斜拉桥混凝土索塔施工实用工艺工法

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斜拉桥混凝土索塔施工工艺工法

（QB/ZTYJGYGF-QL-0601-2011）

桥梁工程有限公司廖文华罗孝德

1 前言

1.1 工艺工法概况

斜拉桥的主塔承受的荷载主要有：塔身自重力、拉索传递的水平及竖向分力、风力、地震力等。这些力在塔身上产生的综合效应为沿桥塔纵横向的水平剪力和弯矩，以及轴向压力等。

一般斜拉桥的顺桥布置形式基本为单柱式、倒Y形、A字形等，如下图所示。

图1 塔柱形式（顺倾向）

a)单柱式；b) 倒Y形；c) A字形

索塔沿横桥向的布置主要有：柱式、门式、A字形、倒Y形、菱形（宝石形）等，如下图所示。

图2 塔柱形式（横倾向）

a)柱式；b)、 c)门式；d) A字形；e)倒Y形；f)菱形（宝石形）

本工法以重庆巫奉高速公路何家坪特大桥花瓶型(门式)钢筋混凝土索塔施工为依托，全面阐述斜拉桥索塔施工所采用的先进施工技术和施工工艺特点。

1.2 工艺原理

1.2.1索塔的施工可视其结构、体形、材料、施工设备和设计要求综合考虑，选用适合的方法。裸塔施工宜用爬模法，横梁较多的高塔，宜采用劲性骨架挂模提升法。

1.2.1斜拉桥施工时，应避免塔梁交叉施工干扰。必须交叉施工时应根据设计和施工方法，采取保证塔梁质量和施工安全的措施。

1.2.2斜塔柱施工时，必须对各施工阶段塔柱的强度和变形进行计算，应分高度设置横撑，使其线形、应力、倾斜度满足设计要求并保证施工安全。

1.2.3索塔横梁施工时应根据其结构、重量及支撑高度，设置可靠的模板和支撑系统。要考虑弹性和非弹性变形、支承下沉、温差及日照的影响，必要时，应设支承千斤顶调控。体积过大的横梁可分两次浇筑。

1.2.4索塔混凝土现浇，应选用输送泵施工，超过一台泵的工作高度时，允许接力泵送，但必须做好接力储料斗的设置，并尽量降低接力站台高度。

1.2.5必须避免上部塔体施工时对下部塔体表面的污染。

1.2.6索塔施工必须制定整体和局部的安全措施，如设置塔吊起吊重量限制器、断索防护器、钢索防扭器、风压脱离开关等；防范雷击、强风、暴雨、寒暑、飞行器对施工影响；防范吊落和作业事故，并有应急的措施；应对塔吊、支架安装、使用和拆除阶段的强度稳定等进行计算和检查。

2 工艺工法特点

2.1 翻模工艺

模板制造简单，构件种类少，可根据施工起吊能力、索塔造型进行分块，施工缝易于处理，外观美观，施工速度快。

图3 翻模提升示意图

2.2 液压自爬模工艺

爬升稳定性好，操作方便，安全性高，可节省大量工时和材料。一般情况下

爬模架一次组装后,一直到顶不落地,节省了施工场地,而且减少了模板的碰伤损毁。结构施工误差小,纠偏简单,施工误差可逐层消除，施工速度快。模板自爬,原地清理,大大降低塔吊的吊次。

图4 液压自爬模流程图

2.3 移动脚手架爬模工艺

能适应塔柱变坡和塔柱横梁同步施工，避免了液压自爬模施工在塔柱变坡和塔柱横梁施工时爬架需拆除重新安装的弊端，另外，上塔柱作为锚索区，存在环向预应力束，可以充分利用钢管脚手支架完成预应力施工而不影响塔柱爬升，施工速度快，操作简单，安全性高。

3 适用范围

本工法适用于同类斜拉桥门式混凝土索塔施工，其他类型混凝土索塔施工可以参照使用。

4 主要技术标准

《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50

《公路斜拉桥设计规范》JTJ027

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205

《公路工程质量检验评定标准》JTGB80-1

5 施工方法

混凝土索塔根据索塔的造型和施工程序，选用合适的塔吊起重设备，配置人员上下通道，确定混凝土输送路径。通过采用翻模施工工艺、液压自爬模施工工

艺、移动脚手架爬模施工工艺，落地支架法和悬空支架法等施工方法，逐步完成索塔钢筋、劲性骨架、预应力、索导管、混凝土等各项施工作业，各种施工方法综合运用，达到施工效益最大化。

