，總高度約為20米。滿足翻轉(zhuǎn)模板的爬升施工和各工況條件的安全操作。附墻架高度約為4.5米，由附墻框和操作架支座和爬升吊點等部件組成。架體用料為L120×10角鋼、10#槽鋼、8#槽鋼、L63×5角鋼、花紋鋼板和鋼板網(wǎng)等。模架工作架高度8米，用料主要為8#槽鋼、5#槽鋼、L63×5角鋼及鋼板網(wǎng)等。綁筋架高度為3.5米，由Ø48×3.5鋼管為主要材料。在架體之間設(shè)有互爬拉接和抗傾覆拉接的導(dǎo)軌和導(dǎo)輪，以及頂推腳輪和拉結(jié)導(dǎo)輪等部件。滿足架體斜爬和轉(zhuǎn)向爬升助能

6、的實現(xiàn)。圖二：爬架設(shè)計平面圖圖三：爬架設(shè)計立面圖2.2.2模板設(shè)計塔柱外模配制以標(biāo)準(zhǔn)段為基準(zhǔn)，在下塔柱增加收分模，在中塔柱兩端轉(zhuǎn)角處設(shè)置轉(zhuǎn)向非標(biāo)模?？紤]到塔柱表面清水混凝土的光滑平整，模板擬采用翻轉(zhuǎn)工藝施工，即其中一塊模板始終留在施工段接口處，作為上段模板的連接支承。因此模板的分節(jié)高度為2250mm，標(biāo)準(zhǔn)段模板共配三節(jié)模板，二節(jié)一組（4.5米高度）向上翻轉(zhuǎn)施工。模板的固定采用H型節(jié)安螺母系列螺栓，其中螺母和外接桿重復(fù)周轉(zhuǎn)使用。該技術(shù)有利于控制塔柱幾何尺寸和清水混凝土的形成，節(jié)約了固定螺栓的成本。模板由掛在爬升架的手拉葫蘆進行翻轉(zhuǎn)爬升。塔柱內(nèi)芯模板用木模施工，其分塊規(guī)格便于人工用手拉葫蘆在內(nèi)筒架

7、上翻轉(zhuǎn)施工。模板材料：面板：-6mm鋼板、肋：8#槽鋼、回檁：12#、6#槽鋼。塔柱爬架及模板在工廠加工制作，現(xiàn)場組拼。圖四：橫橋向塔柱模板設(shè)計圖圖五：縱橋向塔柱模板設(shè)計圖2.3塔吊、電梯布設(shè)2.3.1塔吊塔吊采用江漢建機生產(chǎn)的F0/23B型塔吊，布置在主塔承臺上。距近塔柱中心距離3米，塔吊高度145米，最大起重能力10噸，最小起重能力2.3噸，能滿足主塔施工要求。塔吊附墻直接附著在主塔預(yù)埋鋼板上。2.3.2電梯電梯采用SCD200/200雙籠施工電梯，導(dǎo)軌總高度110米，附墻高度6.032米，共設(shè)17道附墻，最大附著距離2.41米，最小附著距離3.97米。電梯每籠可承載1噸，主要是工作人員上

8、下塔柱的運輸設(shè)備。3.施工工藝3.1主要施工方法（1）塔柱施工采用爬模法進行施工，每節(jié)施工高度4.5米；(2)下塔柱模板采用收分模板。(3)上、下橫梁支架采用325×8mm鋼管及工字鋼組成的滿堂支架進行施工。圖六：爬模施工工況圖3.2下塔柱施工3.2.1鋼筋綁扎承臺施工完成以后，清理塔柱預(yù)埋鋼筋上的浮漿。鋼筋采用現(xiàn)場綁扎成型的方法進行制作綁扎，豎向接長鋼筋采用滾壓直螺紋套筒連接，這種連接方法方便快捷，而且質(zhì)量安全可靠。3.2.2下塔柱模板施工下塔柱橫橋向為3.5米，縱橋向結(jié)構(gòu)尺寸9.06.5米，為節(jié)約成本，模板使用塔柱標(biāo)準(zhǔn)段鋼模板，塔柱4角各增加一塊收分模板（見下圖）。內(nèi)模板采用木模

