武汉天兴洲公铁两用长江大桥斜拉桥主塔施工技术.pdf

1 0 桥梁建设 2 0 0 8 年第 4 期 文章 编号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 8 ) 0 4 0 0 1 0 0 5 武汉天兴洲公 铁两用长江大桥斜 拉桥 主塔 施工技术 蒋本俊 ( 中铁 大桥局 集 团第 三工程 有 限公 司， 广东 广 州 5 1 0 8 0 0 ) 摘 要：武汉天兴洲公铁 两用长江大桥主塔具有规模宏大、 钢筋与预应力结构密集、 混凝土耐 久性要求高等特点 ， 在施工中应用了多项新技术、 新方案， 确保 了施工质量 、 安全和进度指标。介绍 主塔 的施 工技 术 。 关键 词 ：铁路 公路 两用桥 ； 斜 拉桥 ； 桥 塔 ； 施 工 方法 中 图分类 号 ： u4 4 8 3 8 文献标 志码 ： a co n s t r u c t i o n te c hn i q u e s f o r py l o ns o f ca b l e s t a y e d br i dg e o f wu h a n t i a n x i n g z h o u c h a n g j i a n g ri v e r ra i l _ c u m。- ro a d b r i d g e j i ang be n j u n ( th e 3 r d en g i n e e r i n g co 。lt d ，ch i n a z h o n g t i e ma j o r br i d g e e n g i n e e r i n g gr o u p，gu a n g z h o u 5 1 0 8 0 0，c hi n a ) ab s t r a c t ：th e p y l o n s o f t h e c a b l e s t a y e d b r i d g e o f wu h a n ti a n x i n g z h o u c h a n g j i a n g ri v e r ra i l c um ro a d br i dg e a r e c ha r a c t e r i z e d b y t he l a r ge c o ns t r uc t i o n s c a l e，de ns e r e i nf o r c e me nt a nd pr e s t r e s s i ng t e nd o ns a n d a l s o t he de ma nd i ng c o nc r e t e dur a b i l i t y i n t he c o ns t r uc t i o n o f t h e p y i o ns，l ot s o f ne w t e c hni qu e s a n d ne w c on s t r u c t i on s c he m e s we r e a p pl i e d a nd t he c o ns t r uc t i on qu a l i t y，s a f e t y a nd pr o gr e s s i n di c e s o f t he py l o ns we r e t he r e f o r e e ns ur e d i n t hi s pa p e r ，t