改进H型主塔塔柱施工技术

1、2010年度优秀科技论文（技术总结） 改进H型主塔塔柱施工技术改进H型主塔塔柱施工技术【内容提要】 福建省南平市闽江大桥水中主塔塔柱设计为改进H型结构，施工中采用爬模法进行施工，介绍了主塔爬模设计及施工的关键技术。【关 键 词】 闽江大桥 主塔 爬模 设计 施工1.工程概况:福建省南平市闽江大桥工程主桥为主跨272米的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，全长607m，跨径组合为45m160m272m130m半漂浮双索面双塔斜拉桥连续梁协作体系。1.1主塔设计情况介绍大桥3#、4#主塔为改进H型预应力混凝土结构，单箱单室截面；3#塔高约123.7米，4#塔全高126.7米。两主塔自桥面以上塔高均为88

2、米；整个主塔由下塔柱、横梁、中塔柱、拉索锚固区、塔尖等几部分组成。4#主塔下塔柱高度为35米，3#主塔下塔柱为32米，中塔柱为42.7米，拉索锚固区（上塔柱）为49米，塔尖高度为1.2米。下塔柱塔身外包尺寸横桥向为3.5米，纵桥向为9米6.5米，中塔柱结构外包尺寸横桥向3.5米，纵桥向6.5米，整个塔身按照1：13.4277向桥内侧倾斜；上塔柱为拉索锚固区，结构外包尺寸横桥向3.5米，纵桥向6.5米，斜拉索锚固在主塔锚固区塔柱内壁的锯齿上，为克服斜拉索的水平分力在锚固区塔柱截面内产生的拉力，在塔柱锚固区截面四周布置了直径32mm的预应力粗钢筋。横梁采用预应力混凝土箱梁，上横梁梁高4米，梁宽5.

3、5米，采用单箱三室箱型截面；下横梁梁高5米，梁宽5.5米，采用变异型单箱三室箱型截面。1.2模板方案选择主塔施工一般采用翻模、滑模、爬模等方法进行施工。翻模施工过程中需要足够的模板起吊设备，施工操作平台要求比较高，施工速度慢、安全系数小；采用滑模施工连续性要求较高，施工组织的复杂繁琐，混凝土外表粗糙；爬模施工具有操作简单，安全系数大，施工进度快、混凝土外观质量好等特点。根据南平大桥主塔的结构形式及施工条件，通过对比，采用爬模进行施工。2施工技术准备2.1塔柱分节以4#塔为例，塔柱共分27个节段进行施工（见图一）。图一：4#主塔分节施工2.2爬模设计及加工制作爬模系统施工技术是一项先进的施工工艺

4、，包括爬架系统、模板系统和提升系统。适用于多种类型高耸结构施工，广泛用于斜拉索桥主塔柱的施工。该架体能垂直爬升，也能斜向爬升；依靠自身动力，能交替向上爬升，也能交替下降；在结构施工阶段，架体与塔柱外模板配合，互为支承，交替爬升；架体集爬升柱、操作平台和普通脚手功能于一体，能满足施工全过程各工序施工的需要。2.2.1设计依据和荷载取值：（1）塔柱设计图纸。（2）塔柱施工相关的规范和规程。（3）风荷载按200米、B类建筑粗糙度取系数，基本风压：0.6 KN/m2估算。（4）架体的集中堆载为每个架体20KN；均布荷载1.5KN/m2,两层同时作用计算。（5）自重按爬架、模板的理论值×1.1

5、作为设计值。2.2.2爬架设计爬升架高度方向分为三段，分别为附墙支承段、模板工作段和绑筋操作架段，总高度约为20米。满足翻转模板的爬升施工和各工况条件的安全操作。附墙架高度约为4.5米，由附墙框和操作架支座和爬升吊点等部件组成。架体用料为L120×10角钢、10#槽钢、8#槽钢、L63×5角钢、花纹钢板和钢板网等。模架工作架高度8米，用料主要为8#槽钢、5#槽钢、L63×5角钢及钢板网等。绑筋架高度为3.5米，由Ø48×3.5钢管为主要材料。在架体之间设有互爬拉接和抗倾覆拉接的导轨和导轮，以及顶推脚轮和拉结导轮等部件。满足架体斜爬和转向爬升助能