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

钢筋混凝土索塔施工工艺流程如下：

图5 施工工艺流程图

索塔节段施工工艺流程如下：接头凿毛、清洗、测量放样→接高劲性骨架→绑扎钢筋（预应力体系的安装）→内外模板提升及安装→测量、调整模板→验收符合要求后固定模板→浇筑混凝土→混凝土养生→进入下一节段施工。

横梁施工工艺流程如下：牛腿、支架安装→支架预压→底模安装→底腹板钢筋、预应力安装→内、侧模安装→第一次浇筑混凝土→混凝土养生→第一次张拉预应力→顶内模安装→顶板钢筋、预应力安装→第二次浇筑混凝土→混凝土养生→第二次张拉预应力→压浆封锚→支架拆除。

6.2 操作要点

6.2.1 施工准备

1 设备的选型与布置方案设计

2 选择索塔和横梁的施工方法，对相关临时设施进行结构设计。

3下塔柱横桥向外倾，为防止下塔柱根部出现拉应力而将混凝土拉裂，同时控制塔柱施工线形，设置临时拉杆。拉杆设置可用钢绞线、钢管，施力根据监控确定，下横梁施工完成后予以拆除。

4 中塔柱横桥向内倾，为防止中塔柱根部出现拉应力而将混凝土拉裂，同时控制塔柱施工线形，设置两道临时主动撑杆。撑杆常用钢管制作，也可根据现场用其它材料代替。施力根据监控确定，施力完成后将撑杆焊接加固成整体。中横梁施工完成后拆除临时撑杆。

6.2.2 起重设备的选型与安装

1 选型原则

起重设备的选用应根据索塔的结构形式、规模及桥位地形等条件而定，起重设备应满足索塔施工的垂直运输、起吊荷载及起吊范围的要求，并考虑安拆操作简便、安全、经济等综合因素。对大型斜拉桥一般选用附着式塔吊并配以电梯的施工方法。

2 塔吊的安装

在索塔中心线的下游侧布置一台TC5023塔吊，塔吊基础单独设立，塔吊附着在下游侧塔柱侧壁上。其优点是可以一次安装完成全塔施工。该方案适合双柱、门式、A型、倒Y型和钻石型等索塔。

3 人行通道的设置

人行通道设置要求安全、稳定、经济、不妨碍施工、方便安拆。在索塔中心线的上游侧布置一台SC100施工电梯，电梯在下塔柱施工之前安装。在电梯安装之前，在塔墩大里程侧搭设钢管支架供人员通行，电梯安装后，对通往电梯的地面通道全部围闭、遮挡，防止坠物伤人。

6.2.3 塔座施工

塔座是塔墩与承台连接的重要结构物。施工时，塔墩劲性骨架和主筋预埋的准确性直接影响塔墩的施工定位精度，必须准确测量定位。塔座混凝土的浇筑应尽可能在承台浇筑后立即进行。相对承台而言，塔座混凝土体积小，标号高，混凝土收缩较大，受承台的约束影响，塔座容易产生收缩裂纹，且塔座为实心结构，属大体积混凝土，施工时采取内散外储的温控措施，降低水化热，防止混凝土收缩开裂。

6.2.4 塔墩施工

塔墩截面为空心矩形结构，施工采用翻模法，每节段高度4.5m。模板分节高度可以根据施工能力适当调整。外模采用大块自制钢模板，内模各倒角一般采用竹胶板，其余内模采用组合钢模板，圆拱形部分单独加工圆弧钢模板。模板采用塔吊提升，塔墩内腔搭设钢管脚手操作平台，塔墩内腔顶部采用安装预制混凝土板封顶。塔墩盖板施工，按大体积混凝土施工，内布冷却水管，防止混凝土开裂。塔墩施工时，下塔柱劲性骨架、钢筋的预埋必须准确。

6.2.5 下塔柱施工

下塔柱截面为空心矩形结构，横桥向外倾，施工采用液压自爬模工艺，模板按节段高4.5m配置。施工内模采用组合钢模，搭设钢管脚手支架操作平台。模板爬升高度与机位可根据塔柱倾斜度、施工能力等适当调整。

液压自爬模由：埋件、模板、支架、导轨、换向装置及液压动力装置六部分组成。液压自爬模体系的安装工作流程为：第一层墙体砼浇筑→安装埋件→安装支架和操作平台→第二层墙体砼浇筑→安装埋件、导轨和液压系统→爬升支架→安装下挂架→爬升。