he c o n s t r u c t i o n t e c hni qu e s f o r t he py l o ns a r e pr e s e nt e d ke y wo r ds ：r a i l c u m r o a d br i d ge ；c a bl e - s t a y e d br i d ge ；p yl o n；c o ns t r uc t i o n m e t ho d 1 工 程概 况 武汉 天 兴洲公 铁 两 用 长 江 大 桥 ( 下 文 简称 天兴 洲大桥) 主桥为双塔三索面三主桁斜拉桥 ， 跨度布置 为 ( 9 8 +1 9 6 +5 0 4 +1 9 6 +9 8 )m；2号 、 3号墩 为 天 兴 洲大 桥 主 塔 墩 ， 位 于 长 江 天 兴 洲 南 汊 主 河 槽 中 。 主塔为倒 y形结构， 塔底标 高+1 5 0 m， 塔顶标 高 +2 0 5 0 m， 整个主塔总高度 1 9 0 0 m， 分下塔柱、 下 横梁、 中塔柱和上塔柱 4部分， 见 图 1 。 主塔下塔柱高 2 3 3 m， 采用单箱双室截面钢筋 混凝土结构 ； 下横梁( 含 同高度范围内塔柱) 长 5 8 0 m、 宽 1 4 0 m、 高 1 2 0 m， 采用单箱双室截面预应力 钢筋混凝土结构 ， 每塔布置 1 9 8 束1 9 1 5 2 4 mm预 应力钢绞线； 中塔柱高 8 2 0 m， 采用单箱单室 截面 钢筋混凝土结构 ； 上塔柱为 中塔柱合拢段以上部分 ， 是斜拉索的锚 固区， 高 7 2 7 m， 采用单箱三室截面 预应力钢 筋混凝 土结 构， 每 塔布置 1 7 5 6束 2 4 7 mm高强度低松弛镀锌钢丝束 ， 预应力镦头锚体系。 2 总体 施工 方案 2 1 主塔 施工 分段 塔柱施工的分段高度根据采用的高空脚手平台 系统 的操 作适用 情 况 、 起 吊设 备 的 配套 能 力 和 结 构 特点综合考虑 ， 以达 到保 证施工质量 、 提高施工效 率、 缩短施工周期 的目标 。 综合钢筋绑扎 、 浇注时悬臂、 倾斜影 响等 因素 ， 确定 中、 下 塔柱 节段 高度 为 5 0 5 3 m， 下塔 柱共 5 个节段 ， 中塔柱共 1 6个节段。综合圆弧段施工 、 索 导管结构 、 预应力结构安装等因素 ， 确定上塔柱圆弧 收稿 日期 ：2 0 0 8 0 3 1 7 作者简介 ： 蒋本俊 ( 1 9 7 8) ， 男 ， 工程师， 2 0 0 0年毕业于西南交通大学土木工程专业， 工学学 士。 维普资讯 武汉天兴洲公铁两用长江大桥斜拉 桥主塔施 工技术 蒋本俊 1 1 单位： 图 1主塔 结构 段节段高度为 5 m， 竖直段节段高度为 6 m， 共 1 3个 节段 。 下横梁分上下两段施工， 与同高度范围内塔柱 共 同浇注 。 2 2 设备 设施 主塔施工的机械设备主要有 ： 材料运输起 吊设 备 、 下横梁支架 、 劲性骨架 、 索导管定位架、 浇注设备 及高空爬架系统等。 ( 1 )运输设备 。2号墩处修建长度约 5 0 0 m 的 水上栈桥 ， 材料运输采用汽车运输的方式 ； 3号墩的 材料运输主要采用船运， 在墩旁设靠 帮船临时存放 机 具设 备材 料 。 ( 2 )起 吊设备 。