6、的实现。图二：爬架设计平面图图三：爬架设计立面图2.2.2模板设计塔柱外模配制以标准段为基准，在下塔柱增加收分模，在中塔柱两端转角处设置转向非标模。考虑到塔柱表面清水混凝土的光滑平整，模板拟采用翻转工艺施工，即其中一块模板始终留在施工段接口处，作为上段模板的连接支承。因此模板的分节高度为2250mm，标准段模板共配三节模板，二节一组（4.5米高度）向上翻转施工。模板的固定采用H型节安螺母系列螺栓，其中螺母和外接杆重复周转使用。该技术有利于控制塔柱几何尺寸和清水混凝土的形成，节约了固定螺栓的成本。模板由挂在爬升架的手拉葫芦进行翻转爬升。塔柱内芯模板用木模施工，其分块规格便于人工用手拉葫芦在内筒架

7、上翻转施工。模板材料：面板：-6mm钢板、肋：8#槽钢、回檩：12#、6#槽钢。塔柱爬架及模板在工厂加工制作，现场组拼。图四：横桥向塔柱模板设计图图五：纵桥向塔柱模板设计图2.3塔吊、电梯布设2.3.1塔吊塔吊采用江汉建机生产的F0/23B型塔吊，布置在主塔承台上。距近塔柱中心距离3米，塔吊高度145米，最大起重能力10吨，最小起重能力2.3吨，能满足主塔施工要求。塔吊附墙直接附着在主塔预埋钢板上。2.3.2电梯电梯采用SCD200/200双笼施工电梯，导轨总高度110米，附墙高度6.032米，共设17道附墙，最大附着距离2.41米，最小附着距离3.97米。电梯每笼可承载1吨，主要是工作人员上

8、下塔柱的运输设备。3.施工工艺3.1主要施工方法（1）塔柱施工采用爬模法进行施工，每节施工高度4.5米；(2)下塔柱模板采用收分模板。(3)上、下横梁支架采用325×8mm钢管及工字钢组成的满堂支架进行施工。图六：爬模施工工况图3.2下塔柱施工3.2.1钢筋绑扎承台施工完成以后，清理塔柱预埋钢筋上的浮浆。钢筋采用现场绑扎成型的方法进行制作绑扎，竖向接长钢筋采用滚压直螺纹套筒连接，这种连接方法方便快捷，而且质量安全可靠。3.2.2下塔柱模板施工下塔柱横桥向为3.5米，纵桥向结构尺寸9.06.5米，为节约成本，模板使用塔柱标准段钢模板，塔柱4角各增加一块收分模板（见下图）。内模板采用木模

9、板加工制作。图七：下塔柱收分模板设计图钢筋绑扎完成验收合格后，用塔吊分片安装外模板，模板用法兰螺丝连接成整体，进行测量定位，首节模板采用揽风绳进行定位，然后安装内模板，按照外模板位置进行定位内模。模板定位完成以后，安装H型节安螺母，连接内螺杆和外螺杆，内模处对应螺杆进行焊接对拉，固定模板。3.2.3爬模施工闽江大桥主塔采用爬模施工，包括爬架提升与模板提升。现介绍爬模施工的操作：3.2.3.1爬架提升施工准备工作：架体爬升前检查手拉葫芦，模板吊点是否安全可靠，复核砼墙面安装螺孔位置是否正确可用。清除架体上不必要荷载(包括剩余施工原材料)，检查安放在架体的设备是否固定好。配齐规定的劳动组织，并做好

