钢骨杏蕊绽江天——池州长江公铁大桥4号桥塔施工关键技术

池州长江公铁大桥连接铜陵市枞阳县和池州市贵池区，上游距既有池州长江公路大桥约24km，是跨越长江的综合性交通工程，采用双层布置的结构形式，上层作为双向六车道S40宁枞高速公路的过江通道；下层承载两线合池城际铁路，并预留两线市域轨道交通。其中跨江主桥为三主桁三索面钢桁梁斜拉桥，跨度布置为（100+378+812+364+114）m，如图1所示。

图1 池州长江公铁大桥孔跨布置图（尺寸单位：m）

3号、4号桥塔为钻石形钢筋混凝土结构，混凝土标号为C60，其中4号桥塔（即南桥塔）塔顶高程+269.7m，塔座底（承台顶）高程-3.0m，承台以上塔高（含塔座）272.7m。上塔柱高96.65m（含9.7m塔顶装饰区），采用八边形截面，横桥向自下而上采用先收缩后舒展的轮廓，塔顶设计采用杏花造型，中塔柱高128.35m，采用单箱单室六边形截面，下塔柱高47.7m，为单箱双室六边形截面。塔柱顺桥向尺寸9.50～16.662m，上塔柱自下而上横桥向尺寸为20.60～12.00～16.00m，中塔柱横向尺寸为7.67～11.50m，下塔柱横向尺寸为11.50～12.645m。下横梁采用单箱双室矩形截面，梁宽15.0m，梁高10.0m。下横梁按全预应力混凝土结构设计，顶、底板均配置25-?s15.2预应力钢绞线，顶板配置66束，底板配置132束。上塔柱为索锚区，内设钢锚梁及钢牛腿用于锚固斜拉索。4号桥塔构造见图2。

图2 4号桥塔构造（尺寸单位：m）

（1）桥塔高度高、外形复杂，物料垂直运输及人员上下组织难度大，高空作业风险高。

（2）塔座为超大体积混凝土且四边均为斜面，质量控制难度大。

（3）中塔柱及下塔柱斜率大，内腔截面变化多，线形控制难度大。

（4）下横梁尺寸大、构造复杂，高空施工难度大。

（5）钢锚梁重量重、安装高度高，单根锚梁需要锚固6根斜拉索，定位精度要求高。

（6）塔柱和横梁尺寸大、壁较厚，且存在多处实心段，大体积混凝土浇筑施工时，防止混凝土开裂难度大。

根据该桥桥塔的结构特点及参考类似桥梁施工经验,该桥塔总体施工方案如下：4号桥塔共布置3台塔吊、3台施工升降机和2台混凝土输送泵用于人员及物料的竖向运输。塔座分两层，分别与相邻的承台、塔柱同时施工。下塔柱采用翻模法施工，中塔柱和上塔柱采用液压爬模与塔吊配合的施工方法，采用大块木胶合板模板，最大分节高度6m。塔柱钢筋采用劲性骨架辅助定位绑扎。索导管采用定位架精确定位，钢锚梁、钢牛腿采用塔吊分件吊装，在塔上利用定位支架精调位置。

由于中塔柱相对内倾，在已施工完成的两塔柱间设置数道钢管横撑，在横撑端部配置千斤顶将横撑顶至监控提供的内力并抄垫密实，以控制塔柱的弯矩及变形。下横梁采用落地支架分两次进行混凝土浇筑。中塔柱合龙段采用不落地牛腿支架浇筑。针对桥塔C60高强泵送混凝土，采用掺加降黏度剂等方式优化配合比。桥塔总体施工方案如图3所示。

图3 桥塔总体施工方案示意图（尺寸单位：m）

在桥塔四周布置3台动臂塔吊，分别为420t·m、1000t·m、1500t·m，最大吊重分别为24t、50t、64t。其中420t·m塔吊主要用于塔柱施工。1000t·m塔吊除用于塔柱施工外，还用于下横梁支架搭设、横撑安装等较大型的吊装作业。1500t·m主要用于上塔柱钢锚梁和钢牛腿的吊装。

