高速铁路斜拉桥预应力混凝土索塔施工技术研究

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　【摘要】：研究目的：斜拉桥塔柱混凝土施工作为钢桁梁斜拉桥施工中一个十分重要的组成部分，它直接关系到工程的施工进度与质量，传统施工工艺难以满足现阶段高速铁路在保证工程质量的情况下工期短、科技含量高的迅猛发展趋势，必须研究斜拉桥塔柱施工技术，以提高索塔混凝土质量和施工效率。

　　研究结论：通过对高速铁路斜拉桥预应力混凝土索塔施工技术进行了分析、探讨，采用全面系统地开发了主塔分段浇筑施工技术、防开裂控制技术及新型预应力锚头施工技术，实现了施工进度科学合理、安全、经济、缩短工期的功效。

　　【关键词】：塔柱;墩头锚;预应力;混凝土;

　　【 Abstract 】 Objective: cable-stayed bridge concrete construction of the pillar as steel truss girders cable-stayed bridge construction of a very important ingredient, it is directly related to the progress and quality of construction of the project, the traditional construction technology to meet present high speed railway in ensuring the quality of projects under the condition of the short time, high scientific and technological content of rapid development trend, we must study cable-stayed bridge construction technology pillar, in order to improve the quality of concrete and cable tower construction efficiency.

　　Conclusion: through to the high speed railway prestressed concrete cable-stayed bridge cable tower construction technology is analyzed and discussed, the overall system to develop the main tower block casting construction technology, the cracking control technology, and new construction technology of prestressed anchor head, realize the construction progress scientific and reasonable, safe, economic and shorten the construction period of efficacy.

　　【 Key Words 】 : Pillar; Pier anchor head; Prestressed; Concrete

　　中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：

　　随着高速公路的迅猛发展，公路等级不断提高，斜拉桥、悬索桥等具有高墩、大跨径特点的桥梁被广泛应用到工程实际，同时也发挥了越来越重要的作用。索塔作为斜拉桥、悬索桥一个十分重要的组成部分，造价高昂、施工周期长，本文依托南广铁路郁江双线特大桥主塔施工，全面系统地开发了主塔分段浇筑施工技术、防开裂控制技术及新型预应力锚头施工技术，建成的塔柱成品倾斜度、空间尺寸以及外观质量均满足规范要求，处于良好的受控状态，施工进度科学合理，是一种合理、安全、经济、缩短工期的施工方法，对今后类似斜拉桥、悬索桥的设计和施工提供了一种确实有效的途径和参考依据。

　　1、工程概况

　　郁江双线特大桥主桥位于西江航运干线贵港至桂平河段上，中心里程：DK106+537,为5跨连续钢桁梁斜拉桥，跨度布置为：(36+96+228+96+36)m钢桁梁。主塔结构设计为花瓶形式，塔高(从塔座顶面算起)102.5米，塔柱顶高程+122.59m，由塔座、下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱(锚固区)等六部分组成，其中下塔柱高30.3m，中塔柱高39.7m，上塔柱高29m。下塔柱为变截面单箱单室截面，其余塔柱为单箱单室截面，其中下塔柱底部为3m 实心板。

　　2、工艺原理

　　2.1 在主塔内预先安装劲性骨架作为钢筋模板安装定位的依托，主塔采用内翻外爬附爬架的分节段爬模施工模式，混凝土采用混凝土泵车泵管输送。在下塔柱处设置横向临时支撑，防止塔柱下横梁完成前塔柱根部产生拉应力，致使主塔混凝土表面产生裂缝。斜拉索与主塔的锚固形式采用钢桁梁锚固体系，直接传递给主塔，上横梁、下横梁采用钢管落地支架支撑体系的一种高效的索塔施工工艺。

　　2.2 根据主塔形式、高度以及所采用的施工工艺、方法、设备性能和具备的施工能力，主塔分节长度不尽相同，一般分节长度为 4.0～5.0m。

　　2.3 上塔柱为预应力钢筋混凝土结构，其预应力体系采用高强低松弛钢丝束墩头锚，所以在上塔柱斜拉索锚固区塔壁内每塔布置高强钢丝束墩头锚。

　　3、施工工艺及塔柱各部位施工控制要点

　　3.1 施工工艺流程

　　3.2 塔柱各部位施工控制要点

　　3.2.1 下塔柱施工工艺流程：

　　3.2.2 下横梁施工，下横梁与塔柱同步施工，分两次浇筑完成。

　　(1)下横梁施工工序

　　下横梁临时支撑制做和安装→脚手架搭设→底模制作和安装→劲性骨架制做和安装→钢筋制做和安装(波纹管埋设，预应力筋安装)→模板制作和安装→第一层砼施工→施工缝处理→第二层施工。

