长沙洪山大桥斜塔施工技术

贺建平 肖世波

1 工程概况

洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,主跨206 m,塔高146.6 m,水平倾斜58°,索塔分为塔基、塔座、塔身和塔顶四部分(见图1)。塔基采用扩大基础,塔座为钢—混凝土结构,内设人行通道和电梯通道,塔身为全预应力混凝土箱形结构,塔顶设两层观景平台,外壁为钢壳,内壁为混凝土结构。

2 施工方法

2.1 塔基施工

塔基基础平面尺寸为31 m(顺)×30 m(横),高11 m,基身下设25根φ 2.0 m 深5 m的抗滑桩,上为宽28 m、长29 m、高3 m的钢筋混凝土承台,抗滑桩和基身采用C20混凝土,承台采用C30混凝土,混凝土总量13 398 m3。

基身和承台混凝土按大体积混凝土施工方法进行施工,浇筑时采用斜向分层多次浇筑的方法进行。通过布置冷却水管,优化配合比,控制水泥用量,掺入减水剂和粉煤灰来降低混凝土结构内部水化热,减小内外温差,防止混凝土开裂。

2.2 塔座施工

塔座为钢—混凝土结构,外壁为钢壳,钢壳内为微膨胀素混凝土无筋结构(见图2)。塔座底口平面尺寸为24.5 m×20 m,顶口平面尺寸为14.15 m×8.2 m。塔座采用钢壳分节拼装,壳内混凝土分次浇筑的方法施工。

2.2.1 塔座钢壳施工

塔座钢壳内外壁板之间设置内支架,将钢壳连成整体。内支架不仅是钢壳的拼装平台,同时还起着临时固定钢壳的作用。壁板与混凝土之间采用φ 19 mm剪力钉和锚固筋加强,增加结合面的锚固力。钢壳埋入承台1.5 m,钢壳底部与承台第一层混凝土中预埋的型钢焊接连成一体。

根据钢壳分三节制造的实际情况,按照先支撑架后钢壳,由内往外,从下往上的顺序利用塔吊拼装。

2.2.2 塔梁连接段混凝土施工

根据设计要求,塔梁连接段焊接成型后,需在连接段范围内填充混凝土。连接段内变截面箱室数量多,且连接段范围顶、底部的上下钢板均设计有密集的剪力钉,两侧内外钢板之间设计采用φ 25 mm钢筋连接,连接段混凝土169 m3,采用自密实混凝土进行填充。

2.3 塔身施工

塔身为全预应力混凝土箱形结构,采用斜爬架爬模施工,其施工工艺流程框图见图3。

2.3.1 劲性骨架制作、安装

根据塔吊的起重能力和原材料长度,为了方便施工安装,将塔身4个面的劲性骨架在地面各分成两组制作,南北侧6 m一节,东西侧8 m一节。

索塔劲性骨架是塔身施工的依托,其位置的正确与否直接影响钢筋、模板、预应力筋的安装,是索塔施工质量和线形控制的关键。劲性骨架在地面胎具上放样分组制作,制作按尽量在地面完成焊接工作,减少高空作业的原则进行。

Characteristics of an unstable rock mass in Ziyang WANG Han-xu FAN Lei-wei LI Ge(53)

2.3.2 预应力施工

塔身预应力分三种规格：竖向采用φ 15.24-12钢绞线,共64束;横向采用φ 15.24-9钢绞线,沿塔身间距 80 cm布置;横系梁采用φ 15.24-3钢绞线,每个横系梁4束。竖向预应力束采用节段交错锚固接长的方式直至塔顶,3个节段循环一次,用连接器接长,每节均有2/3的钢绞线甩在节段以外。东西侧墙横向预应力束与塔身方向垂直。

塔身竖、横向预应力束以劲性骨架为依托进行定位安装。竖向束安装前先在地面制作好挤压头,穿好波纹管,利用塔吊整束安装。横向束采用先整束吊装,定位后在塔上安装P锚,制作挤压头。横系梁预应力束采用人工单根穿束安装。

预应力束张拉时,为消除钢绞线自重下垂的影响,先用单束给每根钢绞线施加5 MPa初应力,然后用穿心式千斤顶分级张拉到位,张拉采取张拉力与伸长量双参量控制,压浆由低端向高端进行。

2.3.3 索导管安装

斜拉索是连接主塔和主梁并使之构成斜拉桥的重要组成部分,索导管是将斜拉索两端分别锚固于主梁和索塔的重要构件。为了确保对称索塔两侧的各斜拉索位于同一设计平面内,并防止斜拉索与索导管管口发生摩擦损坏斜拉索,索导管必须精确定位。

2.3.4 爬架系统

洪山大桥塔身倾斜58°,爬架设计为导轨与平台构架分离的桁架式电控液压爬升结构。因爬架在塔身4个面的受力情况不同,爬架设计成相互独立的4组架体。东西面爬架导轨与塔身倾斜角度一致,爬架桁架竖直挂在导轨上,南北面爬架导轨与桁架在同一竖直面内。东西面爬架各设5根导轨,南面设4根导轨,导轨每个点用单锚固螺栓通过锚固座锚固。北面爬架采用6根导轨,导轨每个点用双锚固螺栓通过锚固座锚固。爬架导轨与桁架设计成自爬自锁式,爬架爬升时,先将锚固座用锚固螺栓锚固牢靠,通过桁架上电控液压油顶将导轨爬升一个节段,固定于锚固座上,然后分面(东、西、南、北)通过油顶整体爬升桁架,到位后用钢销将桁架固定于锚固座上。

2.4 塔顶施工

洪山大桥塔顶设两层观景平台,塔顶外壁为钢壳结构,内壁为混凝土结构。施工时,先安装塔顶劲性骨架,钢壳在地面分块制造,喷涂防腐后,通过塔吊以劲性骨架为依托进行拼装焊接。钢壳焊接完成后,绑扎内壁钢筋,利用钢壳做外模进行塔顶混凝土浇筑。

3 施工关键技术

1)塔梁平横施工技术。洪山大桥主钢箱梁采用临时墩悬臂顶推法施工到位后,施工索塔,索塔施工采用塔身节段与挂索同步的方法进行,索塔的自重通过斜拉索用钢梁的重量来平衡。

2)斜塔斜爬架成套施工技术在洪山大桥上的成功应用,验证了斜塔斜爬模系统的可行性,解决了预应力混凝土斜塔施工的难题。

3)自密实混凝土在钢壳及塔梁连接段的成功应用,不仅为今后桥梁施工提供了宝贵经验,也为桥梁结构设计提供了更广阔的空间。

4 结语

长沙洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,在同类型桥梁中跨度为世界第一,其主塔为全预应力混凝土斜塔,施工技术十分复杂。它的成功建设,开创了我国无背索斜塔斜拉桥施工的先河,为后续同类型桥梁施工提供了有力的借鉴,积累了宝贵的施工经验。