由于主塔材料 物资供应量大 ， 每个主塔安装 2台塔吊承担塔柱施工的起 吊工作 ， 2 台塔吊均布置在主塔北侧 ， 分别位于桥轴线的上下 游 ： 2号墩下游侧布置 4 8 0 t m塔吊， 3号墩下游侧 布置 6 6 0 t m 塔 吊， 上游侧均布置 1台 1 4 5 t m 塔吊。在 中、 下塔柱施工中， 2台塔吊各承担 1 个塔 柱的材料设备起吊工作 ； 中塔柱合拢后， 2台塔吊共 同 承担 上塔 柱起 吊工作 。 ( 3 )下横 梁支架。下横梁支 架采用 钢管柱结 构 、 钢箱 形分 配梁 ， 支 承于塔 座 顶面 。 ( 4 )劲性骨架。主塔钢筋密集、 结构复杂 ， 为便 于钢筋的绑扎定位 ， 在塔柱 内设置劲性骨架。劲性 骨架主要作为钢筋骨架成型结构 ， 同时兼有增强模 板体系刚度的作用 。劲性骨架 由型钢制造 ， 分单元、 分节 吊装 ， 节长 6 9 m。每节段塔柱浇注完成并达 到强度要求后 ， 在前一节骨架上端准确定位 吊装下 一 节骨架 ， 将骨架连接部焊接牢固。各劲性骨架单 元 之 间采 用 钢管或 小 型钢连 接 。 ( 5 )索导管定位架。采用具有足够强度和刚度 的索导管定位架 ， 其主要作用是作为上塔柱索导管 定 位支 架 ， 并 辅助 钢筋 安装 成型 。 ( 6 )浇注设备主要为搅拌站 、 罐车及混凝土泵 ， 高空爬架 系统在北 京卓 良公 司设 计制造 的 z l z p mi o 0型液压 自爬模架体系基础上进行了部分改 进 和辅 助设 计 。 2 3主要施 工 方法 下塔柱施工采用液压 自爬模作 为施工平台、 模 板 固定结构 ， 并可供少量物资设备堆放 ； 竖向钢筋按 1 0 m定购、 安装 ， 适应 5 m分段要求 ； 爬模结构与下 横梁支架钢管拉结 ， 以平衡浇注时因悬臂 、 倾斜产生 的水 平力 。 下横梁施工 以支承于塔座上的钢管支架作为承 载结构 ， 支架 刚度 大、 受 力明确 ， 施工灌注过程中的 压缩 、 水平变形量小 ； 下横梁高度范围内的塔柱与横 梁共同施工 ； 塔柱内布置劲性骨架辅助钢筋成型， 同 时作 为无法 对拉 处 模 板 的拉 结 结 构 ； 采 用 塑 料波 纹 管成孔 、 预先穿束 、 真空压浆 的预应力施工工艺 ； 采 用混凝土布料机浇注混凝土， 加快浇注速度。 中塔柱施工为平衡中塔柱因沿高度方向内缩所 产生的应力及变形， 随中塔柱施工进程 ， 逐步设置 4 道水平支撑 ， 均采用钢管柱形成顶压结构 ， 根据设计 方提供参数用千斤顶对支撑主动施顶 。中塔柱合拢 段经 4 8 h连续监测， 利用第 4道水平支撑连接、 锁 定两侧单塔柱合拢 口， 一次性浇注完成 。 上塔柱首先需施工高 1 9 9 m 的圆弧段 ( 圆弧 段总高度 2 2 9 m， 其 中 3 m 的部分包含在 中塔柱范 围内一同施工) ， 然后过渡至竖直段 ， 为使爬模结构 可在 圆弧 段顺 利顶 升 ， 在 施 工 中重 新设 计 了顶 升 轨 道梁使之适应圆弧段变化 ； 为精确定位索导管， 设计 安装专门的索导管定位架 ， 并可辅助钢筋成型； 为提 高测量精度 、 减少工作量 ， 特制作三维立体索导管与 塔柱的切面， 编制专项索导管精确测量方案 ， 设计十 字棱镜等测量用具 ； 为便于预应力管道精确定位和 防止堵孔 ， 采用小型钢纵 向布置的定位网、 波纹管 内 穿衬芯管防护的方法； 在混凝土施工 中为保证浇注 质量 ， 在索导管 、 钢筋、 管道密集分布 区域合理调整 维普资讯 1 2 桥梁建设 2 0 0 8年第 4期 钢筋 ， 布 置混 凝 土下 料 口、 浇 捣 口， 购 置 小 直径 振 动 棒、 便携灯， 采取分责任 区负责制度； 上塔柱封顶后 ， 利用预留平台从底端重新安装爬模结构进行上塔预 应 力施 工 ， 并 作 为斜拉 索挂设 时的外 壁脚 手悬 挂点 。 