液压自动爬模法在高索塔施工中的应用

液压自动爬模法在高索塔施工中的应用

倾斜桥塔通常由基础、平台、下塔柱、下梁、中塔柱、上梁、上梁、上梁、上梁、上梁、索索加固段、塔架建筑等组成。索塔结构多种多样,在整个斜拉桥造价中占有相当大的比重。斜拉桥索塔施工方法有多种,目前已广泛采用液压自动爬模法施工。现行铁路索塔定额是按翻转模板法施工编制的,且仅适用于高度100m以内索塔,公路索塔定额是按提升架配合施工工法编制的,已不能反映当前施工水平,不能满足斜拉桥索塔造价编制需要。故本文以武冈城际黄冈长江大桥、武汉二七长江大桥、宁安铁路安庆长江大桥、合福铁路铜陵长江大桥4个项目的索塔施工资料为模型,阐述高索塔液压自动爬模施工方法和定额编制。1桥、桥、塔、墙节点黄冈公铁两用长江大桥2号和3号墩主塔采用钢筋混凝土H型结构,索塔总高190.5m。单个塔柱用普通钢筋3731t(不含塔座),塔柱及横梁用C55混凝土19035.3m3。主塔分33个节段,采用ZPM-100液压爬模施工。武汉二七长江大桥的塔形为花瓶形,4号塔高209m。下塔柱高36.236m,中塔柱高108.264m,上塔柱高57.5m。塔顶布置4m高的装饰段。主塔分为37个节段,采用DOKA公司生产的液压爬升模板施工。安庆长江大桥3号和4号墩主塔为倒Y型混凝土结构,塔高210m,下塔柱高49.5m,空心矩形截面;中塔柱高90.0m,空心矩形截面;上塔柱高70.5m,单箱三室截面。单个塔柱用混凝土19457m3、钢筋2362t。采用ZL-ZPM100液压自爬模施工。铜陵长江大桥跨江公铁合建段主桥3号和4号主塔采用倒Y形混凝土主塔,塔高212m,下塔柱高32.5m,中塔柱高87.5m,上塔柱高92m。每个塔柱用混凝土约25760m3、钢筋5152t。主塔划分为37个节段,采用ZL-ZPM100液压爬模施工。2斜拉桥高塔设计以下以武冈城际黄冈公铁两用桥、武汉二七长江大桥为例,介绍斜拉桥高索塔施工工艺及流程。2.1塔吊及电梯安装大桥索塔塔柱总高190.5m,划分为33个施工段,每个主塔选用ZPM-100型液压爬模2套。根据主塔结构及施工吊重要求,每个主塔在塔座下游侧布置MC480塔吊1台,在塔座上游侧布置MC200塔吊1台。在围堰上下游侧双壁仓顶部安装电梯支架平台,在平台上面沿塔柱上下游侧各安装1台SC200型施工电梯。每座塔布置4台混凝土输送泵,分别供应上下游单个塔柱。其中2台布置在围堰平台上,另外2台布置在下横梁顶面,作为中、上塔柱混凝土浇筑的接力泵。下塔柱及下横梁施工时,混凝土泵管沿塔吊上升,到达各作业面;中塔以上,在下横梁上设接力泵,混凝土泵管在中塔根部进入内腔,沿内腔上升。2.1.1外模和斜拉索施工下塔柱高34m,横桥向宽6.5～9.0m,顺桥向宽12.5～15.0m,采用单箱双室截面,壁厚横桥向1.0m、顺桥向1.8m,在与塔座顶及下横梁交接一定范围内壁厚逐渐加大。划分6节施工段,自下而上分节为4.5m+46m+5.5m,其中第6节与下横梁一起浇筑。外模采用爬模施工,内腔采用竹胶模板翻模法施工。第1节高4.5m,采用爬模模板施工,模板通过劲性骨架定位。第1节浇筑完后,第2～6节采用ZPM-100爬模爬架施工。下塔柱南北面布置3个架体机位,塔柱仰面布置4个架体机位,俯面因为横梁支架影响无法进行爬模机位的安装,采用翻模法施工。下塔柱总体上为外倾结构形式,根据计算,塔柱内侧在塔座顶截面处的混凝土拉应力满足受力要求,因此不需设置对拉装置。2.1.2第4段高跨槽中塔柱高105.5m,横桥向宽6.5m,顺桥向宽9.407～12.5m,采用单箱单室截面,壁厚横桥向0.8～1.3m、顺桥向1.5m,在下横梁交接一定范围内壁厚逐渐加大,在横梁位置由下塔柱的外倾结构变为中塔柱内倾结构,单箱空心截面,自下而上分节为5.7m+156m+5.3m+6m=107m,共分18个施工段,编号为第7～24节。施工标高变化从▽+46.0～153.0m。在▽+134.9～135.7m段塔柱内箱设置一道水平隔板,厚度为0.8m。