混凝土連體索塔塔柱連體段施工工法DOC

1、斜拉橋混凝土連體索塔塔柱連體段施工工法1 前言索塔是斜拉橋的一個重要組成部分，是斜拉橋的主要受力構件，除自重引起的軸力外，還有斜拉索傳遞給索塔的豎向荷載和水平荷載。索塔以其簡潔、穩(wěn)定的幾何形態(tài)聳立于空中，雄偉壯觀，起到了標志性建筑的作用。 斜拉橋索塔按建筑造型可分為：單柱式、雙柱式、門架式、倒Y形、A字形、H形以及鉆石形等，大部分為鋼筋混凝土結構。而對于主塔連體（連體or連體上下文統(tǒng)一，文中“連體”偏多）的斜拉橋國內外并不多見，國內有已建成通車的主跨139m青島丹山斜拉橋、主跨180m澳門西灣大橋（亦稱：澳凼三橋）以及新建的主跨150m天津南倉道立交橋，國外有主跨381m的Fred Hartm

2、an cable-stayed bridge。寧波市清水浦大橋為國內首次設計建造的連體索塔分幅四索面鋼-混組合梁斜拉橋，橋跨布置為54+166+468+166+54m，橋梁全長908m，主跨468m。全橋設C50鋼筋混凝土雙索塔，塔型采用雙菱形連體形式，可分為上游幅索塔、下游幅索塔。每幅索塔有邊塔柱、中間塔柱兩個塔柱，塔柱塔座以上高度為139m，連體部分為實體鋼筋混凝土結構，高度為29.35m，占塔柱總高度的21% 。塔柱設上下兩道橫梁，上下橫梁均施加預應力，下橫梁連接所有四根塔柱（兩中間塔柱在此處已連為一體），上橫梁與頂部側板一起將各幅車道的兩塔柱頂部聯(lián)結。圖1-1清水浦大橋連體索塔結構圖結

3、合本工程特點，公司積極優(yōu)化資源配置和施工方案，有效的保證了連體段塔柱大體積混凝土施工質量和安全，在工程實施過程取得了顯著的經濟和社會效益。通過工程實踐積累的操作流程及施工工藝，經認真提煉總結形成了連體索塔斜拉橋塔柱連體段的一套安全可靠、質量可控、經濟適用的工法。2 工法特點索塔中間塔柱連體段高29.35m，為實體鋼筋混凝土結構，連體段左右幅中間塔柱合二為一，受力互有干擾，結構新穎、造型獨特、受力復雜且薄弱。連體段塔柱鋼筋配置復雜，上下游幅鋼筋交叉布置，設置眾多加強鋼筋，且在下橫梁范圍預應力管道密集，是索塔受力復雜、技術難度大的部位，也是大橋施工的關鍵部位。本工法具有以下特點：索塔塔柱連體段呈X

4、型布置，連體段塔柱橫橋向及縱橋向截面均有不同的傾斜度變化，塔柱模板采用進口木膠合板與木工字梁組合及木膠合板與型鋼組合，木面板收分操作簡單，收分精度高，同時具有良好的吸水性，可減少混凝土澆筑面氣泡的產生，從而提高混凝土的外觀質量。圖2-1塔柱連體段鋼筋布置示意圖連體段塔柱鋼筋交叉，為保證鋼筋綁扎及混凝土澆筑有足夠操作空間，采用空間三維制圖模擬確定塔柱節(jié)段劃分及每一型號鋼筋的下料長度與施工順序，采用滾扎直螺紋連接手段實現(xiàn)密集鋼筋“開窗”，確保連體段塔柱受力鋼筋綁扎有序、定位準確，保證混凝土振搗密實。索塔連體段為典型的高空大體積混凝土結構，通過溫控計算確定混凝土內部溫度分布特征及控制最高溫度的措施，

5、在索塔連體段合理設置冷卻水管，有效避免了大體積混凝土溫度裂縫的產生，保證了混凝土施工質量。3 適用范圍本工法適用于斜拉橋或懸索橋索塔塔柱等高空實體大體積鋼筋混凝土澆筑施工。4 工藝原理本工法針對連體段塔柱復雜的鋼筋布置及截面尺寸頻繁的變化特點，對塔柱混凝土澆筑節(jié)段進行合理劃分，充分考慮連體段模板收分工效及后續(xù)節(jié)段再利用情況；利用全自動液壓爬架系統(tǒng)作為模板支立和操作人員工作平臺，勁性骨架作為鋼筋定位綁扎框架進行高空大體積實體鋼筋混凝土施工；通過大體積混凝土溫控計算，設置內部循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，加強混凝土外部保溫保水養(yǎng)護，確保混凝土不出現(xiàn)裂縫等病害；建立實時測量監(jiān)控體系，保證連體段塔柱線型順直美觀。5