3 主 要工 程技 术难 点及 具体 的解 决方 案 3 1 大体积主塔混凝土温度控制 天兴洲大桥 的建造施工引入 了铁路客运专线标 准 ， 从施工角度而言， 对混凝 土构件从原材料 、 配合 比、 钢筋骨架绑扎 、 搅拌生产 、 入模浇捣和后期养护 等方面增加 了许 多检验项 目。尤其是温度 控制方 面， 为确保混凝土耐久性能， 提 出了许多全新 的指标 性 要求 ， 见 表 1 。 表 1 铁路客运专线标准 中的温度 控制要求 序号 项 目 温度控制要求 该主塔 长 、 宽尺 寸 7 1 8 m， 壁 厚范 围 0 8 3 5 m， 属于大体积混凝土施工范畴 ； 同时施工历经“ 两 夏一冬” ， 并处于长江水上空旷处 ， 受气候环境影响 较大， 且下塔柱为单箱双室结构 ， 上塔柱为单箱三室 结构 ， 极易使混凝土结构产生裂纹 。为此针对主塔 不同结构特点、 不同施工季节 ， 制定 了以下温度控制 措 施 。 ( 1 )按照截面特点 和季节变化 ， 选择有代表性 的节段 ， 建立水化热计算模型， 并依此设计冷却水循 环系统 ， 促进大体积混凝土结构散热。 ( 2 )下 塔柱 节 段 均 匀 布 置 测 温 管 ， 浇 注 后进 行 混凝 土中心 、 表面和冷却水进、 出口测温 ， 采取调节 进水流量 、 改变进出水流向等方法控制内部温度 、 内 部与 表 面温差 。 ( 3 )中、 上塔柱选用埋置式的测温元件 ， 布置于 塔柱截面中心 、 内表面、 外表面、 迎风面拐角等特征 点 ， 每 2 4 h观测、 绘制温度曲线 1次， 根据实时测 温情况调节温差、 温度指标 。 ( 4 )秋冬季节施工 ， 在模板木带、 面板上覆盖保 温绝热材料。有效降低外部环境影响， 保证浇注、 拆 模前温度 、 温差等指标较为稳定； 拆模后在混凝土表 面迅速喷涂 2道养护液保湿 ， 并覆盖特制保温被 ， 保 温被连接严密 ， 上下与混凝土表面密贴 ， 以降低热量 交换 、 蓄热保温， 保温被 内胆采用保温绝热材料， 外 包防火布； 在爬架体外侧悬挂 、 覆盖 1层蓬布 ， 夜 间 均匀布置碘钨灯照射混凝土表面， 起到防风、 加温的 作 用 。 ( 5 )混凝土养护， 下塔柱、 横梁设 计喷洒系统， 拆模前顶面蓄水 ， 拆模后对表面进行喷洒湿润养护 ； 中、 上塔柱为防止流挂污染 ， 采用喷涂染色养护液的 方法。养护液经试验合格 方可使用 ， 使用时用喷洒 器均匀喷涂 2道。养护液染色为 防漏涂 ， 养护期后 自然褪 色 。 ( 6 )下横梁施工， 共 同浇注的塔 柱实体段 内布 置 冷却 循环 系统 ； 箱 形 梁 部 分则 利 用 部 分 预应 力 管 道作为通风散热孔、 内箱布置鼓风机进行散热 。 ( 7 )夏季混凝土生产采取设计夏季 配合 比， 原 材料降温 ， 搅拌用水冷却 、 搀入冰水 ， 罐车、 泵管覆盖 冲水等措施 ； 冬季混凝土生产则采取设计冬季配合 比， 电热管加热用水 ， 罐车、 泵管包裹保温材料等措 施保证入模温度； 温度变化较大时 ， 每次生产前均进 行各用料的温度测量 、 拌合物温度热工计算 ， 合格后 方投入生产并全过程监控。 