一种曲面弧形混凝土塔施工方法与流程

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体地说涉及一种曲面弧形混凝土塔施工方法。

背景技术：

近年来随着经济和社会发展，国内对城市设施的外观美感要求越来越高，桥梁建筑不仅要满足其基本的功能要求，往往还要综合考虑地理、环境、人文、美学等因素。许多跨越公路铁路、江河湖泊的大跨度、大空间的城市桥梁，作为地标性建筑，其造型日趋多样化和复杂化。

大跨度斜拉桥和悬索桥的主塔不仅是主要的承重构件，也是决定桥梁造型的关键部件。其中曲面弧形混凝土塔得到了许多桥梁建筑师的青睐，但同时对桥梁主塔结构的建造和施工提出更严格的要求。目前对于曲面异型混凝土主塔结构的施工缺乏有关的规范指导，可供借鉴的工程实践经验较少，可供借鉴的工程实践经验较少。同时曲面异型混凝土主塔结构造型复杂，施工、安装难度大，施工精度要求高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现塔线形控制要求及混凝土应力控制要求，并能安全、顺利地合拢的曲面弧形混凝土塔施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种曲面弧形混凝土塔施工方法，塔由双肢塔柱以及塔顶合拢段构成，采用液压爬模法沿着塔柱标高进行分节段逐步施工双肢塔柱，并在双肢塔柱的施工过程中，在双肢塔柱之间安装一根以上的临时横撑，在各塔柱的上端内侧壁分别预埋牛腿作为支点，牛腿上吊装贝雷梁作为塔顶合拢段支撑平台，最后采用膺架法进行混凝土分层浇筑施工完成珙塔合拢。

进一步地，临时横撑由水平横撑和两斜撑构成，呈平放的K形，水平横撑由中间段和两水平段构成，临时横撑的具体安装过程为：在地面将水平横撑的两水平段分别与两斜撑焊接成Y形支架，用塔吊分别将Y形支架焊接到双肢塔柱上的预埋板上，然后吊装水平横撑的中间段，水平横撑的中间段的一端采用法兰盘连接与一侧Y形支架的水平段对接，并拧紧螺栓，另一端采用内径大于水平横撑外径的钢管套与另一侧Y形支架的水平段对接，并进行焊接固定。

进一步地，牛腿的具体预埋过程为：在塔柱的上端内侧壁预埋水平向外悬挑的型钢，并在型钢下部的塔柱的内侧壁通过预埋钢板形成斜向撑杆，从而形成三角形牛腿作为贝雷梁的支点，待塔柱混凝土强度达到要求后进行贝雷梁的吊装。

进一步地，在双肢塔柱的施工过程中，还进行了钢锚梁的安装，钢锚梁的具体安装过程为：利用塔吊进行钢锚梁的吊装，使钢锚梁底座的纵横轴线同施工放样的纵横轴线重合，定位后在钢锚梁伸出肢、钢锚梁端板、钢锚梁拉板与塔柱混凝土结构重合的位置通过PBL键穿入钢筋来固定钢锚梁。

进一步地，贝雷梁的数量在两层以上，并纵横交错布置。

进一步地，双肢塔柱的施工过程包括以下步骤：

(1)钢筋安装，并按照设计要求安装爬梯预埋件及爬模预埋件；

(2)爬模骨架安装；

(3)混凝土浇筑，并在混凝土浇筑完成后进行混凝土养护；

(4)钢筋安装，并按照设计要求安装爬梯预埋件及爬模预埋件；

(5)在液压设备的作用下将爬模模板调整及爬升，之后返回步骤(3)进行混凝土浇筑，直至双肢塔柱完成施工。

进一步地，钢筋安装的具体过程为：先进行竖向主钢筋安装，然后进行箍筋及纵向钢筋、横向钢筋的安装。

进一步地，爬模骨架安装的具体过程为：爬模骨架先在地面拼装完成并验收合格后，再进行整体吊装，安装好各层平台的底梁，铺好各层平台木板，内侧设置安全网一道，外侧设密目防尘网，退模前做好模板与上平台架体的连接，平台的转角部位未爬升时均用木板封闭，以防落物伤人或其它安全事故。

进一步地，混凝土浇筑的具体过程为：混凝土采用卧泵分层浇筑，分层厚度为0.3m，沿水平方向逐渐推进，混凝土采用插入式振捣器振捣。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1、本发明可用于特大斜拉桥双曲面弧形混凝土塔，本方法采用液压爬模法沿着塔柱标高进行分节段逐步施工双肢塔柱，操作方便，安全性高，模板调整方便，从源头上控制了塔柱线型及匹配精度，便于主塔吊装精度控制。

