一种H型百米索塔线型控制及快速施工方法与流程

本发明属于桥梁工程施工技术领域，具体涉及一种h型百米索塔快速施工方法。

背景技术

目前，高速铁路大跨度斜拉桥工程中的混凝土h型塔柱结构下塔柱、下横梁及上横梁一般采用定型钢模板浇筑施工，中塔柱和上塔柱则一般采用液压爬模法施工。施工过程中的工况变化一般需要提前计算，并根据计算结果提前对结构强度较薄弱部分采取应对措施。但由于塔柱结构一般为倾斜变截面结构，所以，其线型控制为施工过程中的难题，在液压爬模施工阶段，由于架体本身结构限制，一般采用先张拉后爬模的施工顺序进行施工，延长了施工时间，不利于发挥爬模施工的效率性和便捷性。

技术实现要素：

本发明一种h型百米索塔线型控制及快速施工方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种安全可靠和提高结构施工效率的h型百米索塔线型控制及快速施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种h型百米索塔线型控制及快速施工方法，用于h型百米索塔，h型百米索塔包括塔柱、索导管、下横梁，下横梁设置在塔柱的下部，索导管部分与塔柱固定相连，塔柱的截面为变截面形式，包括以下步骤：

s1.建模计算、bim碰撞检查：在塔柱施工前期采用有限元软件对塔柱模型进行受力分析计算，对塔柱进行bim建模，对塔柱建模进行碰撞检测；

s2.模型调整优化：通过模型计算结果确定下横梁采用分批张拉来减小结构自重及工况变化因素对塔柱线型的影响；

s3.劲性骨架预应力构件整体吊装：把预应力构件安装定位到劲性骨架上，然后将劲性骨架和预应力构件整体吊装到塔柱上；

s4.安装定位索导管：将索导管吊装在劲性骨架上，先对索导管的底端中心点放样，再对顶部中心点定位；

s5.安装主筋：在劲性骨架上标记出浇筑节段顶面标高位置并在标记线位置下方焊接几根钢筋条，钢筋条用于放置变截面结构钢筋定位卡槽，然后把变截面结构钢筋定位卡槽吊装到劲性骨架上方进行安装，再进行主筋安装；

s6.液压爬模架体爬升：在塔柱侧壁安装液压爬模架，先爬模，然后采用内卡式千斤顶对锚具进行张拉；

s7.安装箍筋、预埋件；箍筋依次由内向外，由下向上布置，预埋件在现场施工中按图纸要求位置预埋；

s8.上一节段预应力构件张拉；对上一次浇筑完成的混凝土节段进行预应力张拉；

s9.安装模板：首先安装外模，然后安装内模；

s10.浇筑混凝土：混凝土浇筑采用泵送，泵送至浇筑节段后，利用混凝土布料器进行均匀布料，重复步骤s3至本步骤，直至塔柱施工完成。

进一步，所述步骤s3中的预应力构件包括锚具、波纹管和钢绞线，步骤s3包括以下步骤：

s31.制作劲性骨架，在制作好的劲性骨架上标记出锚具和波纹管的位置，然后在地面上将钢绞线穿设入波纹管中，并使用泡沫胶封固波纹管的端口；

s32.将锚具整体放在劲性骨架的两端，在劲性骨架上增加支撑钢筋，支撑钢筋在垂直于每根波纹管的周围上布设2-4根，利用角钢焊接于劲性骨架上，将锚具端部的锚固段定位，然后将劲性骨架和预应力构件整体吊装到塔柱上。

进一步，所述步骤s4中的十字工装为3d打印制成。

进一步，所述步骤s4中的中心点定位包括以下步骤：

将十字工装完全贴合于索导管内壁放置，然后将棱镜支立于十字工装中心位置进行放样，利用角钢支立于已浇筑完成的塔柱保护层顶面上，并将施工线捆绑于角钢上，对索导管底端定位，利用施工线拉成一个十字形状，作一个中心点的临时定位点，然后用手拉葫芦将索导管固定，这时，将另一个十字工装放置于索导管上口进行顶端中心点定位，索导管顶端中心点定位的同时需满足底端中心点与施工线中心点对位。

进一步，所述步骤s5中的变截面结构钢筋定位卡槽能够通过内部的可拆卸连接部分改变环绕面积的大小，适应塔柱在不同高度下截面的尺寸变化；变截面结构钢筋定位卡槽包括外侧整体加工槽和内侧整体加工槽，外侧整体加工槽和内侧整体加工槽通过若干根连接杆件相连，外侧整体加工槽和内侧整体加工槽上设置有多个相互通过螺栓连接的标准连接段。