图4 施工塔吊平面布置图

针对桥塔形状特点，施工升降机布置如下：在下塔柱和中塔柱上、下游侧各布置1台斜梯（1号、2号升降机）。在+176.23m处设置一处中转平台，在塔柱中心线大里程侧布置1台直梯（3号升降机）。塔柱正面斜拉索挂设时，将3号升降机移至塔柱中心线上游侧，改为4号升降机。如图5所示。

图5 施工升降机布置图

混凝土采用输送泵竖向输送，泵管布置在塔柱混凝土外侧，每肢塔柱布置2根。电缆线沿着升降机及其附着布置，采用限位卡槽定位固定。给水管与混凝土泵管共支架布置，采用限位卡槽定位固定，每肢塔柱布置1根。

塔座高度5m，分两层进行施工。为确保截面变化处混凝土连接质量，防止有害裂纹产生，塔座第一层1.9m（-3.0～-1.1m）与承台一起施工，塔座第二层3.1m（-1.1～+2.0m）与下塔柱1号节段一起施工，从而使施工缝与截面变化处错开。塔座斜面易因混凝土下料距离远（骨料流动不到表面）、振捣困难、空气不易排出等问题造成开裂、露骨料、气泡多等表面缺陷。为此，在塔座内部沿斜面设置适宜数量的滑槽和振捣槽。滑槽用于将混凝土直接输送至斜面附近，采用直径325、壁厚3mm的半钢管制作，通过支撑钢筋与周围架立钢筋焊接进行固定，一般横向间距4m，在塔座侧面相交处进行加密。振捣槽是振捣棒沿斜面下放的导向装置，采用角钢，设置于塔座侧面两层钢筋网之间，一般横向布置间距为0.75m。塔座钢模板安装前，先在模板内侧铺设透水模板布，可有效消除斜面不易排出的气泡。为进一步加强混凝土振捣质量，在塔座钢模板外侧以约2m×2m的间距安装ZF75-150附着式振捣器。

图6 塔座施工布置图

针对塔座大体积混凝土，还采取了优化配合比降低混凝土水化热、降低混凝土出机温度、布设冷却水管并采用循环水降温等措施。

塔柱主要采用液压爬模做为施工平台。液压爬模由架体、爬升系统、模板系统、养护系统、安全防护系统等部分组成。其中架体及防护构造如下：架体布置整体全封闭防护，防护高度18.9m，架体设置6层作业平台，分别为顶平台（绑筋平台）、过渡平台、主平台、液压平台、底平台1（养护平台）和底平台2（修饰及电梯接驳平台）。各层平台间设置通道钢梯，通道配置标准洞口板及洞口护栏，每层平台板与网片端设置踢脚线，下三层平台板与塔身混凝土面空隙设置翻板，顶平台内侧设置可拆装栏杆，保证平台防护全封闭。中塔柱合龙段浇筑完成后调整一次机位布置，将上下游塔柱的爬模合为整体，再施工后续节段。模板采用木胶合板面板+木工字梁体系，具有质量轻、便于安拆；随塔柱截面变化切割调整方便；带模养护保温效果好等优点。

图7 液压爬模施工

为确保倾斜塔柱钢筋定位准确并在后续混凝土浇筑等过程中不发生移动，在塔柱混凝土内设置劲性骨架。劲性骨架是由角钢组成的桁架，通过预埋件或连接钢板与下方节段的劲性骨架固定。由于劲性骨架尺寸较大，采用在地面加工区分块制造，吊装在上塔后组连接成整体。劲性骨架安装完成后，在其上精确放样安装钢筋定位框架，再依托定位框架绑扎钢筋。