6、 施工工藝流程及操作要點5.1 工藝流程施工工藝流程見圖5-1。測量放樣勁性骨架安裝主筋定位框架焊接鋼筋及冷卻水管安裝、綁扎定位模板安裝及調整塔柱連體節(jié)段優(yōu)化設計、劃分鋼筋及冷卻水管加工加工勁性骨架加工三維模擬鋼筋下料長度及綁扎順序鋼管支架搭設爬模系統(tǒng)爬升就位混凝土澆筑、養(yǎng)護接高勁性骨架并綁扎下一節(jié)段鋼筋循環(huán)施工下一連體節(jié)段圖5-1塔柱連體節(jié)段鋼筋混凝土施工工藝流程5.2 操作要點5.2.1 施工準備工作塔吊布置安裝單座索塔選用兩臺塔吊，1臺波坦MC170A塔吊（臂長55m，起重量1.9T；最大起重量8.0T，在15.6m范圍內）, 安裝在索塔上、下游幅中間邊跨側，座落在承臺上，安裝高度153

7、m；1臺QTZ100塔吊（臂長35m，起重量3.5T；最大起重量10.0T，在13.5m范圍內），安裝在上游幅邊塔柱的外側，座落在承臺外，安裝高度145m，QTZ100塔吊至索塔施工完成后拆除，MC170A塔吊至全橋施工完成后拆除。施工電梯、爬梯下塔柱施工時上、下游幅塔柱均采用爬梯作為施工通道，爬梯布置于承臺上，隨著塔柱升高不斷接高并與塔柱進行聯(lián)系固定。下橫梁施工完成后，在索塔下游幅邊塔柱側安裝施工電梯，施工電梯采用SCQ100型載貨載人電梯，電梯安裝起始高度與原地面平齊，在下橫梁處設置電梯平臺。電梯標準節(jié)隨著索塔施工不斷接高，爬架底口設置電梯平臺與施工電梯吊籠相接。為確保塔下人員通行安全，設

8、置1.5m寬人行走道并搭設防護棚。圖5-2塔吊、施工電梯布置示意圖 圖5-3塔吊、施工電梯現(xiàn)場照片混凝土泵管、水管索塔混凝土由全自動混凝土攪拌站集中拌和，配置足夠混凝土罐車沿運輸至索塔下，而后經塔下HBT80C型座地泵輸送至索塔澆筑地點?；炷帘霉苡善胀ū霉芎透邏罕霉芙M成，泵管直徑為125mm，壁厚選擇為910mm，直管單根長度為3m。為避免混凝土污染索塔，座地泵泵管沿下塔柱施工人梯及上橫梁支架布置上升至澆筑地點，泵管上升時每間隔3m設置一道附墻，泵管布置時上、下游幅各布置一套。索塔施工用水采用自來水，索塔用水的儲水池在承臺外側采用磚砌筑而成，儲水池方量約30m3左右。索塔用水通過布置于儲水池

9、上的高壓離心泵輸送至索塔施工點，兩條輸水管（50mm）與泵管一同置，輸水管通過套絲連接。自動液壓爬模系統(tǒng)自動液壓爬模系統(tǒng)集爬架爬升、模板支立、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預應力張拉、孔道壓漿、施工平臺于一體，其工作平臺整體隨塔柱施工逐步上升，始終為施工人員提供一個封閉的操作空間，能安全、快速地完成塔柱施工，并提高施工質量。圖5-4自動液壓爬模系統(tǒng)示意圖5.2.2 塔柱混凝土節(jié)段劃分及鋼筋下料設計根據(jù)清水浦大橋索塔總體施工策劃安排，對塔柱節(jié)段進行了合理劃分，索塔共分為32個施工節(jié)段，其中連體節(jié)段為510節(jié)段，共6節(jié)，中塔肢鋼筋發(fā)生交叉連體的節(jié)段在59節(jié)段。圖5-5中塔肢連體部位索塔鋼筋布置及分節(jié)圖圖5

