【摘要】本文介紹了國內(nèi)第一斜拉橋南京長江二橋南北主塔預(yù)應(yīng)力真空輔助吸漿工藝、中塔柱橫撐方案、勁性骨架安裝等在塔柱施工中的方案選擇與工藝應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】南京長江二橋南汊大橋
索塔 真空輔助吸漿 橫撐 勁性骨架 施工爬架
一、前言
南京長江二橋南汊大橋南、北主塔于1998年12月18日澆注第一次索塔混凝土，至1999年10月10日勝利封頂，歷時(shí)十個(gè)月，共計(jì)完成19082m3C50混凝土澆注任務(wù)，高速度、高標(biāo)準(zhǔn)建成近200m高南、北兩座索塔。且無論是內(nèi)在質(zhì)量還是表面外觀質(zhì)量都上了一個(gè)新的臺階。
二、索塔構(gòu)造
索塔采用空間倒Y形，底面高程-5.00m，頂面高程+190.4m，總高度為195.41m。索塔包括下、中、上塔柱和橫梁，以及索塔附屬結(jié)構(gòu)設(shè)施。下塔柱高度
35.11m，內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面的斜率分別為1：2.7383，1：3.4021，順橋向、橫橋向斷面尺寸由
12.0m*7.0m向上漸變至7.5m*4.5m；中塔柱高度95.30m，斜率為1：5．8395，斷面尺寸為7.5m*4.5m；上塔柱為相互平行、豎直向上的分離雙柱，高度
65m，斷面尺寸7.5m*4.5m不變，其內(nèi)有 92道 U形預(yù)應(yīng)力筋，40對斜拉索鋼套筒。上橫梁和中橫梁的長度均為
5.0m，斷面尺寸均為7.1m（寬度）*6.0m（高度），下橫梁的長度為46.64m，斷面尺寸為7.56m（平均寬度）*8.0m（高度）。
三、垂直運(yùn)輸設(shè)備及其布置方案的選擇
塔吊和電梯是斜拉橋索塔施工垂直運(yùn)輸必不可少的設(shè)備，已有的高索塔垂直運(yùn)輸設(shè)備布置方案有：一臺塔吊布置在塔位中心，穿過橫梁，或是-臺塔吊布置在索塔上、下游塔柱的一側(cè)，另一側(cè)布置電梯，隨索塔升高而升高。另一種方案是由兩臺塔吊和兩部電梯分別依附上、下游塔柱，并服務(wù)于各自的塔柱。
南京二橋南汊橋南、北索塔均處于水深流急的長江主航道，其圬工體積達(dá)到10000余m3，高達(dá)195.41m。施工人員和施工用材都是交通船駁送到塔位，再由垂直運(yùn)輸設(shè)備送到塔柱施工段。如果把塔吊布置在塔位中心，那樣，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段將穿過下、中、上橫梁。不但給橫梁施工帶來不便和不必要的浪費(fèi)，而且今后處理橫梁混凝土表面也很麻煩，特別是綜合上部結(jié)構(gòu)施工，需要在上橫梁上安裝一臺塔吊，這樣，采用該方案顯然不合適。另外，下橫梁長達(dá)46.64m，中塔柱斜率大，上塔柱凈距只有
5.0m，考慮施工空間和塔吊最小吊距，上、下游各布一臺的方案也不現(xiàn)實(shí)（相互沖突，不能發(fā)揮塔吊的起重優(yōu)勢）。
根據(jù)已有設(shè)備，綜合施工條件，我們選用一臺起吊能力為240t·m的ZSC4060全液壓塔吊安裝在距索塔中心線675m的岸側(cè)，施工電梯安裝在塔吊對稱位置的江側(cè)。這一方案不僅克服了以上方案的不足，還可以充分發(fā)揮其起吊能力大的優(yōu)勢。
四、模板工程