10、安全操作措施技术交底工作。检查模板的吊环情况，安装保险钢丝绳，正面架4根、P2架2根，每根钢丝绳为6X3726-170长为6米。保险钢丝绳的固定点。经项目部人员检查完成后才能进行爬升。架体爬升过程：先爬升侧面架体，然后正面架体。提升侧面架体时，固定与主塔平行的轨道上的十字导轮，松开另一根轨道上的十字导轮。提升正面架时，固定与地面垂直的轨道上的十字导轮，松开另一根轨道上的十字导轮。启动爬升动力（5吨手动葫芦只允许一人操作），使吊点受力，然后对称拆除架体固定螺栓。检查附墙框固定螺栓是否全部卸掉。调节伸缩脚轮，使架体离开结构面23cm。均匀启动提升动力，使整个架体均匀上升，每个机位应由专人观察，有无

11、异常。有异常应立即停止提升，找明原因，消除故障后才能继续提升。沿爬架长度方向倾斜应控制在小于100mm。架体的固定：架体到位后，退出伸缩脚轮，使架体贴紧墙面。调节各吊点左右提升高度，调整爬架位置，对准固定螺栓孔位，安装固定螺栓。爬架固定螺栓旋入预埋在墙体中的H型螺母中，旋入深度不得小于30mm，安装螺栓要落实专人负责，最后拧紧外螺母，使附墙框紧贴墙面。固定十字导轮。调节拉结导轮位置。架体提升结束，经检查后，方可继续使用。3.2.3.2模板提升模板提升前的准备工作：检查钢筋工程无误后，方可开始提升模板。检查提升工具，吊点是否安全可靠。翻起提升模板部位的脚手板，收进挑脚手管。在爬架的接长架上的吊点

12、处安装2吨手动葫芦，千斤采用6x19-12.5-170的钢丝绳，长1米，索具卸扣2.1#，安装在模板12#槽钢围檩上。模板提升：模板采用2点吊。用葫芦预拉紧模板，拆除模板固定螺栓。拉开模板，使其靠在爬架立柱上，及时清理模板上的砼和涂刷隔离剂。均匀提升模板。模板的固定：推模板下口，使其到位，临时固定一组模板螺栓或将模板推入限位搁脚上(在墙面上依靠内纹螺母临时安装)。松手动葫芦，进一步堆模板上口，使其整体到位。安装限位拉杆，固定模板螺栓。根据模板就位，推动模板难易程度，可将手拉葫芦上固定点伸出爬架立柱1030cm左右。3.2.4混凝土施工混凝土采用现场搅拌，采用C50高强度混凝土，采用泵送施工。砼

13、分层振捣，振点采用梅花形布置，间距为30厘米，砼浇筑完后一段时间，进行洒水养护，强度达要求后拆模，拆模时注意防止模板碰损墩身砼。拆下的模板运至指定场地，将模板上的砼残渣清除干净，人工用砂纸和磨光机把板面的砂浆和脱模剂打磨干净，校正备用。3.3横梁施工上横梁为预应力钢筋混凝土结构，横梁高4米，宽5.5米，横梁为矩形空箱断面，壁厚均为60cm。下横梁为预应力钢筋混凝土结构，横梁高5.5米，宽6.5米，横梁为矩形空箱断面，壁厚均为60cm。塔柱上下横梁均采用满堂支架进行施工，以下横梁施工为例，进行横梁施工的介绍。3.3.1支架下横梁腹板下采用529×8mm钢管立柱支承，底板下采用325&#

14、215;7mm钢管立柱支承；钢管立柱底部设置2I32a工字钢，以形成横向承重排架；纵向承重梁采用I40a工字钢，分配梁采用I25a工字钢；考虑到下横梁为渐变断面，因此在钢管支架上设置木支架，以支承整个模板体系。3.3.2模板箱梁模板由底模、外侧模 、内模组成。底模板：使用竹胶板作为现浇梁的底模。通过调整木排架的标高，竹胶板直接铺设在木排架上。外侧模：使用竹胶板楔块支垫，水平双侧支撑调节定位。内模板：使用3cm木板制作，内模外层包裹厚塑料布以防漏浆。为了避免浇筑混凝土时内模上浮，内模底面以钢支腿支承，顶面以压杠压牢。3.3.3钢筋绑扎及波纹管道安装、钢绞线穿束骨架分片加工，加工完成后编号堆放，加