10、-6各節(jié)段鋼筋下料綁扎圖索塔外表面表層豎向主筋形成了4個“X”且與索塔內腔表層豎向主筋交錯，同一平面內數(shù)個封閉箍筋水平纏繞豎向主筋，而下橫梁鋼筋、預應力將穿越這4個“X”，連體部位還將設置溫控冷卻管，針對連體段復雜的結構形式，施工中采取以下措施：在連體段時，提前對連體段進行三維立體模擬分析，編制鋼筋分段、綁扎工藝細則；設計振動棒垂直插入的分布點位。如果必須斜向插入振搗，則考慮加密點位、導向槽鋼放置的可能，同時兼顧人員站立平臺（位置）暨振動棒插入深度控制；在以上兩項的基礎上，將任何相鄰兩根鋼筋的凈距控制在砼粗集料最大粒徑的2倍以上（約67cm）；如不滿足，則采取“綁焊”+“倒刺”的方法來增加握裹

11、力；鋼筋采用直螺紋套筒連接。鋼筋在布料位置根據(jù)需要擰開，施工完成后再擰上即可；為方便人員進入連體鋼筋內部操作，長鋼筋高于本次澆筑節(jié)段頂面不宜超過3m，短鋼筋不宜超過1.5m，避免鋼筋在一個施工段內出現(xiàn)兩次相交的情況；對主筋（包括人洞位置鋼筋）的折角位置、角度進行精確加工，備輕便機械以現(xiàn)場修正角度。5.2.3 模板設計及施工由于索塔塔肢四面傾斜角度不同、砼采用分層斜面澆注工藝，導致塔柱每節(jié)段模板受力大小、受力時間不同，從而導致模板變形不同步、變形量不同，故模板拉桿設計原則為：確定塔壁砼澆注順序，然后仔細分析模板的受力過程；設置水平拉桿。拉桿常規(guī)設置模式：拉桿與面板（背楞）垂直，由于塔肢傾斜（暨面

12、板傾斜），拉桿為非水平設置，這樣將使拉桿兩端受力大小、受力時間不同；模板最底層拉桿與已完成節(jié)段固結，最底層拉桿與已完成節(jié)段的理論高差宜大于10cm、小于20cm；將模板體系形成“剛體”并與已完成節(jié)段固結，不得僅通過爬架體系來固定外表面模板；模板頂口對齊，方便測量觀測及定位。外側模板相互“壓邊”，確保不漏漿，4塊外側模板之間應相互“壓邊”，最佳壓邊方式是：每塊模板都有一邊被壓、一邊壓相鄰模板，既便于安裝又利于模板精調。5.2.4 混凝土澆筑與養(yǎng)護溫控設計索塔連體段與下橫梁同步施工，節(jié)段實體最大尺寸為13.1m（橫橋向）×4.5m（高）×9.5m（縱橋向），高空四面都有熱交換條

13、件，需采取控制溫度的措施。根據(jù)索塔連體段結構的對稱性，取1/4模型進行有限元剖分計算。索塔連體段從5#節(jié)段至10#節(jié)段，分6次澆筑。砼入模溫度25?？紤]混凝土表面的保溫，風速按平均風速的三倍（9m/s）計?？紤]采用冷卻水管來降低內部溫度，溫度及應力計算從澆筑開始至180d。在以上設定條件下，索塔連體段內部最高溫度為61.7，溫峰出現(xiàn)在2天齡期。索塔連體段最高溫度包絡圖見圖5-8。圖5-8高溫度包絡圖、180d應力場（紅色為拉應力 單位：0.01MPa）表5-1體段溫度應力結果（單位：MPa） 3d7d28d180d索塔連體段第一節(jié)段0.631.281.271.23索塔連體段第二節(jié)段1.192.

14、542.963.14索塔連體段第三節(jié)段1.142.523.123.80索塔連體段第四節(jié)段0.610.680.890.87索塔連體段第五節(jié)段0.590.900.980.99索塔連體段第六節(jié)段0.650.810.890.85最小安全系數(shù)1.261.261.281.21從表5-1可知，索塔連體段溫度應力存在以下特點：早期內部溫度高，造成較大的表面溫差應力，早期安全系數(shù)較低，出現(xiàn)表面微裂紋的可能性較大，后期微裂紋可能擴大為可見裂縫。連體段底部邊角處的約束較大，出現(xiàn)裂縫的可能性較大，應加強邊角處的覆蓋保溫。索塔連體段放熱快，高空四面都有熱交換條件，故通水降溫完成后應著重于保溫養(yǎng)護，早齡期，應有溫度驟變和