下塔柱在起步段施工时，应充分利用爬模模板，不足部分可用普通竹胶板代替。

6.2.6 下横梁施工

下横梁截面为空心矩形结构，施工一般采用落地支架法。施工支架采用塔吊标准节加贝雷梁。一般情况下，施工支架用大直径钢管支撑加贝雷梁或万能杆件桁架形式，主要根据施工现场材料考虑。下横梁与该段索塔同时施工，便于支架搭设和横梁预应力施工。下横梁分两次浇筑，为减小支架所承担的恒载，避免搭设非常强大施工支架，使支架和第一次浇筑的混凝土共同承担第二次浇筑的混凝土的重力，采用二次张拉预应力工艺，即在第一次混凝土达到80%设计强度时按设计张拉力的50%对称张拉底腹板预应力索，待第二次混凝土达到强度后，再张拉完全部预应力索。

下横梁施工支架搭设完毕，必须对支架进行预压重，以消除非弹性变形。预压重可根据施工现场条件，采用水箱、沙袋、预制块、预应力反压等措施。

6.2.7 中塔柱施工

中塔柱截面为空心矩形结构，横桥向内倾。施工时，不再使用液压自爬模工艺，而改为搭设钢管脚手支架作为施工操作平台，取消爬模支架，利用塔吊直接提升爬模模板的施工方法，钢管脚手支架可以循环倒用。模板根据截面变化拆切改制后使用。

起步段施工时，利用沿塔柱四周预埋好的钢板，焊接2[20a三角型钢支架作为立模支撑以及搭设钢管脚手支架的支承平台。随着塔柱节段的升高，钢管脚手支架的搭设也相应加高，钢管脚手支架每搭设10—20m进行一次循环倒用，倒用时安装三角支架托架，三角支架托架用∠100×100×10加工制作，高度2m，宽度1.8m，横桥向设四片，纵桥向设五片，通过预埋在塔柱四周的φ25螺栓连接套筒连接固定于塔柱侧面，托架顶面焊接φ32的钢筋头固定脚手钢管，脚手钢管设置两排，间距1m，内侧离塔柱0.8m。钢管脚手每5m高度水平杆与塔柱预留钢筋焊接固定，每10m高度搭设剪刀撑，确保支架的稳定。

6.2.8 中横梁施工

中横梁距离下横梁较高，采用落地支架法施工不经济，采用悬空支架法，施工支架采用预埋钢牛腿加贝雷梁的形式。中横梁与该段索塔同时施工。

6.2.9 上塔柱施工

上塔柱为斜拉索锚固区，模板施工工艺与中塔柱相同。上塔柱与上横梁施工采用先塔柱后横梁的施工顺序，上横梁对应塔柱位置提前预埋钢筋和预应力管道。

上塔柱施工工艺流程如下：劲性骨架安装→索导管的安装定位→钢筋安装→预应力施工→凹槽包裹钢板安装→浇注混凝土→预应力张拉（强度达到85％后进行）。索导管采用全站仪测量定位，采用先粗定位再精确定位的方法保证定位精度满足设计要求。索塔在温度变化时会产生变形，影响索导管定位精度，测量时宜选择当天气温低且较稳定时段进行。

图6 索导管定位示意图

6.2.10 上横梁施工

上横梁在上塔柱施工完成后进行。施工方法与中横梁相同。施工时，对相交面凿毛处理，修整预埋钢筋和预应力管道，进行后续施工作业。

6.2.11 塔冠施工

塔冠施工时，主要考虑避雷针、航标指示灯、塔顶吊架等预埋件的埋设。 6.2.12 钢筋工程

钢筋直径在20mm 及以上时，全部采用等强直螺纹连接，其余采用焊接连接形式。箍筋和主筋交叉处均采用绑扎方式固定。钢筋在钢筋加工场统一加工，分类堆放，塔吊吊运至施工部位安装。在安装过程中，钢筋与预应力管道、索导管相冲突时，适当挪动钢筋，钢筋必须截断时，预应力、索导管施工完后，将钢筋按等强度原则进行补强。钢筋的其他施工要求遵守图纸及相关施工规范。塔柱预埋件最后通过钢筋、劲性骨架牢固定位。