进一步，所述步骤s6中的所述液压爬模架包括平台盖板，平台盖板的一端通过合页与折板铰接，所述步骤s6包括以下步骤：

s601.用受力螺栓将附墙装置紧固于墙上，拆除外搭设的脚手架，并清理干净；

s602.外爬架单片在地面先组装好，然后用塔吊逐个吊装，使架体与埋件紧固连接，用钢梁把单面墙体上的架体连接成整体，形成一个操作平台，并进行平台铺板

s603.将导轨从埋件挂座中穿进扣好，导轨挂钩与附墙装置紧固连接，将液压系统上换向盒通过导轨于三脚架主梁连接；

s604.在承重三角架体下挂接立杆，在内外立杆上安装槽钢并铺设平台及防护；

s605.在承载平台上安装好模板架，并用钢梁使每两个架体形成一个整体，安装后移装置及模板；

s606.等待当前节段混凝土凝结以达到爬模要求强度；

s607.将爬锥用安装螺栓固定在模板上，爬锥孔内抹黄油后拧紧高强螺杆，预埋件拧在高强螺栓的另一端；

s608.将上下换向盒内的换向装置同时调整为向上，换向装置上端顶住导轨，将导轨向上顶升，导轨就位后将其固定；

s609.将折板折叠，为架体爬升过程中钢绞线通过预留足够空间；

s610.收起平台盖板，爬升前将盖板折叠起来，为爬升过程中波纹管通过预留足够空间；

s611.导轨固定后，将上下换向盒内的换向装置调整为向下，换向装置下端顶住导轨，提升架体使模板升到上一层；

s612.架体爬升后利用中平台及吊平台进行锚具张拉、压浆、封锚，同时利用上部架体进行钢筋绑扎作业，锚具张拉采用内卡式千斤顶；

s613.合模、浇筑：安装模板，浇筑混凝土；

s614.采用与液压爬模的一体式环向自动喷淋系统进行喷淋养护；

s615.导轨提升就位后拆除下层的附墙装置及爬锥，周转使用。。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1.本发明方法提高了斜拉桥塔柱线型控制精度；

2.本发明方法提高了斜拉桥塔柱施工质量；

3.本发明方法提高了斜拉桥塔柱施工效率。

附图说明

图1为本发明方法实施流程图；

图2为本发明中的塔柱的立体结构示意图；

图3为本发明中的塔柱的内部结构示意图；

图4为本发明方法中施工立体示意图；

图5为本发明中劲性骨架和预应力构件的整体示意图；

图6为本发明方法中施工平面示意图；

图7为本发明中索导管的结构示意图；

图8为本发明中变截面结构钢筋定位卡槽的结构示意图；

图9为本发明中液压爬模架的平台盖板的结构示意图。

图中，1-塔柱；2-下横梁；3-索导管；4-波纹管；5-锚具；6-劲性骨架；7-连接杆件；8-外侧整体加工槽；9-内侧整体加工槽；10-标准连接段；11-平台盖板；12-折板；13-合页。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步的说明。

如图1-图4所示，本发明一种h型百米索塔线型控制及快速施工方法，用于h型百米索塔，h型百米索塔包括塔柱1、索导管3、下横梁2，下横梁2设置在塔柱1的下部，索导管3部分与塔柱1固定相连，塔柱1的截面为变截面形式，包括以下步骤：

s1.建模计算、bim碰撞检查：在塔柱施工前期采用有限元软件对塔柱模型进行受力分析计算，对塔柱1进行bim建模，对塔柱建模进行碰撞检测；

本步骤中模拟分析计算不仅要考虑结构本身成桥受力作用，还需要考虑施工过程中的的工况变化。另外一方面，工程在施工前引入bim技术，用于辅助工程施工的技术管理工作；

s2.模型调整优化：通过模型计算结果确定下横梁2采用分批张拉来减小结构自重及工况变化因素对塔柱线型的影响；

本步骤在施工过程中，在主塔每一节段施工前通过bim模型提前建模碰撞，提前调整碰撞部位，为后期施工节约了大量时间和劳动力；

s3.劲性骨架预应力构件整体吊装：如图5-图7所示，把预应力构件安装定位到劲性骨架6上，然后将劲性骨架6和预应力构件整体吊装到塔柱1上；

预应力构件包括锚具5、波纹管4和钢绞线，步骤s3包括以下步骤：

s31.制作劲性骨架6，在制作好的劲性骨架6上标记出锚具5和波纹管4的位置，然后在地面上将钢绞线穿设入波纹管4中，并使用泡沫胶封固波纹管4的端口；

s32.将锚具5整体放在劲性骨架6的两端，在劲性骨架6上增加支撑钢筋，支撑钢筋在垂直于每根波纹管4的周围上布设2-4根，利用角钢焊接于劲性骨架6上，将锚具5端部的锚固段定位，然后将劲性骨架6和预应力构件整体吊装到塔柱1上。

