金匯港斜拉橋異型主塔鋼混結(jié)合段施工技術(shù)

雷 真

（上海奉賢建設(shè)發(fā)展集團(tuán)市政公路工程有限公司，上海市201499）

0 引 言

異型斜拉橋鋼結(jié)構(gòu)主塔基礎(chǔ)一般由混凝土制成，在鋼塔柱與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之間設(shè)鋼混結(jié)合段[1]。鋼混結(jié)合段的作用是將鋼塔荷載向混凝土中傳遞，保證主塔的鋼結(jié)構(gòu)部分與混凝土下墩柱之間剛度過渡的均勻性和作用力傳遞的順暢性，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中和折角，確保橋梁的安全和耐久[2]。

在異型斜拉橋施工中，其主塔的施工是關(guān)鍵。鋼混結(jié)合段為鋼材與混凝土兩種不同材料的結(jié)合部位，其定位和施工對(duì)整個(gè)主塔的線型、質(zhì)量以及橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力性能有至關(guān)重要的影響，因?yàn)榛炷僚c鋼材的物理特性差別較大，再加上異型斜拉橋主塔的造型奇特新穎，所以在實(shí)際工程中，異型主塔鋼混結(jié)合段的施工存在很大困難[3，4]。本文以金匯港斜拉橋?yàn)槔?，在斜拉橋異型主塔鋼混結(jié)合段的定位、吊裝和澆筑等施工技術(shù)方面進(jìn)行簡單探討。

1 工程概況

1.1 工程概況

金匯港斜拉橋是上海市奉賢區(qū)海灣鎮(zhèn)一座橫跨金匯港的雙索面異型鋼混獨(dú)塔斜拉橋，是奉賢區(qū)海灣旅游區(qū)規(guī)劃“三縱四橫”主干路網(wǎng)格局，呈東西走向。主橋長度220 m，跨徑布置為145 m+75 m，橋?qū)?3.6 m，墩、塔、梁固結(jié)，一跨過河，是金匯港出?？谔幍囊蛔髽?，主塔造型為風(fēng)帆形狀，寓意“揚(yáng)帆出?！?。金匯港斜拉橋主塔為不規(guī)則扇形結(jié)構(gòu)，塔柱向內(nèi)傾斜3.18°，為保證塔柱橫橋向穩(wěn)定性，在其外側(cè)設(shè)置斜撐。塔柱由頂部至底部逐漸變寬，總高73.5 m，下塔柱為實(shí)心混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，上塔柱為鋼塔，塔柱和斜撐均設(shè)有鋼混結(jié)合段。金匯港斜拉橋立面布置見圖1。

圖1 金匯港斜拉橋立面布置圖（單位：cm）

1.2 鋼混結(jié)合段構(gòu)造概況

金匯港斜拉橋主塔塔柱及斜撐共分18 個(gè)構(gòu)件，9種類型，類型編號(hào)為T0～T8，每個(gè)構(gòu)件分2～5 個(gè)吊裝節(jié)段不等，每個(gè)節(jié)段高度2.2～5.1 m 不等，最大鋼節(jié)段重量為55.5 t。T0 和T8 構(gòu)件含有鋼混結(jié)合節(jié)段，其余構(gòu)件由普通鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段組成，各節(jié)段之間均采用焊接連接。塔柱和斜撐結(jié)構(gòu)分段見圖2。

本工程塔柱鋼混結(jié)合段縱橋向長度12.25 m，橫橋向?qū)挾?.0 m，高2.02 m，斜撐鋼混結(jié)合段縱橋向長度6.5 m，橫橋向?qū)挾?.5 m，高1.5 m，兩者斷面均采用箱型截面。鋼混結(jié)合段采用頂部設(shè)置承壓鋼板和壁板布置剪力釘?shù)男问?，塔柱結(jié)合段頂部為50 mm厚承壓板，斜撐結(jié)合段頂部為30 mm 厚承壓板，塔柱和斜撐的壁板深入混凝土基座一定長度，在壁板上布置剪力釘，以用于擴(kuò)散應(yīng)力并增加延性，剪力釘型號(hào)M22×200。