15、工中严格按照设计所给尺寸按图施工，焊接符合施工要求。张拉孔道留设采用预埋塑料波纹管，以50cm长为一段面，精确计算波纹管的空间位置，据此加工波纹管定位网。定位网与钢筋焊接固定，在定位网的定位孔内。穿入波纹管，波纹管接头采用60cm长接头管，（比波纹管管径大4mm）连接用胶带密封以防止漏浆。波纹管穿入后还需仔细检查其位置以确保准确。3.3.4浇筑横梁砼横梁砼分两次浇筑，每次浇筑厚度为2m。泵送入模，插入式振捣棒捣固。首先，浇筑底板、腹板混凝土。然后浇筑顶板砼。顶板浇筑完成后，及时整平，抹面收浆。分段浇筑长度取4m6m,分段浇筑时必须在前一段混凝土初凝前开始下段混凝土，以保证浇筑连续性。混凝土浇注

16、完成后，梁体草帘覆盖保温，自然洒水养生。3.3.5预应力张拉梁体砼达设计强度的85%以后,开始张拉。张拉千斤顶采用YCW400型千斤顶，选用高精度油表。油表及千斤顶在张拉前按规范要求进行标定。油泵采用ZB4-500型电动高压油泵，额定油压50MPa，最大流量2×2升/分钟。张拉步骤为0初应力k（持荷5分钟）测量伸长量油缸油压回零（锁定）退工具锚和千斤顶。张拉采用双控，即以油表压力读数为主，以伸长量为辅的办法。张拉完成以后，及时进行管道压浆。等水泥浆达到一定强度，即可拆除梁体支架。3.4中塔柱施工中塔柱施工钢筋绑扎与下塔柱施工相同，采用直螺纹连接接长钢筋。3.4.1模板施工由于主塔中塔

17、柱有1：13.4277的倾斜度。为使爬架能平稳地斜向上升，除充分利用架体与架体之间的拉结导轮机构和顶推导轮的功能外，还必须按照下述的架体先后爬升顺序进行架体的斜向爬升施工。3.4.1.1架体的斜向爬升架体之间必须进行先后交替爬升。首先进行侧面架的爬升（即塔柱侧面架体），侧面架要侧向斜爬，依靠左右的正面架作为导向支承。在完成侧面架的爬升并校正固定后，可分别进行正面俯架和仰架的斜向爬升。正面架的斜向爬升依靠拉结导轮卡在固定于侧面架侧面的导轨中来完成斜向爬升。3.4.1.2塔柱转向模板转向由爬架和吊机配合来完成。在塔柱转角处，由塔机安装塔柱转角模板并完成转角以下塔柱混凝土的浇注。由爬架作为支承点用手

18、拉葫芦提升在转角下面的大平模。然后借助塔机将大平模安装在转角模的上方，模板形成封闭即完成了模板的转向安装。侧向架转向安装：在转向安装前，中塔柱必须利用固定在下塔柱的架体，并在架体上搭设临时脚手架，利用塔机安装模板。中塔柱施工二个流水节段，为侧向架体的转向安装留出在中塔柱上的安装部位。松开架体的拉接导轮机构。在侧向架体和对应的模板之间挂装手拉葫芦。慢慢地调节手拉葫芦在两个吊点之间的链条长度，使侧向架在空中转向。校正侧向架斜向角度，徐徐提升架体在中塔柱上固定。正面爬架附架的转向安装：在桥塔柱内侧的大面架（仰架）由于受下横梁的阻挡，必须拆下后在中塔柱重新安装。利用正面架附墙框上搭设临时脚手，中塔柱施

19、工二节段流水段，将模板停留在中塔柱第二节段上。在中塔柱模板上口的劲性骨架上焊接转向挑架，挑架外口与爬架吊点的垂线平齐。在挑架上挂装6只竖向手拉葫芦拉紧大面架；在大面架工作架段上口与模板之间水平向拉2只3吨手拉葫芦。松开附墙框固定螺栓，收紧水平向葫芦使架体慢慢地转向。然后收起竖向手拉葫芦使架体向上提升。通过调正双向的手拉葫芦松紧度使架体在中塔柱上就位固定，恢复架体之间的拉结装置。至此就全部完成塔柱斜爬模的转向安装。图八：塔柱转向施工示意图3.4.2塔间横撑的设置随着中塔柱施工不断升高，形成倾斜悬臂状态，塔柱在自重、爬模及风等荷载作用下逐渐变形，并在塔柱根部外侧产生拉应力，因此在塔柱施工的同时必须