南京二橋南汊橋南、北索塔為非對稱六邊形箱形斷面，下塔柱還是雙向變截面，加之索塔斜率大，對模板的排例布置帶來一定的困難，考慮塔柱在施工節(jié)段勁性骨架自身的抗傾能力，還有國產(chǎn)9m長標(biāo)準(zhǔn)鋼筋，施工節(jié)段的高度定為4.5m，整個(gè)素塔共分43個(gè)流水段。充分發(fā)揮大鋼模周轉(zhuǎn)次數(shù)多的優(yōu)勢，保證精品工程索塔外觀質(zhì)量。下塔柱和上塔柱共用部分模板，再增加一些變截面收分模配合使用；中塔柱模板按中塔柱傾斜度制成平行四邊形，每節(jié)模板
2．25m高，共分
3節(jié)，每次整體提升翻模兩節(jié)，內(nèi)模亦如此，立在已澆注混凝土塔柱頂口錨固模板上，澆注混凝土高度為4.5m。
索塔下橫梁采用支架現(xiàn)澆施工（如圖 1），4個(gè)φ3.4m鋼護(hù)筒和
6根φ1.2m鋼管樁同四組貝雷架共同組成下橫梁施工主要承重結(jié)構(gòu)，并用兩束預(yù)應(yīng)力拉住下塔柱頂四?；炷练謨蓪訚沧?，每層4.0m高，當(dāng)?shù)谝粚踊炷翉?qiáng)度達(dá)到80％以后張拉部分預(yù)應(yīng)力，以便第二層混凝土荷載由第一層混凝土和支架共同承擔(dān)。中、上橫梁通過在塔身預(yù)埋的牛腿搭設(shè)支架施工。
五、施工爬架
由于索塔所處場地限制、塔柱傾斜等原因，下塔柱施工依附雙壁銅圍堰塔設(shè)腳手支架，中、上塔往采用施工爬架作為施工平臺。
根據(jù)塔柱的截面形狀特點(diǎn)，綜合考慮垂直運(yùn)輸條件、塔吊附著、上、中、下橫梁施工人員的登高條件等因素，索塔施工爬架擬在中塔柱開始應(yīng)用，在中塔柱等一次施工節(jié)段上開始組裝，中間經(jīng)過中橫梁轉(zhuǎn)向爬升直至施工頂部。
中塔柱四側(cè)布置爬架，上塔柱三側(cè)布置（內(nèi)側(cè)空間不夠，搭設(shè)腳手支架），每個(gè)塔肢布置四個(gè)架體，分別為P1，P2架兩種類型，P1，P2架體分別由附墻段、工作段、導(dǎo)向機(jī)架、接長架等幾部分組成。
爬架在提升前要用葫蘆拉緊錨固段模板吊環(huán)，使架體受力，拆除爬架固定螺栓，然后均勻推進(jìn)伸縮腳輪，使爬架附墻段離開塔面2～3cm，最后均勻拉緊葫蘆，使架體上升，架體到位后退回伸縮腳輪，調(diào)節(jié)吊點(diǎn)的松緊度，使架體下部先緊貼塔面，再調(diào)整爬架位置，對準(zhǔn)固定螺栓孔位，將M2445號鋼螺栓擰進(jìn)塔體中預(yù)埋的H形錐形螺母中，使附墻框緊貼塔面，一個(gè)爬升周期完成。
六、勁性骨架方案
勁性骨架作為索塔施工導(dǎo)向、鋼筋定位、模板固定之用，也是上塔柱U柱形預(yù)應(yīng)力PT-plus塑料波紋管和斜拉索鋼套管定位安裝必不可少的。該結(jié)構(gòu)采用A3鋼板及型鋼，設(shè)計(jì)鋼材用量先后為77kg／m3混凝土、65kg／m3混凝土、60kg／m3混凝土，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，不但節(jié)約了鋼材，還加快了工程進(jìn)度。
起初勁性骨架設(shè)計(jì)為
4.5m高，豎向分成四塊，安裝時(shí)一塊塊往已安裝好的勁性骨架上接高，每次接高兩節(jié)8塊9m高，澆注塔柱混凝土兩次。該種勁性骨架安裝方法的缺點(diǎn)是：每塊骨架在沒有安裝定位前不能放松吊點(diǎn)，占用吊點(diǎn)時(shí)間長，影響進(jìn)度。于是把骨架設(shè)計(jì)加工成9m高。豎向仍為四塊，相對以前方案已經(jīng)是節(jié)約了時(shí)間，但仍然占用吊點(diǎn)時(shí)間比較長。隨后又先后修改骨架設(shè)計(jì)為4.5m高和6.0m高整體全斷面吊裝方案，最后我們把每節(jié)骨架6m高整體全斷面吊裝定為施工方案，每次安裝兩節(jié)，選用12m長鋼筋，鋼筋接長采用冷擠壓鋼套筒工藝；斜拉索鋼套管棄用了傳統(tǒng)測量定位方法，開發(fā)利用“斜拉索鋼套管測量定位方法”專利技術(shù)，大大加快工程進(jìn)度，提高勞動效率。