圖2 主塔和斜撐結(jié)構(gòu)分段示意圖

本工程鋼混結(jié)合段內(nèi)部有中隔板和加筋，并設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力鋼束，底端埋入混凝土基座或承臺(tái)內(nèi)，上端錨固在承壓鋼板上方的錨固構(gòu)造上。預(yù)應(yīng)力鋼束為9-Φs15.2 規(guī)格的鋼絞線，單側(cè)塔柱有34 束，單側(cè)斜撐有18 束。鋼混結(jié)合段三維模型見圖3，預(yù)應(yīng)力錨固端布置見圖4。

圖3 鋼混結(jié)合段三維模型圖

圖4 預(yù)應(yīng)力錨固端布置平面圖（單位：cm）

2 鋼混結(jié)合段施工技術(shù)重難點(diǎn)分析

2.1 設(shè)計(jì)定位支撐

本工程鋼混結(jié)合段是59.5 m 高鋼塔柱安裝的基礎(chǔ)，其定位是主塔塔柱和斜撐施工成敗的關(guān)鍵。為了保證起始段的定位精度，需要設(shè)計(jì)定位支撐解決鋼混結(jié)合段的固定，關(guān)于定位支撐的要求有如下三點(diǎn)：

（1）支撐自身的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等性質(zhì)參數(shù)要滿足規(guī)范和施工要求；

（2）可以對(duì)高程、橫向、縱向進(jìn)行細(xì)微調(diào)整；

（3）可以滿足對(duì)鋼塔柱和鋼斜撐首節(jié)進(jìn)行臨時(shí)固定的要求。

鋼混結(jié)合段塔柱截面小，內(nèi)部壁板設(shè)有剪力釘，并有鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束等布置，構(gòu)造及其復(fù)雜，定位支撐的設(shè)計(jì)與安裝受到多方面條件制約。

2.2 如何精準(zhǔn)吊裝就位

鋼混結(jié)合段的安裝精度對(duì)整個(gè)主塔的線型和質(zhì)量以及斜拉索錨管的定位精度都有著至關(guān)重要的影響，尤其本工程不規(guī)則扇形結(jié)構(gòu)的異型主塔，對(duì)于空間精度的要求更加苛刻。塔柱的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段，在工廠內(nèi)加工制作好后，運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行場地內(nèi)拼裝和吊裝，它的空間位置不可以逐段調(diào)節(jié)。所以，鋼混結(jié)合段作為整個(gè)鋼塔柱的基礎(chǔ)節(jié)段，其對(duì)安裝空間角度和位置的精度要求非常高。因此，采取一套科學(xué)有效、精確度高的測(cè)量和吊裝施工工藝顯得非常重要。

2.3 鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束施工

本工程塔柱鋼混結(jié)合段分8 個(gè)格室，斜撐鋼混結(jié)合段分4 個(gè)格室，格室內(nèi)剪力釘密布，并且混凝土塔段的豎向主筋要插入鋼混結(jié)合段，格室內(nèi)又填充有加筋及豎向預(yù)應(yīng)力孔道，作業(yè)空間小、環(huán)境差、操作不便，保證鋼筋位置準(zhǔn)確、順利插入剪力釘空隙和中隔板開孔而不會(huì)被卡住，保證預(yù)應(yīng)力鋼束順利穿過鋼混結(jié)合段的預(yù)留孔，是施工時(shí)的難題之一。

2.4 混凝土施工

本工程塔柱和斜撐的鋼混結(jié)合段填充混凝土采用C50 混凝土，強(qiáng)度等級(jí)較高。而且，鋼混結(jié)合段箱體格室內(nèi)鋼筋密布，并且還有預(yù)應(yīng)力管道，作業(yè)人員無法進(jìn)入格室振搗，如何確保結(jié)合段內(nèi)混凝土可以澆搗密實(shí)進(jìn)而可以保證后期成型質(zhì)量，需要采取合理的施工工藝以及配置高性能高流動(dòng)性混凝土來解決。

3 針對(duì)施工技術(shù)重難點(diǎn)的對(duì)應(yīng)措施

3.1 定位支撐設(shè)計(jì)