20、每隔一定距离设置水平支撑，以减小中塔柱的悬臂自由高度。塔间横撑采用塔柱预埋钢板，在爬架整体提升以后，现场加工安装，采用塔吊进行吊装，空中组拼的方法进行施工。图九：塔间横撑布置图图十：塔间横撑结构图3.4.3中塔柱混凝土施工中塔柱混凝土采用混凝土输送泵进行运输。混凝土输送管道安装在塔内，沿塔壁内侧布置，6米一段在塔柱上固定。随着塔柱的升高，在主塔下横梁上安装1台混凝土输送泵进行接力泵送，以保证混凝土质量。3.5上塔柱施工上塔柱施工与中塔柱施工基本一致，主要是增加了主塔劲性骨架、斜拉索索导管安装和预应力的施工，下面分别介绍。3.5.1劲性骨架的施工为增强中、上塔柱的结构刚度，满足塔柱钢筋定位的需要

21、，方便测量放样，塔柱内应设置劲性骨架。同时，在上塔柱施工中，劲性骨架还具有定位、固定斜拉索钢套管的作用。劲性骨架应安装在内层和外层主筋中间，按框架结构形式进行设计，为方便安装，劲性骨架采用后场分榀分节段加工，现场吊装，并用型钢连成整体。根据塔柱的自身结构特点，每个塔柱内设置4榀骨架，分布在塔柱壁内。根据塔柱浇筑的分节高度，劲性骨架的标准加工长度为6m。劲性骨架采用槽钢及角钢制作，骨架拼接采用螺栓临时连接，待调整后，采用焊接固定。劲性骨架制作和安装注意事项：、劲性骨架在后场钢结构加工车间加工制作，先加工成竖向片架，而后用横向杆件焊成单元框架，以备现场安装。、劲性骨架的上下节必须在车间试拼，经验收

22、合格后，设定标记、解体送抵现场安装。、劲性骨架制作从下料开始，必须严格按设计要求控制尺寸精度，并按图纸所标注的节段编号，规格尺寸，分类堆放。、劲性骨架采用塔吊安装，全站仪测量定位，利用螺栓临时固定，经微调螺丝调整后焊接固定。、上塔柱因考虑受风振与自振的影响较大，劲性骨架每次按6m拼接，以减少施工难度，提高施工精度。图十一： 塔内劲性骨架构造平面图3.5.2上塔柱斜拉索钢套管安装斜拉索钢套管安装是上塔柱施工的关键，其钢套管定位准确与否，决定了斜拉索施工质量，同时因温差变形、环境造成的测量误差、砼浇注变形、外部作用力对劲性骨架造成的变位均会对钢套管定位误差造成影响。施工中应精益求精，反复测量，总结

23、经验、找出规律，制定相关施工工艺。钢套管应按照施工图进行编号使用，安装前要核对其型号，确保所安装的钢套管与设计一致；钢套管的安装定位采用专用定位骨架，定位骨架用型钢加工制作；现场技术人员在测量班的配合下进行定位骨架的精确放样，确定其在塔内的的空间位置，并与钢骨架焊接牢固，然后进行钢套管安装及测量校核。斜拉索钢套管的精确定位安装在斜拉桥施工中是至关重要的，要求其定位误差不应超过0.5厘米，角度误差不得大于5秒。钢套管的定位控制主要是通过对其中轴面上各测点的控制来实现的。塔柱各个钢套管的斜率均不相同，根据设计给出的钢套管斜率、锚固中心与钢套管的长度，可推算出中轴面上A、B、C三点的三维坐标。钢套管定位测量时，先用全站仪准确测出此三点