外海斜拉桥索塔预埋件施工关键技术
1 工程概况
宁波舟山港主通道公路工程主桥为三塔整幅钢箱梁斜拉桥(见图1),跨径布置为(78+187+550+550+187+78)m,边中跨比0.482,边跨设辅助墩。
主通航孔斜拉桥主墩索塔共3个索塔:2个边塔、1个中塔。索塔采用钻石形塔身,由下塔柱、中塔柱、上塔柱和下横梁组成。边、中索塔总高度相同,塔底高程为8.000m,塔顶高程为188.000m,塔柱总高180m(含塔冠);横桥向轮廓造型及截面尺寸完全相同,但下横梁竖向位置不同。下横梁顶面标高为边塔57.100m、中塔59.300m;顺桥向轮廓造型相同,相同标高处中塔截面比边塔截面宽2m。索塔采用强度等级C50混凝土。
2 传统预埋件施工
2.1 传统埋板式预埋件
以往传统索塔预埋件施工中多为由受力钢面板与锚筋组成的结构形式,如图2所示。预埋件安装时紧贴模板放置。
该传统施工预埋件技术提前将整个预埋件系统安装到位,后期直接使用,操作性强,加工方便,但在后期下雨时预埋件铁锈沿塔柱壁从上向下流淌,污染塔壁,难以清理,外观质量较差,且锚筋不易处理,留下腐蚀通道。
2.2 缩进型埋板式预埋件
缩进型埋板式预埋件与传统埋板式预埋件结构相同。安装时,预埋件面板背面紧贴结构钢筋,在模板与钢板之间预留一定厚度的空间,后期使用混凝土封面,同样,由于钢板与封面混凝土之间的黏结力差,在长时间风雨作用下,后期封面混凝土易出现开裂、脱落现象。缩进型预埋件如图3所示。
3 预埋件分类设计及施工工艺
宁波舟山港主通航孔项目根据索塔预埋件使用类型分为2类:临时预埋件和永久预埋件。临时预埋件为塔式起重机、施工电梯扶墙件、主动横撑施工平台、模板拉杆连接件及横梁施工支架等施工时所需预埋件;永久预埋件为航标灯底座、斜拉索套管、爬梯、检修平台、供配电设施及供电电缆、照明设施、避雷设施、排水和通风设施等预埋件。
由于索塔预埋件种类数量较多,质量要求高,埋设难度大。预埋件结构设计直接影响后期结构物施工,为此,根据预埋件结构受力大小和用途将其分为临时轻型预埋件、临时重型预埋件及永久预埋件。预埋件施工过程中由专人负责,并建立预埋件埋设前后的复查制度,防止少埋或漏埋,确保定位准确。
3.1 临时轻型预埋件
临时轻型预埋件主要用于电梯、塔式起重机扶墙件、主动横撑施工平台等,主要包括经济型直螺纹套筒预埋件和爬锥式预埋件。
3.1.1 经济型直螺纹套筒预埋件
直螺纹套筒预埋件系统包括锚筋、套筒和垫片(见图4),在钢筋加工场内将钢筋按设计长度下料并弯曲成型,将弯曲成型钢筋车丝后得到锚筋,将锚筋与定制的套筒匹配连接,为防止套筒锈蚀,并方便使用完毕后套筒拆除,在套筒周围包裹透明胶带。锚筋绑扎完成后,将其按设计位置安装。混凝土浇筑完成拆模后,将套筒找出,安装钢牛腿等其他结构物,整个预埋件使用完毕后拧出套筒,向套筒内填充高强度混凝土。安装时预埋套筒紧贴模板。
直螺纹套筒预埋件一般根据实际施工需要进行选择,常用有M22,M25,M28,M32等规格(见表1),套筒及螺母委托厂家加工以满足现场需求,加工应满足规范JG/T 163—2013《钢筋机械连接用套筒》要求。M22,M25拧紧扭矩为260N·m,M28,M32拧紧扭矩为320N·m。
直螺纹套筒预埋件由8.8级高强螺栓和HRB400钢筋组成,预埋锚筋先拧入套筒一半进行预埋,然后对套筒端头进行土工布密封处理,防止混凝土进入。螺母初拧和终拧应在同一工作日内完成,施拧时用卡死扳手卡住螺栓头,防止螺栓转动。高强螺栓初拧完毕后使用黄色油漆在螺栓、螺母、垫片及连接板上进行画线标识。初拧后全部螺栓使用0.3kg小锤沿施拧方向逐个敲击进行初拧检查,防止漏拧。初拧完毕2h后进行终拧,终拧扭矩根据预埋件螺栓直径选用,终拧顺序应与初拧顺序相同。
3.1.2 爬锥式预埋件
爬锥式预埋件针对直螺纹套筒预埋件在施工后期出现极个别套筒难以拧出的情况设计的,拆装方便且套筒可重复使用。但相对成本较高,需专门定制采购预埋件系统,爬锥式预埋件主要由埋件系统、埋件板、高强螺杆、爬锥、受力螺栓组成,如图5所示。
分别对直螺纹套筒预埋件和爬锥式预埋件施工工艺进行对比说明,如表2所示。
3.2 临时重型预埋件
宁波舟山港主通航孔项目采用剪力销预埋件作为横梁支架预埋方式,主要由爬锥式预埋件与剪力销结合形成的以承受剪力为主的剪力销预埋件系统,具有承载力高、安拆方便等特点,适用于大跨度、重荷载的高塔横梁施工。目前索塔大跨度横梁支架多采用牛腿板作为预埋件,也有钢靴预埋件(对设计构造钢筋破坏较大),但后期支架拆除后预埋牛腿板不易处理,留下腐蚀通道,严重影响索塔结构耐久性和外观质量。
通过比选(见表3),选用新型剪力销预埋件作为支架承力结构,该预埋件方便施工,且后期易拆除,从源头避免锈蚀通道的产生,提高索塔耐久性。传统牛腿板和剪力销预埋方式如图6所示。
在塔柱内精确预埋无缝钢管,严格控制钢管精度,确保钢管与塔柱外壁垂直。为提高预埋孔定位精度,需设置整体式定位板。定位完预埋孔后,用剪力销试穿,保证剪力销与定位管及牛腿之间匹配。牛腿板与索塔通过爬锥紧固。在满足受力的情况下更方便安装及拆卸。在加工场内提前加工完成销棒套管,使销棒与牛腿板形成整体受力,且减少现场加工,确保加工精度。
3.3 永久预埋件
主塔永久预埋件有种类繁多、使用周期长、后期不易更换、受力较复杂等特点,因此,在加工质量、防腐要求及安装精度等方面均有较高要求。
为增强永久预埋件防腐性能,埋设在塔柱混凝土内部及表面的预埋钢板均应在工厂下料加工,并经镀锌处理。现场安装过程中要注意安装精度,并在其相应部位混凝土浇筑前与主塔主筋进行有效连接。
4 结语
通过在宁波舟山港主通航孔桥索塔施工过程中预埋件关键技术的研究,无论是永久预埋件还是临时预埋件,在索塔施工过程中均扮演着重要角色,因此,在设计过程中要考虑复杂海域环境对预埋件的影响,尽量做到预埋件结构具有轻便、牢固、耐腐蚀、拆装方便、可重复利用等特点,且要重视在重型荷载作用下的预埋件优化设计工作。
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