9、板加工制作。圖七：下塔柱收分模板設(shè)計圖鋼筋綁扎完成驗收合格后，用塔吊分片安裝外模板，模板用法蘭螺絲連接成整體，進行測量定位，首節(jié)模板采用攬風(fēng)繩進行定位，然后安裝內(nèi)模板，按照外模板位置進行定位內(nèi)模。模板定位完成以后，安裝H型節(jié)安螺母，連接內(nèi)螺桿和外螺桿，內(nèi)模處對應(yīng)螺桿進行焊接對拉，固定模板。3.2.3爬模施工閩江大橋主塔采用爬模施工，包括爬架提升與模板提升?，F(xiàn)介紹爬模施工的操作：3.2.3.1爬架提升施工準(zhǔn)備工作：架體爬升前檢查手拉葫蘆，模板吊點是否安全可靠，復(fù)核砼墻面安裝螺孔位置是否正確可用。清除架體上不必要荷載(包括剩余施工原材料)，檢查安放在架體的設(shè)備是否固定好。配齊規(guī)定的勞動組織，并做好

10、安全操作措施技術(shù)交底工作。檢查模板的吊環(huán)情況，安裝保險鋼絲繩，正面架4根、P2架2根，每根鋼絲繩為6X3726-170長為6米。保險鋼絲繩的固定點。經(jīng)項目部人員檢查完成后才能進行爬升。架體爬升過程：先爬升側(cè)面架體，然后正面架體。提升側(cè)面架體時，固定與主塔平行的軌道上的十字導(dǎo)輪，松開另一根軌道上的十字導(dǎo)輪。提升正面架時，固定與地面垂直的軌道上的十字導(dǎo)輪，松開另一根軌道上的十字導(dǎo)輪。啟動爬升動力（5噸手動葫蘆只允許一人操作），使吊點受力，然后對稱拆除架體固定螺栓。檢查附墻框固定螺栓是否全部卸掉。調(diào)節(jié)伸縮腳輪，使架體離開結(jié)構(gòu)面23cm。均勻啟動提升動力，使整個架體均勻上升，每個機位應(yīng)由專人觀察，有無

11、異常。有異常應(yīng)立即停止提升，找明原因，消除故障后才能繼續(xù)提升。沿爬架長度方向傾斜應(yīng)控制在小于100mm。架體的固定：架體到位后，退出伸縮腳輪，使架體貼緊墻面。調(diào)節(jié)各吊點左右提升高度，調(diào)整爬架位置，對準(zhǔn)固定螺栓孔位，安裝固定螺栓。爬架固定螺栓旋入預(yù)埋在墻體中的H型螺母中，旋入深度不得小于30mm，安裝螺栓要落實專人負(fù)責(zé)，最后擰緊外螺母，使附墻框緊貼墻面。固定十字導(dǎo)輪。調(diào)節(jié)拉結(jié)導(dǎo)輪位置。架體提升結(jié)束，經(jīng)檢查后，方可繼續(xù)使用。3.2.3.2模板提升模板提升前的準(zhǔn)備工作：檢查鋼筋工程無誤后，方可開始提升模板。檢查提升工具，吊點是否安全可靠。翻起提升模板部位的腳手板，收進挑腳手管。在爬架的接長架上的吊點

12、處安裝2噸手動葫蘆，千斤采用6x19-12.5-170的鋼絲繩，長1米，索具卸扣2.1#，安裝在模板12#槽鋼圍檁上。模板提升：模板采用2點吊。用葫蘆預(yù)拉緊模板，拆除模板固定螺栓。拉開模板，使其靠在爬架立柱上，及時清理模板上的砼和涂刷隔離劑。均勻提升模板。模板的固定：推模板下口，使其到位，臨時固定一組模板螺栓或?qū)⒛０逋迫胂尬粩R腳上(在墻面上依靠內(nèi)紋螺母臨時安裝)。松手動葫蘆，進一步堆模板上口，使其整體到位。安裝限位拉桿，固定模板螺栓。根據(jù)模板就位，推動模板難易程度，可將手拉葫蘆上固定點伸出爬架立柱1030cm左右。3.2.4混凝土施工混凝土采用現(xiàn)場攪拌，采用C50高強度混凝土，采用泵送施工。砼

