浅谈外包钢壳索塔施工工艺

汪洋敏

摘要：外包钢壳混凝土结构是把钢壳和钢筋混凝土通过剪力钉组合成为整体而共同发挥作用的一种新型结构，充分发挥了两种材料的受力优势，它具有强度高、刚度大、延性好等特点。外包钢壳在施工时既作为永久的受力结构又作为浇筑混凝土时的模板之用，在施工时节约模板及减少临时结构、减少支模工序和缩短施工周期加快施工进度。外包钢壳混凝土结构形式在国内的索塔施工中尚不多见，因此对此类结构的施工工艺的探讨对于保证此类结构的施工质量具有重要的意义。本文主要以沈阳四环快速路新建高坎浑河景观桥实际施工介绍了外包钢壳索塔施工的施工工艺。

关键词：外包钢壳混凝土；悬索桥；两肢塔柱；内侧焊接；单面焊双面成形

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

沈阳四环快速路新建高坎浑河景观桥位于沈抚新城核心地带，主桥桥型为独塔自锚式钢箱梁悬索桥，主跨布置为48m+2×180m+48m，全桥总长456m。主桥上部结构为钢箱梁结构，两主跨为悬吊结构。主塔顺桥向布置两肢塔柱，呈火苗状，两肢塔柱之间采用6道箱形钢横梁进行连接，各钢横梁高度方向间距为8.00m。主塔塔高95.368m，塔顶高程151.618m。主塔为外包钢壳钢筋混凝土结构，塔柱钢壳内采用C50微膨胀混凝土，外包钢壳兼做施工时混凝土外模板。

2、总体施工方案

主塔钢壳竖向分节制造、汽车运输、塔吊吊装、工地现场连接。考虑钢壳节段的制造、运输及吊装等因素，竖向共划分为22个节段（T0～T21节段），其中T0为塔底连接段、T3为塔梁固结节段。钢壳标准节段长度为4m和3m，其中最重节段T20为27.7t。主塔分节立面结构图详见图1。

主塔钢壳节段及横梁采用工厂成型，通过公路运输至现场，通过 ZSL34300自升式动臂塔吊吊装钢壳或横梁，先进行钢壳临时对接，后进行永久连接。吊装的钢壳内设置临时内支撑，防止运输及吊装时变形。

塔柱总体施工步骤:

承台施工（塔座与主塔钢筋预埋、塔吊底座预埋件施工、劲性骨架预埋）→塔座施工（塔柱首节段与劲性骨架焊接固定）→下塔柱施工→塔梁固接段施工→上塔柱及横梁施工→T20节段施工→T21节段施工→浇筑塔柱鞍座混凝土→主索鞍安装→鞍罩施工。

图1：主塔分节立面结构图

3、下塔柱施工

塔座混凝土施工前安装并精确定位劲性骨架和塔柱预埋钢筋，吊装钢壳T0节段，通过在劲性骨架顶面与T0节底面间设置千斤顶，由千斤顶的升降调整T0节段的高程与角度，精确定位后将T0节段底座板与劲性骨架牢固连接，浇筑塔座混凝土。

吊装钢壳T1节段，先通过钢壳接缝处内侧的临时匹配件高强螺栓临时连接后，经过测量精确定位T1节段，然后施工节段接缝处工地焊接连接。工地焊接采用单面焊接，双面成型的焊接工艺施焊。下塔柱施工缝焊接在钢壳外搭设钢管脚手施工平台进行，焊缝施工完成后，在接缝处外侧打磨光并涂装处理。超声波探伤合格后，割除接缝处临时匹配件，并将割除部位打磨光滑。

安装T1节段对应塔柱钢筋，浇注塔柱C50混凝土至T1节段顶缘1.7m处。按上述方法施工T2节段。

4、塔梁固结段施工

钢壳T3-2节段精确安装后，与T2节段接缝处工地连接。在8#墩承台和塔座上搭设钢箱梁拼装支架，将塔梁固结D、E类梁段板单元板运输至现场，在设计位置的拼装胎架上，拼装组焊塔梁固结梁段，D段和E段组焊时要求在施工时气温不超过5℃。钢壳T3-2节段与D类梁段底板工地焊接。钢壳T3-1节段安装在D类梁段顶板处，精确调整至施工监控要求，与D类梁段顶板进行接缝处工地焊接施工。焊缝通过探伤检查合格后，安装固结区预应力JL32精轧螺纹钢筋，吊装T4节段，绑扎钢筋，浇注塔梁固接段C50微膨胀混凝土至T3节段顶缘处；待混凝土强度达设计强度的90%后，张拉固结区段横向预应力并压浆。