　　(2)下横梁预应力筋施工工艺流程

　　压浆设备准备

　　3.2.3 中塔柱施工工艺与流程同下塔柱施工，中塔柱施工设置两道自平衡系统，与上横梁临时支撑连成一体。

　　3.2.4 上横梁施工，上横梁与塔柱同步施工分两次浇筑完成，施工工艺流程同下横梁施工。

　　3.2.5 上塔柱施工分节段浇筑施工到位，上塔柱施工工艺流程

　　3.3 关键工序施工要点

　　3.3.1 钢筋工程

　　塔柱钢筋主要有纵向主筋，横向箍筋和水平拉筋，钢筋密集。为加快进度，降低高空作业风险，主筋采用套筒连接，其余均为焊接或绑扎。半成品的钢筋按型号、规格、用途等进行编号挂牌，分别堆放，由运输车运至施工现场。主筋连接后，箍筋由下而上焊接或绑扎，主筋的绑扎高度以每次混凝土浇筑高度的两倍为准。

　　3.3.2 劲性骨架

　　为确保主塔钢筋定位的准确，在塔柱内设置劲性骨架，劲性骨架设计时，主要考虑劲性骨架自身刚度，能保证钢筋定位和依托,劲性骨架用∠100×100×10和∠63×63×6的角钢制作。劲性骨架采取分榀分节段安制，劲性骨架在钢筋加工场地按照所需高度进行加工制作成小断面桁架，其分段长度等同混凝土分节高度，框架形式按结构设计要求确定。在现场将其连成整体。保证加工精度，劲性骨架在专用台座上制作，编号堆放。

　　3.3.3 混凝土工程

　　塔柱混凝土施工，根据主塔分段进行浇筑。混凝土采取商品混凝土，罐车运输至工地现场, 通过混凝土泵车泵送至塔上，利用软管布料入模,人工振捣密实，塔柱及横梁混凝土均采用高性能混凝土。上塔柱由于泵送高度大，混凝土要求可泵性能好。混凝土采用两台地泵分别对应两个塔肢泵送，两塔肢对称浇注。振捣时使用插入式振动器，其分层厚度约为 30cm。振捣密实标准：混凝土停止下沉，无显著气泡上升，表面平坦，呈现薄层水泥浆时为止。 下塔柱塔基部分设计一般为实心段，应按大体积混凝土施工考虑。内部设置降温水管，混凝土浇筑后，通水冷却，降低内部温度，同时对模板外部进行保温，防止混凝土产生温度应力裂缝。

　　3.3.4 模板支撑体系

　　3.3.4.1 塔座模板

　　为了保证混凝土的外观质量，塔座模板采用大型钢模板，主要由边框、纵肋、横肋和面板所组成。模板底口的固定方式采用在承台顶面埋设预埋件，然后用型钢将模板底口固定在预埋件上的方法施工，模板顶口通过型钢固定在塔身劲性骨架上，并设顶口拉杆与承台预埋件连接。

　　3.3.4.2 塔柱模板

　　下塔柱外模施工采用QPM液压爬模施工，内模施工采用定型钢模与木模施工。

　　(1)爬模爬升工艺流程

　　混凝土浇注完后→拆模后移→安装附装置→提升导轨→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→埋件固定在模板上→合模→浇注混凝土。

　　(2)主塔内模

　　主塔内模采用钢模板，在下塔柱和中塔柱的变角处采用变截面木模。内模主要结构有：面板，骨架、背带等。模板安装前将模板清理干净，刷好脱模剂，在液压爬模安装到位后，将内模吊装到位，进行内模安装。通过测量对内模进行定位，通过拉杆以及内模支撑系统进行内模的固定。

　　3.3.4.3 横梁模板

　　塔柱连接段同下横梁一起施工，其模板采用塔柱模板由塔吊逐块吊装组拼。为保证横梁底部线形，考虑支架弹塑性变形，支架底模安装时根据计算所得数据预设起拱值，确保横梁在施工完成之后标高满足设计要求。

　　3.3.5 索导管的定位

　　索导管定位是上塔柱施工的关键，安装精度的高低直接影响到斜拉索的安装及使用寿命。拉索导管定位精度要求进出口中心坐标误差≤5mm，索道管角度误差<5"。索导管空间定位示意图(见图2)。