13、分層振搗，振點采用梅花形布置，間距為30厘米，砼澆筑完后一段時間，進行灑水養(yǎng)護，強度達(dá)要求后拆模，拆模時注意防止模板碰損墩身砼。拆下的模板運至指定場地，將模板上的砼殘渣清除干凈，人工用砂紙和磨光機把板面的砂漿和脫模劑打磨干凈，校正備用。3.3橫梁施工上橫梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁高4米，寬5.5米，橫梁為矩形空箱斷面，壁厚均為60cm。下橫梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁高5.5米，寬6.5米，橫梁為矩形空箱斷面，壁厚均為60cm。塔柱上下橫梁均采用滿堂支架進行施工，以下橫梁施工為例，進行橫梁施工的介紹。3.3.1支架下橫梁腹板下采用529×8mm鋼管立柱支承，底板下采用325&#

14、215;7mm鋼管立柱支承；鋼管立柱底部設(shè)置2I32a工字鋼，以形成橫向承重排架；縱向承重梁采用I40a工字鋼，分配梁采用I25a工字鋼；考慮到下橫梁為漸變斷面，因此在鋼管支架上設(shè)置木支架，以支承整個模板體系。3.3.2模板箱梁模板由底模、外側(cè)模 、內(nèi)模組成。底模板：使用竹膠板作為現(xiàn)澆梁的底模。通過調(diào)整木排架的標(biāo)高，竹膠板直接鋪設(shè)在木排架上。外側(cè)模：使用竹膠板楔塊支墊，水平雙側(cè)支撐調(diào)節(jié)定位。內(nèi)模板：使用3cm木板制作，內(nèi)模外層包裹厚塑料布以防漏漿。為了避免澆筑混凝土?xí)r內(nèi)模上浮，內(nèi)模底面以鋼支腿支承，頂面以壓杠壓牢。3.3.3鋼筋綁扎及波紋管道安裝、鋼絞線穿束骨架分片加工，加工完成后編號堆放，加

15、工中嚴(yán)格按照設(shè)計所給尺寸按圖施工，焊接符合施工要求。張拉孔道留設(shè)采用預(yù)埋塑料波紋管，以50cm長為一段面，精確計算波紋管的空間位置，據(jù)此加工波紋管定位網(wǎng)。定位網(wǎng)與鋼筋焊接固定，在定位網(wǎng)的定位孔內(nèi)。穿入波紋管，波紋管接頭采用60cm長接頭管，（比波紋管管徑大4mm）連接用膠帶密封以防止漏漿。波紋管穿入后還需仔細(xì)檢查其位置以確保準(zhǔn)確。3.3.4澆筑橫梁砼橫梁砼分兩次澆筑，每次澆筑厚度為2m。泵送入模，插入式振搗棒搗固。首先，澆筑底板、腹板混凝土。然后澆筑頂板砼。頂板澆筑完成后，及時整平，抹面收漿。分段澆筑長度取4m6m,分段澆筑時必須在前一段混凝土初凝前開始下段混凝土，以保證澆筑連續(xù)性?；炷翝沧?/p>

16、完成后，梁體草簾覆蓋保溫，自然灑水養(yǎng)生。3.3.5預(yù)應(yīng)力張拉梁體砼達(dá)設(shè)計強度的85%以后,開始張拉。張拉千斤頂采用YCW400型千斤頂，選用高精度油表。油表及千斤頂在張拉前按規(guī)范要求進行標(biāo)定。油泵采用ZB4-500型電動高壓油泵，額定油壓50MPa，最大流量2×2升/分鐘。張拉步驟為0初應(yīng)力k（持荷5分鐘）測量伸長量油缸油壓回零（鎖定）退工具錨和千斤頂。張拉采用雙控，即以油表壓力讀數(shù)為主，以伸長量為輔的辦法。張拉完成以后，及時進行管道壓漿。等水泥漿達(dá)到一定強度，即可拆除梁體支架。3.4中塔柱施工中塔柱施工鋼筋綁扎與下塔柱施工相同，采用直螺紋連接接長鋼筋。3.4.1模板施工由于主塔中塔