第21～31节塔柱布置有索道管及锚固区预应力。中塔柱外模及内模均采用爬模施工,采用型钢劲性骨架作为钢筋骨架及模板、索道管的定位依托。完成塔柱第7节混凝土浇筑后(即下横梁第2次混凝土浇筑后),利用塔吊将爬架进行一次转换,以适应中塔柱爬模轨迹,爬模拆装完成后的施工循环与下塔柱一致,直至完成中塔柱施工。为平衡中塔柱内倾力矩对主体结构的影响,在中塔柱施工时布置两道水平横撑结构,每道横撑材料由2根ϕ1000mm钢管组成,壁厚16mm。第一道横撑距下横梁顶面41.4m,总长度为28.57m,位于塔柱第14节上;第二道横梁与第一道横撑相距37m,总长度为25.657m,位于塔柱第20节上。根据上横梁施工支架安装的需要,中塔柱在施工第21、23节时,分别预埋钢管支腿预埋件和贝雷架端部支点牛腿预埋件。2.1.3上塔柱模板无砂混凝土预埋上塔柱高51.0m,横桥向宽6.5m,顺桥向宽8.0～9.407m,采用单箱单室截面,壁厚横桥向1.0m、顺桥向1.5m。上塔柱及塔帽分9个施工段(编号为25～33),采用型钢劲性骨架作为钢筋骨架及模板、索道管的定位依托。上塔柱第1节(编号为第25节塔柱)内侧模板采用新制木模,其他三面沿用中塔柱爬模。施工第25节时,须将塔柱内侧与上横梁相交断面处湿接缝钢筋通过钢筋连接套筒预埋,预应力管道提前预埋。上塔柱其他节段外模及内模均采用爬模施工。2.2液压斜拉索安装大桥索塔4号塔柱按外形从下而上分为下塔柱、横梁、中塔柱、上塔柱及塔帽5个部分,全塔(含横梁、塔冠)共分为37次混凝土浇筑。塔柱内设劲性骨架,用型钢焊接组成。塔柱施工采用塔式吊机和电梯配合液压爬模施工,内模及外模均采用整体大块面组合模板,每个塔柱配备塔吊2台、爬模爬架2套、电梯2台。电梯布置在塔柱上下游两侧,电梯下端与横梁顶面平齐,设平台和爬梯与塔座相连。混凝土由水上混凝土拌和站供应,采用高压混凝土泵输送,混凝土输送泵采用HBT80C型,其垂直输送能力为350m。塔柱及斜拉索挂设配合选用2台德国利勃海尔290HC16型塔吊,其起重力矩为3324kN·m,分别设在上下游侧桥梁宽度范围以外。爬模采用2套DOKA公司生产的液压爬升模板系统,同步进行施工。2.2.1劲性骨架结合构建下塔柱结构4号墩下塔柱截面为16.0～14.648m(顺桥向)×6.0～12.0m(横桥向),空心矩形断面,设2个空心腔,壁厚1.5m,空腔之间隔板厚0.8m,下塔柱底部2.0m高为实心结构,在上下游侧各有2.0(高)×1.0m(顺桥向)倒角体,两塔柱间设有高6.0m的横隔墙。下塔柱采用劲性骨架结合爬模施工,混凝土浇筑节段高4.5～6.0m。下塔柱施工直至横梁底高程。施工时,首先浇筑下塔柱第1节段,拆除模板,安装液压自动爬模系统,利用液压自动爬模完成第2节塔柱施工,液压自动爬模爬升完成第3节塔柱施工,如此循环,直至完成下塔柱施工。其中设置5根对拉拉杆克服下塔柱外倾斜产生的力矩。在施工横梁之前,将两下塔柱间5根临时预应力束对拉,以平衡下塔柱混凝土自重和横梁施工时产生的柱底附加弯矩。2.2.2锚室、上塔柱布置4号塔中塔柱截面为10.273～14.45m(顺桥向)×6.0m(横桥向),空心矩形断面,壁厚顺桥向1.0m、横桥向1.5m。标高+126.274～+158.0段布置有索道管及锚固区预应力。上塔柱截面为8.0～10.273m(顺桥向)×12.0m～21.66m(横桥向),空心矩形断面,设3个空心腔,其中上下游两侧空腔为斜拉索的锚室,锚室壁厚顺桥向1.0m、横桥向1.5m,中间空腔壁厚顺桥向1.0m、横桥向0.5m。整个上塔柱布置有索道管及锚固区预应力。中塔柱及上塔柱采用液压自动爬模技术,模板采用进口DOKA模板,混凝土浇筑节段高4.5～6.0m,塔柱内部设置劲性骨架。由于两塔柱相对内倾,在两中塔柱间,布置3道钢管横撑,用以平衡中塔柱混凝土自重产生的中柱底附加弯矩。两中塔柱的交合处为实体结构,采用中塔柱内侧预埋件上布置分配梁,分配梁上安装支架和模板进行浇筑。上塔柱斜拉索锚固区索道管安装采用定位支架进行安装定位,定位支架上设置管位精调装置。