3 2 多角 度液 压 自爬 模 架系统 应 用 自爬模架系统主要 由 2部分组成 ： 大面积模板 体系、 液压爬升体系。根据本桥主塔 的结构特点和 要求， 对模板体系和爬升体系结构做 了部分改进 和 辅助设计 ， 解决 了适应 6 m节段施 工要求、 多角度 倾斜面作业 、 圆弧段模架顶升作业等施工难题 。 3 2 1 适应 5 6 m 高节 段施 工 一 般爬 架系统设计 只能适应 4 m左右高度节 段施工的要求 ， 为提高施工效率 、 加快施工进度 ， 本 桥主塔节段划分采用 5 6 m。相应劲性骨架 、 钢筋 作业高度增加， 最 高在 已浇 注顶面上 1 o 1 2 m 高 空施 工 。 对选定的液压 自爬模架系统进行改进和辅助设 计 ， 将 爬架 顶层 平 台加 宽至 3 m， 适 应倾 斜 面作 业 安 全需求； 设计与劲性骨架连接的施工平台， 满足高空 施工安全作业的需求 ； 在三角架下方设计悬挂 的吊 平 台， 满足后续表面处理 、 装修的需求。 图 2为改进后 的爬架 ， 其全 高度为 1 6 9 m， 分 为 6层作 业面 ， 劲性 骨 架 上 另有 1 2层 施 工 平 台 ， 供施工人员安全、 便利地完成钢筋绑扎 、 模板调整安 装 、 混凝土浇注及上塔柱预应力张拉等工作 。 维普资讯 武汉 天兴 洲公 铁两用长江大桥斜拉桥主塔施工技术 蒋本俊 1 3 图 2液 压 自爬 模 架 结 构 3 2 2 多角度倾斜面作业 下 、 中塔柱与水平面倾角分别为 6 8 9 。 和7 6 6 。 ， 由于节段高度达到 了 5 m， 倾斜面作业存在许 多问 题 ， 施工 中的具体问题及其解决方法如下： ( 1 )仰面爬架高空钢筋施工面投影 已落在爬架 外 ， 不满足安全要求 ， 将爬 架顶层 平台加宽至 3 m， 同时设计与劲性骨架连接的钢筋施工平台。 ( 2 )中下塔 柱交界 、 中上 塔柱交界处结 构发生 转折， 爬架高空反复安装危险性大， 通过预先在地面 拼装好适应新角度 的新爬架 ， 原爬架到达最高点后 ， 保 留三角 架部 分作 为安 装平 台、 重新 安装 。 ( 3 )节段 高 度 达 5 m， 浇 注 时倾 斜 面 水 平 分 力 较 大 ， 易 导致 开裂 及变 形过 大 ， 在 下塔 柱利 用横 梁支 阜 丝 架拉结 ， 中塔柱通 过模板 、 劲性骨架 、 拉杆拉结两侧 爬架的方法， 使爬架整体连接 、 平衡混凝土产生的水 平分力 。 3 2 3圆弧段 模架 顶升 作业 中、 上塔柱过渡段结构为高约 2 2 9 m、 半径 1 0 0 i n的圆弧段 ， 常规爬架设计 的导轨爬升系统无法使 用 ， 采取每次起 吊、 高空重复安装爬架 系统的方法， 安全无法保证 ， 工期将滞后严重。为解决此难题 ， 特 设计 了折线形状的导轨 ， 折线处加工成圆弧过渡 ， 爬 架依靠折线形状的导轨爬升 ， 在几处折线处通过 圆 弧顺利改变角度 ， 适应下一节段的需求 ； 同时在上方 劲性骨架上悬挂倒链 、 拉结爬架 ， 以保证爬架改变角 度 时 的安全 。 3 3 大型横梁结构施工 3 3 1 整体 施工 方案 图 3为主塔横梁结 构， 该横梁结 构长 5 8 0 m、 宽 1 4 0 m、 跨中部分高 8 0 m， 直接承载主桥钢桁梁， 为单箱双室截面； 每塔横梁混凝土总量约 5 5 0 0 m 3 ， 总重量约 1 3 7 5 0 t ； 布置 1 9 8束1 9 乒 j 1 5 2 4 i t l l t l 预应 力钢绞线 ； 塔梁连接部钢筋 、 管道密集 。 