图8 劲性骨架立面及平面布置图

为了对倾斜塔柱施工中的应力、线形进行控制，对中塔柱进行分节段受力分析，设置临时横撑结构，共设置5层，竖向布置间距21.6～24.0m。横撑下方设支撑牛腿及操作平台，利用预埋爬锥固定在两中塔柱内侧塔壁。横撑通过设置于撑管单侧端部的千斤顶进行对顶作业，分级同步顶推至设计吨位，对撑结构安装时机及对撑的荷载由监控计算确定。

下横梁分两次进行混凝土浇筑，第一次浇筑6m，第二次浇筑4m，塔柱8号、9号节段与下横梁同步施工。为防止第一层混凝土开裂，在下横梁第二次混凝土施工前，张拉底板部分预应力钢束至设计张拉力的50%。待两层横梁均浇筑完成并达到设计要求的强度和弹模后再张拉全部预应力至设计张拉力。下横梁支架采用落地式钢管桩支架，采用3排5列?1020×12mm钢管立柱。立柱之间设置连接系，采用?426×6mm钢管。支架边支点为钢牛腿，每侧6处。立柱和牛腿顶部设置分配梁、贝雷梁，上铺底模系统。侧模使用钢模板，内腔模板使用盘扣支架+木模板。下横梁施工的同时同步进行支座垫石、走道平台等相关结构预埋施工。

钢锚梁作为空间索面传力的承载结构，要求制造上必须保证锚垫板空间角度。工厂加工制造时应采取合理的工艺方法和组装焊接顺序，将焊接变形控制在公差容许范围之内。钢锚梁与钢牛腿在工厂内匹配制造，制造完成后在厂内预拼，预拼完成后解体运往施工现场进行安装，钢锚梁和钢牛腿采用散拼安装。

钢锚梁及钢牛腿采用ZSL1500动臂塔吊进行安装，最大吊重为39.19t（ML27号钢锚梁），吊距31.5m，起吊能力满足吊装要求（R=32.5m，额定吊重40.7t）。采用四点起吊，以钢丝绳夹角60°受力工况设计，考虑1.1倍冲击系数，6倍安全系数，则破断力F≥1.1×6×11.55=76.3t，选用6×19S+IWR-34-1960钢芯钢丝绳，其破断力为80.7t，满足吊装要求。

钢锚梁底节安装需要设置定位调整装置，以保证底节钢锚梁的精确定位和各方向可调。各钢锚梁节段之间设置匹配件匹配安装。钢锚梁、钢牛腿采用塔吊分别起吊后，在塔上定位支架上组装，采用三向千斤顶精确定位后固定。各层钢牛腿之间留有4cm间隙，每层钢锚梁、钢牛腿独立调整定位后，再与下层的钢牛腿采用连接件焊接固定。

图9 钢锚梁及钢牛腿吊装定位示意图

为防止桥塔混凝土表面出现温度裂纹，采取了以下抗裂技术：

（1）优化混凝土配合比设计。在桥塔高强泵送混凝土中掺加降粘剂，降低混凝土塑性黏度、提高混凝土可泵性和抗裂性。如中塔柱C60混凝土的配合比为水泥∶粉煤灰∶黏度改性材料∶砂∶碎石∶外加剂∶水＝235∶108∶71∶735∶1103∶5.64∶136。混凝土生产时严格控制各原材料质量。

（2）增设防裂钢筋网片。塔座、下横梁混凝土壁较厚的区域、塔柱施工缝及塔面变化处，在其外侧混凝土保护层内增设热镀锌菱形防裂钢板网，符口《钢板网》（GB/T33275-2016），直径4mm，网格尺寸80mm×150mm的镀锌钢筋网片。网片与外侧水平箍筋之间绑扎固定。

（3）加强混凝土的养护。适当延长带模养护时间，确保拆模时，混凝土中部和表面的温差不大于20℃。采取洒水、喷涂养护液、薄膜包裹等措施进行保温保湿养护。非冬期混凝土顶面洒水养护，冬期用蓬布全封闭围护并采用蒸汽养护。

池州长江公铁大桥南桥塔按上述方案进行施工，目前已施工过半，实测桥塔柱线形及外观质量均符合设计及规范要求。