15、防雨的應急措施。混凝土施工布料由于連體部位施工平面尺寸較大，面積最大的達到約106m2，混凝土布料時需要在鋼筋內部搭設施工平臺，通過安拆泵管和軟管進行布料。布料時按每層30cm設置，待該層振搗完成后進行下層布料。振搗連體部位振搗是個關鍵，必須保證振搗工進入鋼筋內部實行振搗，提前采用直螺紋連接預留空間，振搗完畢套筒連接即可。5.2.5 塔柱連體段大體積混凝土裂縫預防混凝土索塔裂縫控制作為一個普遍的課題，常規(guī)的預防措施有：防裂鋼筋網、砼水化熱控制等，本橋還采用了以下措施：控制混凝土內外表面的溫度差橋址風速、晝夜溫差、砼水化熱等將會使塔柱內外表面產生較大的溫度差（約1520）。日照作用下，陰面與陽面

16、溫度差可達1015。采取隔熱、保溫、散熱的措施來控制混凝土內外溫度差、與大氣溫度差，在此過程中，要注意控制溫度變化速率。隔熱的措施：采用木模板，依托爬架設置擋風。散熱的措施：通過溫控計算，設置循環(huán)冷卻水管進行散熱。模板拆除可看作是索塔表層溫度驟降的過程，應注意以下條件：索塔內外溫差應小于20 ；混凝土與大氣溫差小于15，并選擇一天中氣溫較高時段拆模；拆模后應立即采取保溫、保濕措施，減少混凝土的收縮。采用木面板、養(yǎng)護劑養(yǎng)護橋址風速大，鋼制模板相當于散熱器，不利于控制內外溫差，故模板設計時即確定選用木面板?；炷劣不^程將使混凝土溫度高于環(huán)境溫度，養(yǎng)護用水溫度一般低于環(huán)境溫度，間斷式灑水不但起不到

17、養(yǎng)護作用，很可能還會在灑水過程中，使混凝土表面局部溫度降低、收縮大，混凝土內部溫度得不到降低，內外溫差大，反而會增加裂縫的出現(xiàn)，故采用養(yǎng)護劑養(yǎng)護。6 材料設備塔柱連體段施工所涉及到的設備及材料見表6-1。表6-1 塔柱連體段施工設備材料表序號名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1塔吊MC170A臺2垂直起吊作業(yè)2塔吊QTZ100臺2垂直起吊作業(yè)3液壓爬模系統(tǒng)套4塔柱施工4混凝土臥泵HBT80C套6混凝土泵送5施工電梯SCQ100套2吊裝作業(yè)6電焊機臺10焊接7手拉葫蘆套8模板調整8爬梯36m高，自制套4施工垂直通道9花籃螺栓套10微調10千斤頂套6微調11泵管125mmm500混凝土輸送12水管50mm鐵管m

18、50013147 質量控制表7-1鋼筋混凝土塔柱段檢查項目項次檢查項目規(guī)定值或允許偏差檢查方法1混凝土強度(MPa)在合格標準之內按JTG F8012004附錄D檢查2塔柱底偏位(mm)軸線偏位（mm）10用經緯儀或全站儀檢查縱、橫兩個方向3垂直度或傾斜度(mm)1/3000塔高，且不大于30或設計要求用經緯儀或全站儀檢查縱、橫兩個方向4外輪廓尺寸(mm)±20用鋼尺量，每段3個斷面5壁厚 (mm)±5鋼尺量，每側2處6預埋件位置(mm)5用鋼尺丈量7孔道位置(mm)10，且兩端同向用鋼尺丈量7.1鋼筋對主筋的折角位置、角度進行精確加工，必要時備輕便機械現(xiàn)場修正角度。對鋼筋

19、復雜的細部進行紙上放樣，并編制綁扎順序。7.2混凝土澆筑質量控制塔柱連體部位、下橫梁與索塔交叉部位的砼需采取降低水化熱、防止溫度應力裂縫的措施。木模板用水性脫模劑，脫模劑的涂刷應均勻，不漏刷，經雨雪后應重新涂刷一遍，嚴禁使用廢機油。混凝土澆筑前，對接縫表面進行檢查清理?；炷翝仓r，充分振搗接縫兩側的混凝土，使得縫線飽滿密實。混凝土澆筑時應分層、均勻、對稱進行，同時盡量減小混凝土坍落度。7.3成品混凝土質量控制不得用重物隨便撞擊及敲打混凝土面，尤其剛拆模的混凝土面。不得在混凝土表面亂寫亂畫，不得用尖利的硬物刮刻混凝土面，嚴禁用臟手或其他污物擦摸混凝土面。拆模后的混凝土表面若粘有浮灰及留有模板痕