5、上塔柱施工

对于非钢横梁对应节段，采用塔吊吊装并精确定位Ti节段，施工节段接缝处临时匹配连接，施工工地接缝焊接并通过探伤检查合格后割除临时匹配连接，将割除部位打磨光滑，安装Ti节段塔柱钢筋，然后浇注塔柱C50混凝土至Ti节段顶缘1.7m处。

对于有钢横梁对应节段（T6、T8、T10、T12、T14、T16），用塔吊吊装并精确定位Ti节段，施工节段接缝处临时匹配连接和工地焊接，吊装并精确定位主塔钢横梁，施工钢横梁与施工节段临时匹配连接和工地焊接，通过探伤检查合格后割除临时匹配连接，将割除部位打磨光滑，安装Ti节段塔柱钢筋，然后浇注塔柱C50混凝土至Ti节段顶缘1.5m处，待混凝土强度达到设计强度的90%时，张拉对应钢横梁的预应力；按照此施工方法施工至T19节段。为方便交汇段安装调节，T18与T19间连接焊缝先暂时固定，待T20合拢后再焊接固定。

对于T20节段是主塔两肢的交汇节段，安装精度要求较高。T20单重27.7t，制作时采用分块制作，采用连接杆件组装成整体。现场根据T19两肢的相对标高、位置确定是整体吊装还是分段吊装。T21节段20.7t，待T20精度满足要求后整体吊装。

安装T20节段前，T18与T19、T19与T20先临时固定，待两肢精度满足要求焊接合拢后，再将T20与T19焊接固定。安装T19节段塔柱钢筋，然后浇注对应塔柱混凝土至T19节段顶缘1.7m处；吊装T21节段塔柱并精确定位，施工T20与T21节段接缝处临时匹配连接和工地焊接连接，通过探伤检查合格后割除临时匹配连接，将割除部位打磨光滑，安装对应节段塔柱钢筋，然后浇注T20节段塔柱混凝土至顶口，安装主索鞍钢格栅锚固钢筋，浇筑T21段混凝土。

为确保施工安全，上塔柱钢壳节段接缝（除接缝J4除外，J4接缝可站在加劲梁上进行塔壳外焊接）均采用在钢壳内侧焊接，单面焊双面成形工艺，然后在钢壳外采进行接缝处打磨涂装处理。每节混凝土浇筑时比钢壳顶面低1.5m以上，留出钢筋接头错开位置，保证在钢壳内焊接连续性。

6、 钢横梁施工

钢横梁与主塔柱连接段在工厂加工成整体，两肢塔柱钢壳吊装定位后，吊装剩余标准段钢横梁与主塔处预留段进行临时匹配连接和工地焊接连接。通过探伤检查合格后割除临时匹配连接件和临时吊点，将主塔横梁外侧焊缝磨光并涂装，安装主塔节段钢筋，浇筑塔柱C50混凝土。待混凝土强度达到设计强度的90%时，张拉对应钢横梁的预应力。在钢壳上焊接牛腿和横梁连接，搭设预应力操作平台和钢横梁对位焊接平台。钢梁与主塔锚固示意图详见图2。

图2钢横梁与主塔锚固示意图

每道横梁中设置4束15-7预应力，穿过塔身锚固于塔柱顺桥向外侧。横梁预应力采用深埋锚工艺，并在张拉后进行真空压浆。在深埋锚套管对应位置与主塔钢壳上开孔张拉，张拉完毕后对钢壳进行等强封堵，并将封堵处焊缝打磨光滑。预应力钢束采用直缝点焊管预埋管道，规格为ф102mm×7mm；预埋管道与索塔钢壳相交处（N2板）开设ф104mm孔，预埋管道与N2板件焊接以保证主塔钢壳在混凝土浇筑时不露浆。所有钢束采用单端张拉，施工采用引伸量和张拉力双控，张拉控制力0.75 fpk=1395MPa，15-7型锚张拉力为1357.3KN，采用200t液压穿心顶张拉。

7、结束语

沈阳四环快速路新建高坎浑河景观桥为外包钢壳混凝土结构在桥梁领域的应用，施工经验较少，为保证主塔的施工质量，我们采用钢壳节段及横梁工厂成型，现场拼装；精确定位T0节段；钢壳节段接缝在钢壳内侧焊接，单面焊双面成形等工艺。通过这些工艺措施，最后成功实现T20节段合拢，为今后此类索塔的施工积累了宝贵的经验，其施工工艺可供同类施工借鉴。

参考文献

[1]交通运输部、中交第一公路工程局有限公司. JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]中交公路规划设计院. JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[3]中华人民共和国建设部. GB50205—2001钢结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2001.

[4]中交公路规划设计院. JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.