2、本发明在塔柱爬升时，塔柱之间设置临时横撑，实现了特大斜拉桥曲面弧形混凝土塔线形控制要求及混凝土应力控制要求。

3、本发明在拱塔合拢时，通过在双肢塔柱侧壁预埋钢板焊接型钢牛腿作为支点，在其上吊装多层纵横交错的贝雷梁作为塔顶合拢段支撑平台，采用膺架法进行混凝土分层浇筑施工。通过本方法的实施，实现了特大斜拉桥曲面弧形混凝土塔安全、顺利地合拢。

4、本发明在钢锚梁吊装施工时，利用塔吊进行钢锚梁的吊装，采用上下吊索配合钢吊梁进行四点起吊，防止吊装过程中钢锚梁出现过大的应力和变形，实现了特大斜拉桥曲面弧形混凝土塔索套管位置偏差满足设计及规范要求。

5、本发明针对索塔结构施工过程安全控制、施工临时结构优化设计等关键技术问题，开展有关的理论分析和数值模拟研究，经工程实践总结，形成了针对性的技术措施和施工工艺，塔身曲面弧形结构线型满足设计要求，水上、高空大吨位吊装安全可靠，节约成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的施工工艺流程图。

图2为本发明一实施例中的临时横撑结构示意图。

图3为本发明一实施例中的临时横撑安装示意图。

图4为本发明一实施例中的钢锚梁吊装示意图。

图5为图4的右视图。

图6为本发明一实施例中牛腿及贝雷梁的安装示意图。

图7为模板拼装图。

图8为主塔封顶图。

附图中各部件的标记为：111水平横撑的中间段、112水平横撑的水平段、12斜撑、20钢锚梁、31上吊索、3下吊索、33钢吊梁、41型钢、42斜向撑杆、50贝雷梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

以一种具有壮族头饰头巾特色的斜拉索塔为例，该塔由双肢塔柱以及塔顶合拢段构成，本发明一实施例的曲面弧形混凝土塔施工方法采用液压爬模法沿着塔柱标高进行分节段逐步施工双肢塔柱，并在双肢塔柱的施工过程中，在双肢塔柱之间安装一根以上的临时横撑，在各塔柱的上端内侧壁分别预埋牛腿作为支点，牛腿上吊装贝雷梁作为塔顶合拢段支撑平台，最后采用膺架法进行混凝土分层浇筑施工完成珙塔合拢，参见图1，具体包括以下步骤：

(1)钢筋安装

先进行竖向主钢筋安装，然后进行箍筋及纵向钢筋、横向钢筋的安装，主钢筋连接采用直螺纹套筒接头连接方式，接头应错开布置，接头错开至少1m，同一断面接头不得超过该断面主筋数量的1/2，并应严格按施工规范操作；

按照设计图纸及爬模方案要求进行主塔内部爬梯预埋件及爬模预埋件的安装；

(2)爬模骨架安装

爬模骨架先在地面拼装完成并验收合格后，再进行整体吊装，安装好各层平台的底梁，铺好各层平台木板，内侧设置安全网一道，外侧设密目防尘网，退模前做好模板与上平台架体的连接，平台的转角部位未爬升时均用木板封闭，以防落物伤人或其它安全事故；

(3)混凝土浇筑

塔柱混凝土采用卧泵分层浇筑，分层厚度以0.3m为宜，沿水平方向逐渐推进，混凝土采用插入式振捣器振捣，振捣时需快插慢拔，同时要垂直插入混凝土中，严禁用振捣棒拖混凝土布料，振捣棒移动间距不得超过有效工作半径的1.5倍；

凝土浇筑完成后，应在收浆后尽快用土工布覆盖和洒水养护，覆盖时不得损伤或污染混凝土的表面，洒水的次数以能保持混凝土表面经常处于湿润状态为度；

(4)钢筋安装

先进行竖向主钢筋安装，然后进行箍筋及纵向钢筋、横向钢筋的安装，主钢筋连接采用直螺纹套筒接头连接方式，接头应错开布置，接头错开至少1m，同一断面接头不得超过该断面主筋数量的1/2，并应严格按施工规范操作；

按照设计图纸及爬模方案要求进行主塔内部爬梯预埋件及爬模预埋件的安装；

(5)爬模模板调整及爬升

参见图7，塔柱曲面模板根据设计的尺寸和线形要求，在液压设备的作用下将爬模模板调整及爬升，之后返回步骤(3)进行下一节段的混凝土浇筑，直至双肢塔柱完成施工。

本实施例中，塔柱支腿分32个节段，塔柱爬模每爬升4.5m，沿塔柱中心线的两块圆弧段模板从中间对称切除17.3mm，同时塔柱中心线两侧模板向圆弧段挪移；

液压自爬模是以液压为动力，通过油缸提模提杆双作用，使导轨与架体实现互爬，整个爬升过程均不需要任何其它吊升设备，安装及拆除除外。爬模系统施工工艺凝土浇筑完后→拆模后移→安装附墙装置→提升导轨→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→埋件固定模板上→合模→浇筑混凝土；