支撑钢筋为hpb400直径13mm精轧螺纹钢。

本步骤采用这种方式进行预应力构件整体吊装，一方面可减少劲性骨架吊装次数，缩短了吊装时间；另一方面，预应力整体吊装降低了液压爬模作业空间的限制，缩短了穿设钢绞线和安装波纹管的时间，并且提高了预应力的安装精度。

s4.安装定位索导管3：将索导管3吊装在劲性骨架6上，先对索导管3的底端中心点放样，再对顶部中心点定位；

十字工装为3d打印制成（打印精度0.001mm-0.005mm），步骤s4中的中心点定位包括以下步骤：

将十字工装完全贴合于索导管3内壁放置，然后将棱镜支立于十字工装中心位置进行放样，利用角钢支立于已浇筑完成的塔柱保护层顶面上，并将施工线捆绑于角钢上，对索导管3底端定位，利用施工线拉成一个十字形状，作一个中心点的临时定位点，然后用手拉葫芦将索导管3固定，这时，将另一个十字工装放置于索导管3上口进行顶端中心点定位，索导管3顶端中心点定位的同时需满足底端中心点与施工线中心点对位。

使用该种方法进行索导管定位大大提高了索导管定位精度，加快了索导管定位效率。

s5.安装主筋：在劲性骨架6上标记出浇筑节段顶面标高位置并在标记线位置下方焊接几根钢筋条，钢筋条用于放置变截面结构钢筋定位卡槽，然后把变截面结构钢筋定位卡槽吊装到劲性骨架6上方进行安装，再进行主筋安装；

如图8所示，步骤s5中的变截面结构钢筋定位卡槽能够通过内部的可拆卸连接部分改变环绕面积的大小，适应塔柱1在不同高度下截面的尺寸变化；变截面结构钢筋定位卡槽包括外侧整体加工槽8和内侧整体加工槽9，外侧整体加工槽8和内侧整体加工槽9通过若干根连接杆件7相连，外侧整体加工槽8和内侧整体加工槽9上设置有多个相互通过螺栓连接的标准连接段10。