在确定该横梁施工方案时 ， 制定了严格工艺措 施 ， 主要 包括 以下 几点 ： ( 1 )采用 刚性 大 、 受力 明确 、 施工 浇注过程 中 压缩 和水 平变 形量 很 小 的支 架 设计 ， 避免 因 环境 和 结构受力等 因素导 致支 承条件 不一 致， 产生 沉降 裂纹 ； ( 2 )为保证塔柱与横梁结合质量， 将横梁高度 范围内塔柱与横梁共同浇注 ； 图 3 主塔横梁结构 8 一 8 一 8 维普资讯 1 4 桥梁建设 2 0 0 8 年第 4 期 ( 3 )为防止浇注过程 中两侧塔柱受浇注力或环 境影响发生变形 ， 在下塔柱顶端对拉 ； ( 4 )横梁底板管道密集( 5排间距 2 o 3 0 c m) ， 腹板钢 筋 密集 、 无法 进人 ， 施 工时按 横梁 高度 中心 线 分界 分为 水平 2段 ； ( 5 )采用 从 两 端 向 中间 逐 步 推 进 的 浇 注 顺 序 ， 即首 先在 横梁 两端 的塔 柱 部 分连 续 浇注 ， 将 混 凝 土 浇注至设计标高， 然后逐步向横梁跨中推进 ， 最后在 横梁 中间合拢 ， 这样做 的 目的是首先加载塔柱顶端 荷载 ， 使塔柱充分外倾变形 ， 后期施加的荷载由支架 。 承 受 ， 从 而减 少横 梁开 裂 的可能 性 。 从横梁施工的实际过程来看 ， 横梁整体沉降量 在 5 mm左右， 两侧塔柱在浇注过程 中几乎未变形 ， 拆模后横梁侧、 底等表面均未出现裂纹。 3 3 2 施工 技术保 证 措施 ( 1 )采 用 2台混 凝 土 布 料 机 浇 注 混 凝 土 ， 加 快 浇 注速 度 ； ( 2 )采用塑料波纹管成孔 、 预先穿束 、 真空压浆 的预应力 工 艺 ； ( 3 )内箱布置鼓风机散热、 在实体段布置冷却 水管， 以满足温度控制 的需要 ； ( 4 )浇注混凝土时， 先两端 ， 后中间。 3 4 高 空泵 送混 凝 土配制 、 浇捣 3 4 1 混凝 土 配合 比设计 主塔 混凝 土 为 c 5 0高 强度 混 凝 土 ， 其 配合 比设 计主要特点是应符合铁路客运专线新标准要求 、 满 足气候环境变化大的施工要求以及高空泵送的性能 要求 。 ( 1 )进行 严 格 的原 材 料 选 择 、 试 验 和各 项 含 量 计算 ， 在保证原规范要求 的各项指标前提下 ， 进一步 控制氯离子 、 碱含量 以及含气量等耐久性指标 ； ( 2 )依据基础配合 比设计 ， 充分掌握主塔施工 环境 、 气候环境特点， 在冬夏两季 进行配合 比调整 ， 结合温度控制措施应对环境变化影响 ； ( 3 )配置坍落度 1 8 2 2 c m、 初凝 时间 1 2 1 8 h 的 c 5 0高强度混凝土， 采用 “ 双掺技术 ” ： 即掺用聚 羧酸类高效缓凝 减水剂 ， 减少水泥用量 、 改善 和易 性 ， 掺入 i级优质粉煤灰取代部分水泥 ， 取得降低水 化热 、 延缓水化热峰值 出现时间、 改善泵送性能及和 易性等效果 ， 以适应高空泵送和浇注时间的要求。 3 4 2 混凝 土运 输 、 泵送 ( 1 )2号 墩 由栈 桥从 混凝 土工 厂 运 输混 凝 土 至 主塔下 ， 主塔围堰平台上布置 2台 hb t8 0 c大功率 柴油混凝土泵， 泵送管道下横梁附着于下横梁支架 、 中塔柱附着于中塔 柱对撑支架、 上塔柱附着于塔 吊 支 架 。最 高 泵 送 高 度 1