整个结构仅一次组装，爬升过程中不用再支模、拆模、搭设脚手和运输等工作，混凝土保持连续浇筑，施工速度快，可避免施工缝，同时具有节省大量模板、脚手材料和劳力，减轻劳动强度，降低施工成本，施工安全等优点，实现了特大斜拉桥曲面弧形混凝土塔施工安全和线型质量控制。操作方便，安全性高，曲面可调模板调整方便，不需要高频率更换模板，爬升速度快，提高了工程施工速度，与传统的方法相比，可节省大量模板材料和工时；

(6)合拢段牛腿安装

在塔柱的上端内侧壁预埋水平向外悬挑的型钢41，并在型钢下部的塔柱的内侧壁通过预埋钢板形成斜向撑杆42，型钢41与斜向撑杆42形成三角形牛腿作为贝雷梁50的支点，待塔柱混凝土强度达到要求后进行贝雷梁的吊装，这样能够实现曲面弧形混凝土塔安全、顺利的合拢；

本实施例中，在塔柱侧壁预埋长3m的I45a工字钢，向外悬挑1m与下部斜撑一起形成牛腿，牛腿上先架设12m长的纵向贝雷梁，并用角钢与预埋工字钢焊接固定，然后吊装横向贝雷梁，布置间距0.9m，并焊接固定，然后依次吊装上层纵横向贝雷梁，共吊装8层纵横交错的贝雷梁，贝雷梁两侧横向预留的空间，便于脚手架搭设施工和模板加固；

(7)珙塔合拢

采用膺架法进行混凝土分层浇筑施工，参见图8；

(8)主塔竣工验收

按照《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ 2-2008规范对主塔进行验收。组织人员对主塔混凝土外观质量、垂直度、壁厚、尺寸、预埋件等检查项目进行验收。

本实施例中，参见图2和图3，临时横撑由水平横撑和两斜撑12构成，呈平放的K形，水平横撑由中间段111和两水平段112构成，临时横撑的具体安装过程为：在地面将水平横撑的两水平段分别与两斜撑焊接成Y形支架，用塔吊分别将Y形支架焊接到双肢塔柱上的预埋板上，然后吊装水平横撑的中间段，水平横撑的中间段的一端采用法兰盘连接与一侧Y形支架的水平段对接，并拧紧螺栓，另一端采用内径大于水平横撑外径的钢管套与另一侧Y形支架的水平段对接，并进行焊接固定；

上述临时横撑，保证了施工过程中主塔双肢塔柱的线形及内力控制要求，提高了合拢前双肢塔柱的稳定性，其挠曲变形小，起重吊装简便，用钢量省，大幅度降低了施工难度及安全隐患；在一具体实施例中，双肢塔柱之间共设置两排四道临时横撑，标高分别为32m、50m、75m、95m，采用钢管制作。实现了特大斜拉桥曲面弧形混凝土塔线形控制要求及混凝土应力控制要求。

本实施例中，双肢塔柱的施工过程，还包括钢锚梁的安装，钢锚梁的具体安装过程为：利用塔吊进行钢锚梁的吊装，使钢锚梁底座的纵横轴线同施工放样的纵横轴线重合，然后再对钢锚梁上的索套管的管口坐标进行复测，利用电动葫芦配合塔吊定位钢锚梁，定位后在钢锚梁伸出肢、钢锚梁端板、钢锚梁拉板与塔柱混凝土结构重合的位置通过PBL键穿入钢筋来固定钢锚梁，保证钢锚梁结构在混凝土施工过程中不发生偏移；

根据钢锚梁的结构特点，参见图4和图5，采用上吊索31、下吊索32配合钢吊梁33对钢锚梁20进行四点起吊，防止吊装过程中钢锚梁出现过大的应力和变形。根据设计图纸要求，钢锚梁临时吊点设置在钢锚梁顺桥向两侧，钢锚梁吊装如图3所示；

整体吊装贝雷梁支架避免了风险高、难度大的高空脚手架搭拆作业，消除了大量人员高空攀爬、高空坠物等安全隐患，同时，大幅度缩短了施工周期，实现了特大斜拉桥曲面弧形混凝土塔索套管位置偏差满足设计及规范要求。

本发明针对索塔结构施工过程安全控制、施工临时结构优化设计等关键技术问题，开展有关的理论分析和数值模拟研究，经工程实践总结，形成了针对性的技术措施和施工工艺，塔身曲面弧形结构线型满足设计要求，水上、高空大吨位吊装安全可靠，节约成本。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。