6.2.13 劲性骨架

劲性骨架安装在索塔内，起钢筋定位、模板固定、增大索塔整体刚度的作用。根据施工方便和吊装能力，确定劲性骨架分片长度和重量，一般自由伸臂长度为6m 或9m ，根据索塔四个面分四片在车间加工。安装时，需要测量定位，倾斜索塔会发生位移，施工时，采取向反向预偏的方法来保证钢筋、模板定位的准确。劲性骨架、预应力钢束、普通钢筋相遇时，处理原则是：劲性骨架避让预应力钢束；

a)斜拉索锚固钢套管

锚垫板中心

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b）圆盘标志件示意图

o o d）半圆标志件示意图

c）斜拉索锚固钢套管管口中心

图 2-2-2

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普通钢筋避让劲性骨架。

6.2.14 混凝土工程

索塔混凝土采用现场拌合站搅拌，混凝土输送泵泵送至浇筑位置。泵送采用一泵到顶的方式。混凝土地泵直接布置在拌合楼下，泵管沿索塔侧壁敷设，每个塔支敷设一条。为保证混凝土在泵送时不堵管，不产生离析，应严格保证混凝土的施工配合比和搅拌时间，施工时严格控制混凝土坍落度。拌合站和索塔左侧各设置一个水池，供混凝土拌合和养生之用。索塔较高时，在横梁上再设置小水箱，保证施工用水到使用部位。

6.2.15 测量控制

索塔施工精度要求高，测量控制难度大，塔柱上需要精确定位的项目多，诸如：劲性骨架、模板、索导管及塔柱外形的转折点等等，要精确完成这些项目，除建立一个全桥控制测量系统外，针对索塔施工，还建立了一个局部测量控制体系。

测量控制是本桥索塔施工过程中至关重要的一环，不仅影响到桥梁施工的精度，还能通过测量工作把握桥梁的变形规律，从而指导施工控制。

在索塔施工前除对设计院提供的控制点及全桥控制网进行复核联测外，还应对控制点进行加密，并将控制点引到塔墩上相对变形较小的位置上。最好在桥轴线上，两主塔外建立轴线控制点，以便于两主塔进行轴线测量控制。

索塔施工中，认真熟悉各种安装要求的精度及施工放样的工作内容及方法。

当塔柱施工到一定高度时，要加强例行测量工作；在气温变化大，施工荷载发生明显变化及预应力施工后的情况下要进行测量监控，并做好记录，分析变化规律。

塔柱施工测量的主要内容包括：劲性骨架定位、索导管安装定位、模板调校和混凝土体检测。采用全站仪三维极坐标法直接测量每节塔体。

6.2.16 拆除支架、起重设备

在索塔完成之后，支架按设计程序逐一拆除，塔吊、施工电梯等不再使用时，逐节段拆除。拆除方案在安装之前确定，保证拆除简便、安全。

7 劳动力组织

索塔施工技术要求高，专业性强，工种多，现场组织一个作业队伍便于协调

管理，队伍由各工种组成，流水作业施工，同时配备专业技术人员。实际施工时，可酌情增减。

表1 劳动力配置表

8 主要机具设备

索塔施工所使用的机具设备主要包括起吊设备、运输设备、钢筋、钢材、模板、混凝土、预应力等施工设备。实际施工时，可酌情增减。

表2 主要设备配置表

9 质量控制

9.1 易出现的质量问题

9.1.1 线形控制

索塔倾斜度大，截面变化大，钢筋、劲性骨架安装容易偏位，模板在混凝土浇筑过程中容易出现变形，索塔悬出高度大时，内倾或外倾位移不易控制。

9.1.2 外观

混凝土外露面平整度差，色泽不一致；容易出现露筋和孔洞，表面蜂窝麻面，裂纹，混凝土错台等。

9.2 保证措施

9.2.1 塔柱和横梁的外模板采用大面积钢模，除强度应满足浇注砼的各项要求外，为保证其表面平整度，设计时主要以刚度控制。

9.2.2 对模板的拼接缝，力求做到设计合理，加工制作精细，减少或避免漏浆现象发生。

9.2.3 尽量减少对拉螺杆数量，以减少塔身砼上的孔洞，并对塔身施工完成后留下的孔洞及时封堵修补。采用与塔身相同标号的水泥浆进行，力求做到与塔身砼颜色一致，并安排专人负责。

9.2.4 对塔身砼配合比进行优化选择，砼搅拌均匀，保证其工作性能，确保塔身砼整体上色泽一致。

9.2.5 对模板的准确安装定位，砼的搅拌、泵送入模、振捣、养护等工艺过程采取有效措施，加强控制。对现场管理人员和操作人员进行质量意识教育，做好每个关键工序的技术交底。通过保证各个工艺环节的工作质量来确保工程的质量。