鋼塔的鋼混結(jié)合段分別位于T0、T8 兩段，采用后張法施工，需要先將鋼混結(jié)合段固定在指定位置，然后進(jìn)行混凝土灌注施工，所以必須設(shè)置定位支撐，并且對(duì)鋼混結(jié)合段的支撐進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。

（1）定位支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用H 型鋼作定位支撐立柱，截面選HW300×300 型鋼，立柱上端下端用橫梁相連，中間作十字撐，保證其剛度和穩(wěn)定性，且作為永久支架與塔柱一同澆筑混凝土。

在主塔混凝土承臺(tái)及斜撐承臺(tái)中預(yù)設(shè)埋件，共36 個(gè)。T0 鋼混結(jié)合段下端設(shè)10 根H 型鋼立柱支撐，柱間橫梁和十字撐用2C32a 雙槽鋼，支撐胎架直接落在橋面上，下端與橋面的埋件焊接，上端與結(jié)合段段安裝高度及角度一致。T8 鋼混結(jié)合段下端設(shè)8根H 型鋼立柱支撐，柱間橫梁和支撐用2C16a 雙槽鋼，T8 結(jié)合段距離地面距離較高，需采用兩次澆筑法施工，第一層澆筑6.0 m，與水平面平行后立豎向定位支撐。定位支撐頂端空出50 mm 的空間作為高程調(diào)整段，彌補(bǔ)在吊裝過程中定位支撐架發(fā)生變形而產(chǎn)生的高程偏差。定位支撐三維模型見圖5。

圖5 塔柱和斜撐鋼混結(jié)合段定位支撐三維模型圖

（2）定位支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算

通過建立有限元受力模型，分別計(jì)算T0、T8 鋼混結(jié)合段定位支撐的受力和變形情況，計(jì)算結(jié)果顯示，定位支撐的應(yīng)力比、支撐位移和支撐反力均能夠滿足規(guī)范要求和施工需要。具體結(jié)果見圖6 和圖7。

圖6 塔柱鋼混結(jié)合段定位支撐受力分析結(jié)果

3.2 精準(zhǔn)吊裝就位

鋼混結(jié)合段箱體在工廠加工時(shí)，T0、T8 節(jié)段底部各焊接4 塊定位鋼板，與定位支撐頂部的4 個(gè)限位板一一對(duì)應(yīng)，用以引導(dǎo)結(jié)合段粗就位。每塊鋼板上有3 個(gè)Φ32 mm 螺栓孔和1 個(gè)Φ52 mm 銷軸孔，分別安裝M30 螺栓和Φ50 變徑銷軸。

圖7 斜撐鋼混結(jié)合段定位支撐受力分析結(jié)果

鋼混結(jié)合段吊裝時(shí)，在吊裝鋼絲繩上設(shè)置手拉葫蘆調(diào)整節(jié)段的空中姿態(tài)，下放時(shí)，變徑銷軸起到粗就位導(dǎo)向作用。鋼混結(jié)合段落于支撐上，采用鋼板抄墊用作高程微調(diào)，高程和軸線檢查合格后上螺栓鎖定。同時(shí)利用全站儀，在結(jié)合段四個(gè)面的中心處設(shè)置主觀測(cè)點(diǎn)，四個(gè)角處設(shè)置輔助觀測(cè)點(diǎn)，用以對(duì)結(jié)合段精確調(diào)整。

3.3 鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束施工控制

鋼混結(jié)合段吊裝定位完成后，進(jìn)行箱體內(nèi)部鋼筋綁扎和預(yù)應(yīng)力鋼束安裝。伸入鋼混結(jié)合段剪力釘之間的鋼筋，為保證鋼混結(jié)合段安裝就位時(shí)能夠不被卡主順利下放，施工時(shí)只設(shè)置一半的豎向鋼筋，另外一半豎向鋼筋在鋼混結(jié)合段安裝就位后在箱體內(nèi)進(jìn)行機(jī)械連接。格室內(nèi)的加筋在穿孔時(shí)，要做到做到鋼筋直徑、根數(shù)、安裝位置、搭接長度與設(shè)計(jì)要求相符合。