20、跡，應立即用細砂紙打磨，直到浮灰及模板痕跡清除干凈、混凝土表面色澤一致為止。澆筑混凝土時，采取措施防止?jié){液污染已澆混凝土面。預應力施工時，采取必要的防護措施，并且不得使用破損的灌漿管、油管，管接頭應密封，油泵、灌漿設備及千斤頂應完好，防止張拉和灌漿過程中水泥漿及液壓油污染混凝土面?；炷帘砻嬉坏┏霈F(xiàn)漿液及其它污物，應立即清洗干凈。采取措施防止電梯、塔吊及其它機械設備用油污染混凝土面，易污染處應預先用麻袋、土工布或其他材料圍護。塔吊和電梯附著、橫梁支架、臨時用爬梯及其它易銹蝕的鐵件在使用期間做好防銹處理，并定期進行檢查。8 安全措施8.1 安全管理體系建立健全項目安全管理體系，設置專業(yè)安全工程師

21、崗位并配備足夠的專職安全員，加強項目安全監(jiān)督管理；配置必備的勞動防護用品，保障施工人員在生產過程中的人身安全以及固定設備等財產的安全，防止和減少生產安全事故。8.2 高空作業(yè)安全塔柱連體段距地面最小高度約24米，屬高空作業(yè)。施工風險大、不確定性因素多，左右過程中應嚴格遵守高空作業(yè)有關規(guī)范、規(guī)程，同時，還應注意以下幾點：索塔塔柱施工為高空作業(yè)，對液壓爬架系統(tǒng)及鋼管支架建立安全檢查制度，定期、定時實施安全檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即整改，不得繼續(xù)施工；加強消防意識教育，做好模板及爬架平臺等木質結構的防火措施。塔吊作為重要的垂直起吊設備，操作人員必須經過專業(yè)培訓，持證上崗，在實際使用、操作中必要嚴格實行統(tǒng)一指

22、揮制度；起重作業(yè)時，重物下方不得有人員停留或通過，無論何種情況，嚴禁用起重設備吊運人員，嚴禁斜拉、斜吊或起吊埋設地下和凝固在地面上的重物；起吊操作人員和地面指揮人員必須密切配合，指揮人員必須熟悉所指揮的設備性能，操作人員必須服從指揮。施工用動力、照明電源必須由專業(yè)人員敷設，并經常檢查清理，以消除漏電、短路安全隱患。高空作業(yè)和危險區(qū)域要設置防護圍欄，安全警示標牌，并安排安全人員值班維護。建立安全獎罰制度，對違規(guī)作業(yè)人員進行處罰；對遵守安全規(guī)章制度的人員進行獎勵。9 環(huán)保措施成立以項目經理為組長的環(huán)保領導小組，設立專職環(huán)保工程師，全面負責環(huán)保工作。加強混凝土外加劑運輸、儲藏管理，確保不產生泄漏。同

23、時，與當?shù)丨h(huán)保部門緊密協(xié)作，制定相應環(huán)保應急預案，認真執(zhí)行國家及地方環(huán)保法律法規(guī)。施工現(xiàn)場保持干凈整潔，施工用完用剩的材料及時處理或堆放整齊。施工現(xiàn)場設置必要的臨時圍護，加強生產生活垃圾處理及油料管理。為保護施工范圍內的環(huán)境衛(wèi)生，配備生活及施工垃圾車，將施工垃圾運到指定的場所，妥善處理，嚴禁直接倒入江中。防止噪音污染措施。合理安排作業(yè)時間，應盡量減少噪音污染，避免夜間作業(yè)，盡量減少對當?shù)鼐用袢粘Ｉ畹挠绊憽Ｋ廴镜姆乐梗菏┕I地生活廢水就近排入不外流的地表水體，嚴禁將生活污水直接排放至江河中；對于拌合站洗盤所產生的施工生產廢水，采用沉淀池沉淀后再集中外運處理，含油廢水經隔油池處理后排放，防止油污染地表和水體。10 資源節(jié)約采用本工法進行斜拉橋連體索塔塔柱連體段鋼筋混凝土澆筑施工，通過塔柱節(jié)段劃分及模板優(yōu)化設計，對連體段復雜的鋼