七、混凝土配合比選擇
索塔泵送混凝土垂直運(yùn)輸采用水土攪拌站，利用德產(chǎn)SCHWING3000型輸送泵一次泵送到位。輸送泵管沿著塔柱由下往上接高，由于泵送高度達(dá)到190m，混凝土既要求強(qiáng)度達(dá)到50MPa以上，又要求保持一定的流動性，保證混凝土能夠一次泵送到位，因此我們根據(jù)不同泵送高度、不同施工季節(jié)，經(jīng)過試驗(yàn)對比，選擇了不同的配合比，不同外摻劑和不同粗骨料粒徑（詳見表1）。
八、中塔柱橫撐施工方案選擇
南京二橋南汊橋索塔中塔柱95.30m高，斜率1：5.8395，處于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度最大索塔行列，由于索塔兩柱逐漸往上施工過程將形成（中塔柱）大斜率懸臂受力狀態(tài)，因此必須對中塔柱分階段設(shè)置水平橫撐以抵抗斜柱懸臂所造成的中塔柱底段外側(cè)出現(xiàn)較大混凝土拉應(yīng)力，避免出現(xiàn)混凝土裂縫。此外，隨著塔柱升高而升高的塔吊和電梯需要隔段設(shè)置附著，因此中塔柱橫撐亦須滿足塔吊和電梯附著技術(shù)要求。
傳統(tǒng)的索塔施工是在兩柱之間搭設(shè)滿堂支架，國內(nèi)外普遍適用的方法也是逐段設(shè)置被動力橫撐的方法，如此設(shè)置在水平橫撐解除后，經(jīng)受力分析和試驗(yàn)檢測得出塔柱根部外側(cè)的殘余應(yīng)力仍然很大。為避免這一不利情況出現(xiàn)，采用了設(shè)置主動力橫撐方法。
如果橫撐的道數(shù)過多，剛度大，則在拆除時(shí)由于結(jié)構(gòu)內(nèi)力將多次重分配，導(dǎo)致應(yīng)力集中，給拆卸帶來困難，同時(shí)耗材也多；如果橫撐道數(shù)過少，剛度小，則又不能達(dá)到控制索塔位移與內(nèi)力的目標(biāo)。為此，我們經(jīng)過多次計(jì)算分析，得出五道橫撐方案，每道橫撐由四根相同的鋼管水平設(shè)置；每兩根并排為一組，鋼管直徑609mm，壁厚為11mm。
事先設(shè)計(jì)橫撐一端與塔柱固結(jié)，另一端施力。考慮減少水平橫撐自重?fù)隙群妥杂砷L度，增加核撐的整體剛度，方便橫撐的架設(shè)和施工，方案改成在下橫梁上加設(shè)4根豎向鋼管柱，橫撐分別支承在立柱牛腿上，中間斷開，兩端固結(jié)在塔柱上，待主動力施加完畢，再將橫撐中間連接好。其間用型鋼連接成桁架，有利于抵抗塔吊和電梯水平作用力（如圖3）。
施工過程中的施力，塔柱變位和應(yīng)力變化等檢測數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)要求，證明水平主動橫撐方案是可行的。
九、塔柱預(yù)應(yīng)力管道壓漿工藝和留孔材料選擇
南京二橋南汊橋南北索塔的上、中、下橫梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，上塔柱拉索區(qū)設(shè)有92道
U形預(yù)應(yīng)力筋，彎曲半徑
1.55m。