17、柱有1：13.4277的傾斜度。為使爬架能平穩(wěn)地斜向上升，除充分利用架體與架體之間的拉結(jié)導(dǎo)輪機構(gòu)和頂推導(dǎo)輪的功能外，還必須按照下述的架體先后爬升順序進行架體的斜向爬升施工。3.4.1.1架體的斜向爬升架體之間必須進行先后交替爬升。首先進行側(cè)面架的爬升（即塔柱側(cè)面架體），側(cè)面架要側(cè)向斜爬，依靠左右的正面架作為導(dǎo)向支承。在完成側(cè)面架的爬升并校正固定后，可分別進行正面俯架和仰架的斜向爬升。正面架的斜向爬升依靠拉結(jié)導(dǎo)輪卡在固定于側(cè)面架側(cè)面的導(dǎo)軌中來完成斜向爬升。3.4.1.2塔柱轉(zhuǎn)向模板轉(zhuǎn)向由爬架和吊機配合來完成。在塔柱轉(zhuǎn)角處，由塔機安裝塔柱轉(zhuǎn)角模板并完成轉(zhuǎn)角以下塔柱混凝土的澆注。由爬架作為支承點用手

18、拉葫蘆提升在轉(zhuǎn)角下面的大平模。然后借助塔機將大平模安裝在轉(zhuǎn)角模的上方，模板形成封閉即完成了模板的轉(zhuǎn)向安裝。側(cè)向架轉(zhuǎn)向安裝：在轉(zhuǎn)向安裝前，中塔柱必須利用固定在下塔柱的架體，并在架體上搭設(shè)臨時腳手架，利用塔機安裝模板。中塔柱施工二個流水節(jié)段，為側(cè)向架體的轉(zhuǎn)向安裝留出在中塔柱上的安裝部位。松開架體的拉接導(dǎo)輪機構(gòu)。在側(cè)向架體和對應(yīng)的模板之間掛裝手拉葫蘆。慢慢地調(diào)節(jié)手拉葫蘆在兩個吊點之間的鏈條長度，使側(cè)向架在空中轉(zhuǎn)向。校正側(cè)向架斜向角度，徐徐提升架體在中塔柱上固定。正面爬架附架的轉(zhuǎn)向安裝：在橋塔柱內(nèi)側(cè)的大面架（仰架）由于受下橫梁的阻擋，必須拆下后在中塔柱重新安裝。利用正面架附墻框上搭設(shè)臨時腳手，中塔柱施

19、工二節(jié)段流水段，將模板停留在中塔柱第二節(jié)段上。在中塔柱模板上口的勁性骨架上焊接轉(zhuǎn)向挑架，挑架外口與爬架吊點的垂線平齊。在挑架上掛裝6只豎向手拉葫蘆拉緊大面架；在大面架工作架段上口與模板之間水平向拉2只3噸手拉葫蘆。松開附墻框固定螺栓，收緊水平向葫蘆使架體慢慢地轉(zhuǎn)向。然后收起豎向手拉葫蘆使架體向上提升。通過調(diào)正雙向的手拉葫蘆松緊度使架體在中塔柱上就位固定，恢復(fù)架體之間的拉結(jié)裝置。至此就全部完成塔柱斜爬模的轉(zhuǎn)向安裝。圖八：塔柱轉(zhuǎn)向施工示意圖3.4.2塔間橫撐的設(shè)置隨著中塔柱施工不斷升高，形成傾斜懸臂狀態(tài)，塔柱在自重、爬模及風(fēng)等荷載作用下逐漸變形，并在塔柱根部外側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，因此在塔柱施工的同時必須