2.3塔柱施工工艺下塔柱、中塔柱和上塔柱施工工艺流程分别见图1、图2和图3。3液压自动构建模具设计液压自动爬升模板是依附在建筑结构上,随着结构施工而逐层上升的一种模板体系,当浇筑的混凝土达到拆模强度后脱模,模板不落地,依靠机械设备和支承体将模板和爬模装置向上爬升一层,定位紧固,反复循环施工。液压自动爬模具有自重轻、承载能力大、安全可靠、自行爬升、操作简便灵活、模板定位精度高、提升速度快等优点,已广泛应用于高层建筑、桥梁及高耸构筑工程中。以下介绍ZPM-100爬模和DOKA爬模体系组成和爬升工艺。3.1埋件总成主要构件是通过安装螺栓和预应力钢绞线,ZPM-100液压自爬模模板采用木梁胶合板体系,爬升系统主要包括埋件系统、导轨部分、支架部分、液压系统组成。液压自爬模体系的埋件总成包括埋件板、高强螺杆、爬锥、受力螺栓和埋件支座等。埋件板与高强螺杆连接,能使埋件具有很好的抗拉效果,同时也起到节约材料和空间的作用,因其体积小,免去了在支模时埋件碰钢筋的问题。爬锥和安装螺栓用于埋件板和高强螺杆的定位,混凝土浇筑前,爬锥通过安装螺栓固定在面板上。受力螺栓是埋件总成部件中的主要受力部件。埋件支座连接导轨和主梁,他受到施工活荷载、重力荷载、风荷载等的联合作用,具有较强的抗垂直力、水平力和弯矩作用。导轨是整个爬模系统的爬升轨道,他由一根H型钢及一组梯档(梯档数量依浇筑高度而定)组焊而成,梯档间距225mm,供上下轭的棘爪将载荷传递到导轨,进而传递到埋件系统上。液压系统包括液压泵站、油缸、上换向盒和下换向盒。液压泵和油缸向整个爬模系统提供升降动力。上、下换向盒,是爬架与导轨之间进行力传递的重要部件,改变换向盒的棘爪方向,实现提升爬架或导轨的功能转换。3.2dokaske-钢梁模型DOKASKE自动爬升模板体系主要包括大面积墙模TOP50和SKE液压自动爬升设备两部分。TOP50为大模板墙模体系,主要由胶合板Dokaplex、DOKA木工字梁、背部钢围檩3部分组成。面板与木工字梁通过铁钉或木螺丝固定,钢围檩与木工字梁之间通过DOKAWalingClamp相连接,三者固结成一个整体。DOKA大墙模体系通过钢梁结构与爬升主体DOKASKE相连,DOKASKE液压自动爬架有6个工作平台,平台之间采用固定扶梯相连,在同一平面上,平台间连成一条贯穿的通道。DOKASKE由轻型油缸驱动,操作十分方便快捷,液压上升装置依靠多个液压油缸与相关的控制部件,包括远距离电子控制系统,保证施工人员可以很方便地完成提升工作。在索塔施工过程中,整个一圈的DOKASKE100爬升体系均同步爬升,带动DOKA大面板模板TOP50共同均匀上升。单个油缸通过控制调节器相互协调同步工作。3.3安装埋件挂座、安装预埋件液压自动爬模爬升流程:浇筑混凝土,待达到要求强度后,拆模并后移→安装埋件挂座,通过液压装置提升导轨→拆除下部埋件挂座,以备下次周转,通过液压装置提升支架→绑钢筋,拆模板,安装预埋件→支模,连接对拉螺杆→浇筑混凝土,如图4所示。4塔柱施工周期塔柱施工周期如表1所示。5塔的安装过程和数量索塔混凝土施工工序及人数如表2所示。6安装机械设备施工机械及设备配备如表3所示。7液压自撑模法施工依据高索塔施工技术复杂,线形控制难度大,高空作业安全风险大幅增加,施工过程中不可预见因素多,现有定额不能完全涵盖。根据以上施工项目的现场测定资料,参照《铁路工程基本定额》(铁建设34号)、《铁路工程桥涵预算定额》(铁建设223号),编制的斜拉桥高索塔液压自爬模法施工参考定额(工作内容包括模板安拆、混凝土拌制、浇筑、振捣及养护),如表4所示。根据《关于调整铁路基本建设工程设计概预算综合工费标准的通知》(铁建设196号)、《铁路工程建设材料基期价格(2005年度)》和《铁路工程机械台班费用定额》(铁建设129号),以黄冈长江大桥2号和3号主塔、武汉二七长江大桥4号主塔工程量为样本,将表4中参考定额的下、中、上塔柱分别与现行铁路定额QY-434下斜腿、QY-432上塔柱、QY-431锚固区对应,测算的每10m3混凝土