設(shè)計(jì)要求預(yù)應(yīng)力管道采用真空吸漿工藝。考慮國內(nèi)傳統(tǒng)普通壓漿工藝的成熟性，且真空吸漿工藝在國內(nèi)采用尚屬首次，經(jīng)研究決定用對比試驗(yàn)論證選擇工藝，同時(shí)也對金屬波紋管、薄壁無縫鋼管、PT－plus塑料波紋管三種不同留孔材料在小半徑下安裝定位、張拉等施工工藝進(jìn)行對比試驗(yàn)，為U形預(yù)應(yīng)力留孔材料的選擇提供了技術(shù)性參考。對比試驗(yàn)在南京二橋南汊橋上塔柱1：1模型上進(jìn)行。真空吸漿工藝是這樣的：關(guān)閉壓漿端密封蓋壓漿球閥，出漿端球閥已打開，真空泵開啟，并把管道真空度抽至1000mmbar以上，打開壓漿端球閥開始壓漿。維持真空泵開啟至出漿端球閥透明喉管吸進(jìn)水泥漿，關(guān)閉球閥3（同時(shí)關(guān)閉真空泵），讓水泥漿流進(jìn)廢漿桶，關(guān)閉球閥2，開啟出漿端密封蓋上的出氣孔。待水泥漿流出順暢時(shí)關(guān)閉出氣孔，持壓lmin，關(guān)閉壓漿端進(jìn)漿球閥，一個(gè)壓漿流程完成。
1.孔道灌漿試驗(yàn)結(jié)果（表2）
工藝評價(jià)：普通壓漿每孔壓漿至出漿約需7min，穩(wěn)壓2min，共9min。真空吸漿工藝先用真空泵抽孔道內(nèi)空氣至真空度達(dá)到0.1MPa時(shí)需要2min，孔道壓漿至出漿需
4min，持壓lmin，共7min，顯然速度比較快，而且可以事先抽掉孔道內(nèi)空氣，關(guān)閉閥門保持真空度1000mmbar。
2.關(guān)于預(yù)應(yīng)力孔道摩阻系數(shù)K，μ值
實(shí)測結(jié)果表明：無縫鋼管正反方向摩阻損失偏差較小，但摩阻系數(shù)為
0.36；金屬波紋管正、反向摩阻損失偏差較大，正向摩阻損失較小，反向摩阻損失較大，摩阻系數(shù)為0.24；PT-plus塑料波紋管摩阻系數(shù)為
0.20，為最小，反向測試的摩阻系數(shù)比正向摩阻系數(shù)還小，從摩阻系數(shù)測試結(jié)果及有關(guān)數(shù)據(jù)分析，索塔成孔材料采用PT－Plus塑料波紋管較為理想。
PT－Plus塑料波紋管強(qiáng)度大，不易損壞（焊渣燒不壞，人踩不扁），成孔有保證，但對于小半徑成形安裝有困難，材料供應(yīng)商也是第一次碰到，如果不解決安裝問題，特別是高空作業(yè)，
肯定影響工程進(jìn)度。通過不斷摸索和對材料特性的認(rèn)識，我們按設(shè)計(jì)要求制成半徑為1.55m半
U形管孔道模，把PT-lus塑料波紋管住孔道模內(nèi)強(qiáng)迫就位，再用噴燈加熱使其成形，安裝時(shí)用連接器把兩根半U(xiǎn)形管連接定位到勁性骨架設(shè)計(jì)位置。這樣，不但把PT-Plus塑料波紋管安裝難的問題解決了，而且把高空作業(yè)變成了地面作業(yè)，行之有效。
十、結(jié)束語
高塔施工除了進(jìn)行嚴(yán)密的勞動組織外，關(guān)鍵要根據(jù)實(shí)際情況，在施工工藝上進(jìn)行突破，在技術(shù)上對方案進(jìn)行謹(jǐn)慎分析比較，高空、立體、平行、交叉作業(yè)才有可靠保證。南京二橋斜拉橋索塔施工充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的特殊功效和新技術(shù)新工藝的特殊作用，創(chuàng)造了日平均澆注索塔
2．25m高度的新記錄。全液壓 ZSC4060塔吊一次起吊全斷面
6m高勁性骨架、4.5m
高大鋼模15t重P1施工爬架；德國SCHWING混凝土輸送泵一次送混凝土190m高；預(yù)應(yīng)力PT一Plus塑料波紋管高空作業(yè)變成地面操作工藝；預(yù)應(yīng)力真空輔助吸漿工藝；“斜拉橋斜拉索套管測量定位法”專利技術(shù)等都是南京二橋南江橋南北索塔高速度、高標(biāo)準(zhǔn)建成的前提條件。