20、每隔一定距離設(shè)置水平支撐，以減小中塔柱的懸臂自由高度。塔間橫撐采用塔柱預(yù)埋鋼板，在爬架整體提升以后，現(xiàn)場加工安裝，采用塔吊進行吊裝，空中組拼的方法進行施工。圖九：塔間橫撐布置圖圖十：塔間橫撐結(jié)構(gòu)圖3.4.3中塔柱混凝土施工中塔柱混凝土采用混凝土輸送泵進行運輸?；炷凛斔凸艿腊惭b在塔內(nèi)，沿塔壁內(nèi)側(cè)布置，6米一段在塔柱上固定。隨著塔柱的升高，在主塔下橫梁上安裝1臺混凝土輸送泵進行接力泵送，以保證混凝土質(zhì)量。3.5上塔柱施工上塔柱施工與中塔柱施工基本一致，主要是增加了主塔勁性骨架、斜拉索索導(dǎo)管安裝和預(yù)應(yīng)力的施工，下面分別介紹。3.5.1勁性骨架的施工為增強中、上塔柱的結(jié)構(gòu)剛度，滿足塔柱鋼筋定位的需要

21、，方便測量放樣，塔柱內(nèi)應(yīng)設(shè)置勁性骨架。同時，在上塔柱施工中，勁性骨架還具有定位、固定斜拉索鋼套管的作用。勁性骨架應(yīng)安裝在內(nèi)層和外層主筋中間，按框架結(jié)構(gòu)形式進行設(shè)計，為方便安裝，勁性骨架采用后場分榀分節(jié)段加工，現(xiàn)場吊裝，并用型鋼連成整體。根據(jù)塔柱的自身結(jié)構(gòu)特點，每個塔柱內(nèi)設(shè)置4榀骨架，分布在塔柱壁內(nèi)。根據(jù)塔柱澆筑的分節(jié)高度，勁性骨架的標(biāo)準(zhǔn)加工長度為6m。勁性骨架采用槽鋼及角鋼制作，骨架拼接采用螺栓臨時連接，待調(diào)整后，采用焊接固定。勁性骨架制作和安裝注意事項：、勁性骨架在后場鋼結(jié)構(gòu)加工車間加工制作，先加工成豎向片架，而后用橫向桿件焊成單元框架，以備現(xiàn)場安裝。、勁性骨架的上下節(jié)必須在車間試拼，經(jīng)驗收

22、合格后，設(shè)定標(biāo)記、解體送抵現(xiàn)場安裝。、勁性骨架制作從下料開始，必須嚴(yán)格按設(shè)計要求控制尺寸精度，并按圖紙所標(biāo)注的節(jié)段編號，規(guī)格尺寸，分類堆放。、勁性骨架采用塔吊安裝，全站儀測量定位，利用螺栓臨時固定，經(jīng)微調(diào)螺絲調(diào)整后焊接固定。、上塔柱因考慮受風(fēng)振與自振的影響較大，勁性骨架每次按6m拼接，以減少施工難度，提高施工精度。圖十一： 塔內(nèi)勁性骨架構(gòu)造平面圖3.5.2上塔柱斜拉索鋼套管安裝斜拉索鋼套管安裝是上塔柱施工的關(guān)鍵，其鋼套管定位準(zhǔn)確與否，決定了斜拉索施工質(zhì)量，同時因溫差變形、環(huán)境造成的測量誤差、砼澆注變形、外部作用力對勁性骨架造成的變位均會對鋼套管定位誤差造成影響。施工中應(yīng)精益求精，反復(fù)測量，總結(jié)

23、經(jīng)驗、找出規(guī)律，制定相關(guān)施工工藝。鋼套管應(yīng)按照施工圖進行編號使用，安裝前要核對其型號，確保所安裝的鋼套管與設(shè)計一致；鋼套管的安裝定位采用專用定位骨架，定位骨架用型鋼加工制作；現(xiàn)場技術(shù)人員在測量班的配合下進行定位骨架的精確放樣，確定其在塔內(nèi)的的空間位置，并與鋼骨架焊接牢固，然后進行鋼套管安裝及測量校核。斜拉索鋼套管的精確定位安裝在斜拉橋施工中是至關(guān)重要的，要求其定位誤差不應(yīng)超過0.5厘米，角度誤差不得大于5秒。鋼套管的定位控制主要是通過對其中軸面上各測點的控制來實現(xiàn)的。塔柱各個鋼套管的斜率均不相同，根據(jù)設(shè)計給出的鋼套管斜率、錨固中心與鋼套管的長度，可推算出中軸面上A、B、C三點的三維坐標(biāo)。鋼套管定位測量時，先用全站儀準(zhǔn)確測出此三點