9.2.6 塔身的施工放样测量，除采取正确合理的测量方法外，严格执行两人复测制度，复核必须采用不同的方法进行，以确保塔身放样准确，防止因测量误

差过大而导致塔身砼线条不平顺。

10 安全措施

10.1 主要安全风险分析

索塔施工属高空作业，作业人员施工过程中必须切实做好安全防护工作，防止高空坠落，防止物体打击伤害。另外，在施工作业中，防止出现触电、雷击事故。

10.2 保证措施

10.2.1 制定主要分项工程的安全操作规程，作业前认真进行安全技术交底与安全教育培训。

10.2.2 施工操作平台必须稳固，周围设置栏杆封闭，挂设密目安全网，脚手板满铺或使用定型钢丝网脚手板。

10.2.3 作业人员必须系好安全带、戴安全帽、穿防滑鞋，禁止打赤脚或穿拖鞋作业。

10.2.4 遇6级以上大风，不得进行高空作业，同时需要对支架模板进行加固。

10.2.5 超前安装索塔避雷针，雷雨天气严禁施工作业。经常检查各类电器线路，确保用电安全。

11 环保措施

环境的影响有两层含义：一层含义是指内部环境，即施工作业环境；另外一层是外部环境，即对周边环境的影响，对周边环境的影响主要指因各种原因引起的地表下沉；水文条件变化、枯水、水位降低、水质污染等；对周边结构物的影响；对社会、生活环境的影响。

11.1 水环境保护

针对现场实际情况，本标段施工时，不对原地层造成较大的破坏，确保当地居民的生活用水；废水排放前要经过处理并排放到远离居民生活用水区，并由环保协调部定期联系当地环保监督部门对水质进行检验，确保当地水质不被污染。

11.2 生态环境保护

在施工准备阶段，结合设计图纸，对现场各种材料拌和站的设置、弃碴场的选择、施工便道的设置等进行进一步的调查，详细掌握第一手资料，以“减少植被破坏，少占耕地”为原则，合理规划临时用地，最大限度地减少施工用地。严

格遵守《环境保护法》以及相关的法律、法规、规章制度，严格执行“三同时”即：同时设计、同时施工、同时竣工，不留尾巴、不留后患，采取一切合理措施保护现场内外的环境，确保环保目标圆满实现。

12 应用实例

12.1 工程简介

重庆巫奉高速公路何家坪特大桥主桥为（58+84+180）m三跨一联独塔双索面预应力混凝土边主梁斜拉桥。索塔为花瓶型，由塔座、塔墩、下塔柱、中塔柱、上塔柱、上横梁、中横梁、下横梁等组成。承台以上塔柱总高151.2m。塔座高3m，塔墩高20.5m，下塔柱高25.5m，中塔柱高39m，上塔柱高57.2m。两上塔柱横向净距9.0m，塔柱采用空心矩形截面，顺桥向全宽6.5m，横桥向最宽处为4.0m。下塔柱顺桥向全宽由6.5m向底部加宽到8.54m。塔墩横向宽10.2m。上塔柱为斜拉索锚固区，锚固端局部构造采用凹槽式，槽表面以厚1cm钢板包裹。在上塔柱锚固区，采用U形预应力束。塔柱设有劲性骨架，塔内设有检修爬梯。横梁均为空心矩形截面，下横梁兼作主梁0#块，与塔柱固结。上、中、下横梁均设置预应力钢束，预应力管道均采用塑料波纹管，压浆工艺全部采用真空辅助压浆法。

12.2 施工情况

何家坪特大桥7#主塔承台自2008年9月14日浇筑完成后，该桥正式转入索塔施工，并于2010年4月8日索塔全部封顶。在塔座施工中，采用大体积混凝土施工工艺，采取内散外储的温控措施，塔座未出现温度裂缝。塔墩施工中，自制大块钢侧模，采用翻模施工工艺，混凝土外观美观，接缝平整。塔柱施工采用液压自爬模与移动脚手架爬模施工工艺，施工安全、简便，加快了索塔施工速度，有效控制了索塔外观线形，保证了内在实体质量。横梁采用落地支架与悬空支架，二次浇筑二次张拉的工艺，简化了支架设计和材料用量，减小了横梁施工跨中挠度。

12.3 工程结果评价

索塔施工所采用的翻模、液压自爬模、移动脚手架爬模、落地支架、悬空支架等施工技术，充分利用施工现场材料，成功解决了花瓶型钢筋混凝土索塔等复杂造型的索塔施工，大大降低了施工成本，提高了施工效率。在施工场地受限，材料进场困难等恶劣环境下，有效控制了索塔施工线形，保证了索塔结构内实外

美，这为以后类似桥梁工程积累了施工经验，提高了公司施工技术管理水平，在重庆地区为公司创造了良好的施工业绩，具有明显的社会经济效益。

12.4 建设效果及施工图片

图7 塔座施工图8 塔墩施工

图9 下塔柱施工图10 下横梁施工

图11中塔柱施工图12 中横梁施工

图13 上塔柱施工