將塔柱鋼混結(jié)合段T0 的34 束預(yù)應(yīng)力鋼束和斜撐鋼混結(jié)合段T8 的18 束預(yù)應(yīng)力鋼束在澆筑前從T0 和T8 承壓鋼板的下方穿入錨孔內(nèi)固定，分別將每束9 根鋼絞線穿入錨板，用單根張拉千斤頂將鋼絞線收緊（壓力不大于額定張拉壓力的10%），使每根鋼絞線呈直線狀態(tài)。

3.4 混凝土施工工藝

為保證本工程鋼混結(jié)合段澆筑密實(shí)、防止鋼混結(jié)合段混凝土在施工和使用階段脫黏與開裂，在對(duì)比類似施工案例、實(shí)驗(yàn)室試拌比選后，最終確定采用自密實(shí)混凝土，澆筑過程中輔以振搗棒、鋼筋和木棒等工具適量振搗的澆筑工藝。

（1）自密實(shí)混凝土配合比

自密實(shí)混凝土的性能受原材料影響顯著，選材時(shí)要比普通混凝土的選材更嚴(yán)格。在選用原材料時(shí)，嚴(yán)格控制砂石骨料粒徑、含泥量、級(jí)配，提高和易性、穿透性。選擇需水比低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，提高混凝土的流變性能，摻加硅粉提高新拌混凝土穩(wěn)定性。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，提高膠凝材料總量，使混凝土內(nèi)具有足夠的潤滑層和可流動(dòng)組分，降低混凝土的內(nèi)部摩擦力，讓混凝土有更優(yōu)的流變性能，并且選用高保坍高性能的減水劑，降低用水量，增加和易性,同時(shí)降低混凝土工作性能的損失速度[5，6]。

本工程自密實(shí)混凝土配合比見表1。

表1 鋼混結(jié)合段C50 高性能自密實(shí)混凝土配合比

（2）混凝土澆筑

鋼混結(jié)合段混凝土從結(jié)合面的連通孔掛串筒下料，通過各層間串筒流入整個(gè)箱體中。在每一連通孔上加焊長30～50 cm 鋼管，使混凝土液面高于該區(qū)域內(nèi)混凝土液面。當(dāng)澆筑至結(jié)合面最低端時(shí)，將最低處灌注孔及出氣孔封堵，用鋼板將孔口蓋上、焊牢。按此方法依次封堵灌注孔及出氣孔，直至最高處出氣孔有混凝土流出。

澆筑時(shí)委派專人對(duì)曲面、斜角等太過狹小的部位用振搗棒單獨(dú)振搗，對(duì)于部分空間狹小、振搗棒無法振搗的區(qū)域，需要人工鋼筋插搗及木錘敲擊模板振搗來保證混凝土的密實(shí)。

（3）混凝土養(yǎng)護(hù)

由于鋼混結(jié)合段混凝土澆筑時(shí)間正值夏季，溫度較高，再加上混凝土強(qiáng)度較高，鋼格室散熱性能差。為降低水化熱，根據(jù)鋼混結(jié)合段的構(gòu)造特點(diǎn)和混凝土內(nèi)部溫度分布特征，在各箱室設(shè)置一個(gè)冷卻水管，選用Φ50 mm 鐵管，每隔1.2 m 布置一層，每基數(shù)層連接相通，偶數(shù)層連接相通，

在澆筑完成后，盡快對(duì)其覆蓋薄膜并灑水養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于7 d。待混凝土初凝后開始通水冷卻，24 h 不間斷。每天用測(cè)溫計(jì)測(cè)量各層出水口的水溫，由于出水口的水溫低于該層冷卻水管混凝土的溫度，故在出水口水溫與室外溫度相近后，還需再通水降溫1～2 d 后方可停止通水。

4 結(jié) 語

隨著社會(huì)大眾對(duì)橋梁造型的要求不斷提高，設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)在大型橋梁上的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，形狀新穎的異型鋼混主塔斜拉橋也會(huì)越來越多的出現(xiàn)。鋼混結(jié)合段是鋼塔與混凝土墩柱之間的過渡段，是主塔施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文介紹的金匯港斜拉橋塔柱和斜撐鋼混結(jié)合段施工的技術(shù)措施，對(duì)異型鋼混主塔斜拉橋主塔的鋼混結(jié)合段施工工藝做豐富和改進(jìn)，為類似工程的施工提供經(jīng)驗(yàn)參考。