10广州猎德大桥三维曲面塔清水混凝土施工技术

广州猎德大桥三维曲面塔清水混凝土施工技术

中交二航局四公司廖正根李桂华

[摘要]广州猎德大桥主塔为“贝壳”状弧形三维曲面塔，就塔施工而言，其施工难度为国内乃至世界之最，塔外观标准要求达到清水混凝土标准。经过多方共同努力、相互配合、不断试验和摸索，终于建成了业主和桥梁专家们一致认可清水混凝土三维曲面塔。本文就这种三维曲面塔清水混凝土施工技术作了详细介绍。

关键词：三维曲面塔清水混凝土施工技术

1名词解释

三维曲面塔：三维曲面塔就是塔任何一点曲率均不同，任何一面均为不可展开为平面曲面，即塔从下到上没有相同断面，也没有相同尺寸边。

清水混凝土：清水混凝土就是混凝土不经过任何修饰，具有理想中天然混凝土外观和色泽，即浇筑成型索塔外表面混凝土具有装饰效果，做到表面非常光滑，棱角分明，内在质量好。

2 概述

猎德大桥为独塔自锚式悬索桥，跨径组合为47+167+219+47m，全长480m，双向六车道设计。广州猎德大桥索塔外观似两个贝壳状弧形壳体相扣，高128m，横向全宽56m，纵向全宽9.16m。其横桥向内外轮廓分别为椭圆组合而成，顶部开孔。外轮廓由两个椭圆相扣在一起，单肢塔柱横断面类似梯形，其两侧轮廓由一段或两段椭圆组成。横向全宽9.63m～8.13m～11.43m，外侧宽2m，设有1.2m 深、1.2m宽凹槽似贝壳开口，内设灯光，每当夜幕降临光线从贝壳中射出，更加突出“珍珠”光彩夺目效果。索塔轮廓见下图。

索塔具体结构设计如下：塔高128m，其中主体结构高103m，顶部装饰高25m，桥面以上高度为108.422m。塔底设计高程为2.925m，塔顶设计高程为130.925m。混凝土设计标号C50，总方量为9974m3。业主要求索塔混凝土质量达到清水混凝土标准。

3 索塔总体施工方法

塔柱采用分段浇筑法施工，塔顶横梁采用钢管支架作为底模支撑，塔柱空心段内腔采用脚手架作为操作平台施工。在索塔施工过程中，设置5道水平横撑使两塔柱固结成整体。

索塔施工主要机械设备有塔吊、电梯、砼拖泵等。施工电梯采用双笼式电梯，设在上、下游侧索塔横桥向塔身外侧，电梯起重量1t，安装高度约95m，附墙架采用在塔柱上埋设对拉螺栓用套筒、连接螺栓附着连接。索塔施工垂直起重设备采用两台125t.m附着式塔吊，塔吊布置在塔柱上、下游两侧塔座顶面，塔吊选择时，采用60m和45m塔吊大臂，并在高度上进行错位，避免相互干扰。

4 清水混凝土施工技术

为了使索塔混凝土达到清水混凝土标准，项目部主要做好以下工作：模板体系设计、制作与安装；混凝土原材料选用、配合比设计；透水模板布选用及粘贴；；预买埋件特殊处理；混凝土浇筑、养护。

4.1 索塔模板特殊设计及特殊处理

由于索塔形状特殊，因此索塔模板设计加工质量好坏将直接影响到索塔外观线条，可以说索塔模板设计合理以及加工质量好是确保索塔混凝土为清水混凝土重要措施之一。

4.1.1 索塔模板设计思路

由于塔身表面为曲面，且各点曲率不同，为确保索塔外观质量满足设计及相关要求，索塔外模板采用大面积节段整体钢模板，钢模板面板上粘贴透水模板布，外侧钢模板及透水模板布不考虑周转使用，在模板设计时，为尽量减少拉杆使用，采用钢桁架作为模板背带以增大模板刚度，同时在桁架上布设钢板网作为走道和操作平台。

4.1.2 索塔模板设计原则

（1）对于不可展开空间三维曲面来说，其严格意义上是无穷个渐变断面轮廓线（面）组合，对于其模板来说，渐变轮廓面分割越小，其成型就越接近理想

空间曲面状态，所以对这种空间三维曲面模板制作来说，就是要在相关规范允许条件下及外观成型尺寸误差允许条件下，将这种不可展开曲面分割成局部可展开曲面、可加工面板部件。

（2）由于本工程塔景观上意义，为确保塔身外表面质量符合设计及景观要求，必须将外模板设计成大面积节段整体大钢模，即需将分割成局部可展开，可加工面板部件，在满足三维曲面各点曲率尺寸及塔柱各截面尺寸条件下汇集成节段三维曲面面板，即采用三维曲面成型钢模板技术进行设计、加工和制作。

（3）为确保砼塔空间尺寸准确，确保曲面模板成型尺寸准确，同时为确保砼成型外型质量需尽量减少模板内对拉杆，同时满足模板刚度符合相关规范及本工程施工要求。因此需将模板外背楞设计成桁架式外背楞。

（4）索塔混凝土模板必须具有足够强度、刚度、稳定性和可连续性。模板支撑部位应有足够支撑面积，同时外表面应为材质一致，几何尺寸精确整体三维曲面成型钢模板。其面板强度、刚度、光泽度、平滑度、精确度、防锈性能、企口接缝和孔位排布要能满足清水混凝土表面质量要求。

（5）合理安排整体模板拼装方式，按施工起重能力合理分节分块，尽可能减少模板节段数和模板接缝数量。

（6）模板内部对拉杆及加强内支撑不应与索塔内劲性骨架及相邻预埋件相碰。

4.1.3 索塔模板结构

单节模板由四块组成，每块模板由基本构造和桁架构造两部分组成。

（1）基本构造

本模板采用轻型桁架，并以桁架为部分胎模进行制作。其中钢面板采用8mm 钢板，考虑到制作周期及强度与刚度等问题，本模板边框采用14×100扁钢或用δ=14钢板割成。边框冲孔Φ18×30长圆孔，间距150mm。面板后布置竖向加强肋[10，间隔300mm布置。并与边框相临近槽钢和边框之间布置一道10×100mm扁钢以增加边框刚度。

（2）桁架构造

桁架宽度取为800mm，桁架主骨为][12槽钢，间隔50mm布置，中间撑杆为][6.3槽钢。直撑杆间隔750～1150mm布置，并在桁架主骨及撑杆之间布置δ=10mm接点板进行连接加强。竖向主肋采用[10，通长下料，间隔300mm布置

一处。索塔典型断面模板构造及拼装图见下图所示：

4.1.4 索塔模板制作思路

砼塔表面三维立体图利用proENGINEER软件制作，从三维立体图中根据空间曲面特征，用轮廓等分原则寻找理想可局部展开等分段，分成面板块。

根据砼塔表面三维立体图作出模板板面背肋形状与结构尺寸，用数控切割机床根据前述背肋形状，结构尺寸制作相应模板背肋。

根据砼塔表面三维立体图制作出相应背肋桁架：

4.1.5 索塔模板特殊处理

（1）模板拉杆处理

内外模板间预留螺杆及H型螺母，螺母外设2厘米厚白色塑料垫块（兼做保护层），模板安装后安装外螺杆及螺帽。混凝土浇筑后，将外螺杆、螺帽、塑料垫块拆除，后修补塑料垫块处空洞。在钢筋绑扎时，根据模板对拉螺杆位置，预先将模板对拉螺杆安装。模板对拉螺杆构造见下图照片所示。