s6.液压爬模架体爬升：在塔柱侧壁安装液压爬模架，先爬模，然后采用内卡式千斤顶对锚具5进行张拉；

如图9所示，液压爬模架包括平台盖板11，平台盖板11一端通过合页13与折板12铰接，步骤s6包括以下步骤：

s601.用受力螺栓将附墙装置紧固于墙上，拆除外搭设的脚手架，并清理干净；

s602.外爬架单片在地面先组装好，然后用塔吊逐个吊装，使架体与埋件紧固连接，用钢梁把单面墙体上的架体连接成整体，形成一个操作平台，并进行平台铺板

s603.将导轨从埋件挂座中穿进扣好，导轨挂钩与附墙装置紧固连接，将液压系统上换向盒通过导轨于三脚架主梁连接；

s604.在承重三角架体下挂接立杆，在内外立杆上安装槽钢并铺设平台及防护；

s605.在承载平台上安装好模板架，并用钢梁使每两个架体形成一个整体，安装后移装置及模板；

s606.等待当前节段混凝土凝结以达到爬模要求强度；

s607.将爬锥用安装螺栓固定在模板上，爬锥孔内抹黄油后拧紧高强螺杆，预埋件拧在高强螺栓的另一端；

s608.将上下换向盒内的换向装置同时调整为向上，换向装置上端顶住导轨，将导轨向上顶升，导轨就位后将其固定；

s609.将折板12折叠，为架体爬升过程中钢绞线通过预留足够空间；

s610.收起平台盖板11，爬升前将盖板折叠起来，为爬升过程中波纹管4通过预留足够空间；

s611.导轨固定后，将上下换向盒内的换向装置调整为向下，换向装置下端顶住导轨，提升架体使模板升到上一层；

s612.架体爬升后利用中平台及吊平台进行锚具5张拉、压浆、封锚，同时利用上部架体进行钢筋绑扎作业，锚具5张拉采用内卡式千斤顶；

s613.合模、浇筑：安装模板，浇筑混凝土；

s614.采用与液压爬模的一体式环向自动喷淋系统进行喷淋养护；

s615.导轨提升就位后拆除下层的附墙装置及爬锥，周转使用。

s7.安装箍筋、预埋件；箍筋依次由内向外，由下向上布置，预埋件在现场施工中按图纸要求位置预埋；

s8.上一节段预应力构件张拉；对上一次浇筑完成的混凝土节段进行预应力张拉；

s9.安装模板：首先安装外模，然后安装内模；

s10.浇筑混凝土：混凝土浇筑采用泵送，泵送至浇筑节段后，利用混凝土布料器进行均匀布料，重复步骤s3至本步骤，直至塔柱施工完成。

本发明线型控制主要通过两方面来实现：

一、通过测量手段来进行控制。该过程主要包括：劲性骨架定位时的测量控制，模板安装时的测量控制。劲性骨架通过放样当前施工节段底轮廓与顶轮廓来定位；模板安装时通过精确放样结构外轮廓来控制结构线型。

二、通过主筋定位卡槽进行线型控制。

对于变截面形式的桥塔，采用变截面结构钢筋定位卡槽，根据变截面结构尺寸变化，结构钢筋数量逐渐减少，通过拆除中间连接标准段，再将其余部分进行拼装，可达到减小定位卡槽尺寸，控制变截面主筋定位精度的目的，根据变截面不同尺寸的变化，可按照需求进行加工标准连接段，精确控制变截面结构钢筋定位。

快速施工从以下五个方面实现：

一、建模计算，bim碰撞检查

塔柱受力分析采用软件为：midasfea3.60及midascivil8.32。索塔模型根据施工进度模拟索塔施工，并考虑成桥后10年的收缩徐变。根据中塔结构受力计算结果，需设置两道横撑，用于支撑内向悬臂倾斜的中塔柱，以控制塔柱线型。通过计算，为保证塔柱中线及设计偏差在允许的要求范围内，需要控制安装各个横撑时的起顶力及横撑的最大内力。索塔混凝土结构采用四面体单元模拟计算，确定预应力采用分批张拉，以此减小预应力张拉对中塔柱线形造成的影响。下横梁预应力钢筋采用三维线单元模拟（实体中的桁架）。斜拉索荷载及钢箱梁通过支座传递给下横梁的集中荷载采用节点荷载施加。其中预应力钢绞线控制应力为1320mpa，松弛系数0.026，预应力与管道的摩擦系数为0.3，管道每米局部偏差摩擦系数为。

二、模型调整优化

工程通过模型计算结果确定施加横撑位置，并确定下横梁采用分批张拉来减小结构自重及工况变化等因素对塔柱线型的影响。调整导梁拼装方案。塔柱施工前按照设计图纸进行bim建模，建模内容包括主筋、预应力、预埋件，然后分类别进行碰撞（即：钢筋与预应力碰撞，钢筋与预埋件碰撞，预埋件与预应力碰撞），并在模型中将有效碰撞在满足设计要求的情况下进行位置调整（一般情况为：钢筋避让预应力及预埋件，预埋件避让预应力），最后将碰撞结果以报告形式导出，指定专人负责落实。

三、劲性骨架预应力整体吊装

四、索导管定位

五、改装液压爬模施工

采用的液压爬模基于原设计液压爬模进行改装而成。（1）液压爬模针对塔柱变截面爬升后平台产生缝隙这一缺点进行改装，将架体横杆改装成伸缩套管形式，并将平台盖板设置为可折叠形式连续盖板，这样架体宽度便可在爬升后和平台一起做出适应截面形式的改变；（2）针对架体爬升时因后退距离不够导致预留钢绞线阻挡，不能爬升的问题，由于塔柱预应力采用单段张拉，为尽量减小预留钢绞线长度满足张拉前架体爬升需求，改为采用内卡式千斤顶进行张拉，其次主操作平台与液压操作平台盖板塔壁侧30cm部分改装为折叠盖板，折叠盖板通过合页连接。这样在架体爬升过程中，平台就可以预留出70-80cm的空间，使钢绞线顺利通过，即使得先爬模后张拉这种施工方式可以实现。也就是说采用先爬模后张拉这一方法可以为单一节段塔柱施工节约出6-7天时间。考虑到爬模后已浇筑节段的混凝土养护未达到养护期，在爬模主操作平台盖板下安装定时自动喷淋养护系统，其原理与草坪定时喷灌相似。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。