　　3.3.6 横梁施工

　　横梁与相应的塔柱节段同步施工，采用落地钢管支架施工的方法。根据结构设计计算，确定支撑及模板系统，一般由钢管、贝雷桁片和工字钢等组成，横梁钢筋、混凝土施工与塔柱基本相同。

　　3.3.7 上塔柱墩头锚预应力钢丝束施工

　　上塔柱为预应力钢筋混凝土结构，其预应力体系采用高强低松弛钢丝束墩头锚，所以在上塔柱斜拉索锚固区塔壁内每塔布置高强钢丝束墩头锚，锚头设计见图3。

　　3.3.7.1 墩头锚预应力钢丝束的下料、装束和安装

　　预应力钢丝束对下料长度的计算及下料均要求准确，钢丝与设计或者计算长度差为±10mm，钢丝束中各根钢丝长度差不大于钢丝长度的1/5000，且不大于5mm，因此必须在初应力状态下下料。完成下料的钢丝束在下料场穿过锚具后，将锚具上墩的一头用锤子将钢丝头敲齐，紧贴锚具平面，并将连接杆拧上固定好一头，另一头用扎丝捆紧，用砂轮精确切割齐。墩头锚预应力钢丝束采用整体安装的方法，安装墩头锚预应力钢丝束波纹管道，扩孔筒，锚垫板，管道、扩孔筒、锚垫板三者要同轴，锚杯要向前伸;便于张拉连接;连接部位要包好，不能进混凝土，锚垫板要垂直，孔口用黄油和海棉临时封闭。

　　图3 墩头锚预应力钢丝束张拉示意图

　　3.3.7.2 墩头锚预应力钢丝束的张拉、压浆和封锚

　　预应力钢丝束张拉前使用小千斤顶和特制小张拉杆，将扩孔筒内的钢丝尽量拉出来，使钢丝镦头紧贴锚杯板，否则安装张拉连接杆时，锚杯丝扣不能拧足10扣以上，使之影响张拉效果。墩头锚预应力钢丝束压浆详情见横梁预应力筋施工。在墩头锚封锚前应清除锚垫板表面的灰浆,孔道口堵塞缝隙杂物，再对墩头锚内表面、外露钢丝束、锚垫板等部位表面涂抹一层聚氨酯防水涂料，并在扩孔筒口处安装钢筋网片后再进行封锚。

　　(1)初始应力张拉：在预应力钢束张紧的过程中，及时调整锚具和千斤顶位置，使孔道轴线、锚具轴线、千斤顶轴线三者成一直线，同时调整钢丝束松紧程度，使钢丝受力均匀，然后张拉至控制应力的10%，并划线作出标记，以便记录伸长量和滑丝情况。

　　(2)控制应力张拉：

　　第一级张拉到10%σcon(测量伸长量X1)→第二级张拉到20%σcon(测量伸长量X2)→第三级张拉到60%σcon(测量伸长量X3)→第四级张拉倒100%σcon(持荷5min，测量伸长量X4)→锚固。

　　向千斤顶油缸充油并对钢绞线进行张拉。张拉值的大小以油压 图4 施工完成后的塔柱

　　表的读数为主，以预应力钢绞线的伸长值加以校核，实际张拉伸长值与理论伸长值偏差应控制在±6%范围内，每端锚具回缩量应控制在6mm以内。

　　在整个张拉过程中，要认真检查有无滑丝、断丝现象。滑丝、断丝现象如果发生在锚固前,立即停止张拉,处理后再重拉。如果发生在锚固后，可用千斤顶把钢绞线在一端放松后更换钢绞线重新张拉。

　　全梁断丝、滑丝总数不得超过钢丝总数的0.5%，且一束内断丝不得超过一丝，也不得在同一侧。否则，放松换束或更换锚具。因处理滑丝断丝而引起钢束重复张拉时，同一束钢绞线束次数不得超过3次，若钢绞线与锚具因滑丝而留有明显刻痕时，应予更换。

　　张拉完毕，填写张拉记录，有关人员签字，原始记录不得任意涂改，并及时将记录交技术部门。

　　4、结论

　　高速铁路斜拉桥预应力混凝土索塔施工技术采用一种全新的预应力混凝土锚头装置，可实现预应力与钢筋无交叉安装，提高了施工质量和工效。该技术可以被广泛应用到斜拉桥、悬索桥的主塔施工中，尤其适合于主塔截面比较规则，主塔高为 100～200m 的中小型钢筋混凝土主塔(见图4)。通过对爬模系统以及爬模爬架提升装置的改进和优化，也可以应用到变截面及高度较大的主塔施工中。

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