豐都長江二橋橋塔拉桿及橫撐系統設計與施工

陳洪敏　張寧

【摘 要】豐都長江二橋為主跨680m的雙塔雙索面半漂浮體系鋼箱梁斜拉橋，主塔高227.1m，采用鉆石型式結構，下塔柱外傾，中塔柱內傾，施工過程中為避免橋塔根部混凝土應力過大出現裂縫，在中下塔柱設置主動拉桿和主動橫撐。本文主要闡述豐都長江二橋橋塔塔柱拉桿和水平橫撐系統的設計與施工。

【關鍵詞】斜拉橋；橋塔；拉桿；水平橫撐；施工設計

1 工程概況

豐都長江二橋主塔為主跨680m的雙塔雙索面半漂浮體系混合梁斜拉橋，橋塔下部是整體箱形塔墩，上部為鉆石型塔架，包括上、中、下塔柱、下橫梁，采用C50混凝土，橋塔高227.1m，其中上塔柱高89.829m，中塔柱高73.471m，下塔柱高58.8m，高跨比為0.327，見圖1。中下塔柱采用對稱的單箱單室箱型空心柱。

2 中、下塔柱拉桿及水平橫撐設計

在橋塔施工過程中，塔肢自塔墩以上基本上處于傾斜懸臂狀態，隨著施工高度的增加，塔肢在自重、爬模及風等荷載作用下逐漸變形，并在塔柱根部產生拉應力，塔柱橫向變形明顯，影響施工安全；同時會產生附加內力，使成橋狀態索塔內力和線形產生偏差，對索塔不利，需采取相應措施緩解或消除不利影響。

為保證塔柱在每一個施工階段截面應力在規定的范圍內，需要每隔一定的距離在下塔柱設置主動拉桿，在中塔柱內設置撐桿。此外，隨著橋塔施工高度的增加而升高的塔吊和電梯每隔一定高度需要設置附墻撐，因此，中塔柱橫撐需要滿足塔吊和電梯附著技術要求。而撐桿措施主要有兩種：一是被動撐桿；二是主動撐桿。被動撐桿雖然能在一定程度上緩解塔柱的內力狀況，但是效果不明顯，而且當被動桿件解除以后，塔柱傾斜段根部的殘余應力仍然很大，對成橋后索塔受力不利；主動撐桿效果明顯，并且可以根據需要調節主動力的大小和方向，達到預期效果，值得推廣。

2.1 下塔柱拉桿設計和布置

下塔柱根部混凝土應力是整個下塔柱施工方案設計中的關鍵控制因素。確定拉桿位置的根據是下塔柱塔肢內側根部在懸臂澆筑過程中，自重及施工荷載作用下不產生裂縫（留有安全儲備）的最大懸臂高度。根據計算結果，下塔柱共設2層水平拉桿，每層由6根Φs15.24mm鋼絞線組合而成，拉桿布置見圖2。

2.2 中塔柱水平橫撐的設計和布置

2.2.1 橫撐支撐位置的確定

中塔柱根部混凝土截面應力是整個塔柱施工方案設計的關鍵控制因素。確定橫撐位置的依據是中塔柱根部在懸臂澆筑過程中，自重及施工荷載作用下不產生裂縫（留有安全儲備）的最大懸臂高度。確定第1道橫撐位置的控制應力為中塔柱根部混凝土截面的控制應力。第1道橫撐安全完畢后，第2道橫撐的位置對第1道橫撐位置處中塔柱截面應力的影響明顯，而對中塔柱根部截面應力影響較小。因此，確定第2道橫撐位置的控制應力為第1道橫撐位置處中塔柱混凝土截面的控制應力，依此類推，確定其他橫撐的位置，直至中塔柱澆筑完畢。

2.2.2 主動力的確定原則

橫撐位置確定后，施加主動力的大小成為控制塔柱施工過程應力的關鍵，力小達不到預期效果，力大甚至會影響塔柱整體線形。應對變形和內力進行雙控，在滿足塔柱各截面內力的同時確保線形。

2.2.3 水平橫撐設置

在考慮主動橫撐結構時主要依據以下2種因素：1）橫撐結構自身的抗壓強度；2）橫撐結構自身的穩定性。綜合考慮施工因素、受力計算及現場材料，中塔柱共設3道水平橫撐，第1～2道水平撐桿采用2根1220mm×14mm鋼管，第3道水平撐桿采用2根820mm×12mm鋼管，鋼管間用小鋼管聯結組成平面桁架，增加順橋向的穩定性。鋼管上設置人行走道，并設置欄桿，見圖3、圖4。

水平橫撐安裝后即施加主動頂頂力。為便于施工時埋設預埋件，統一將橫撐設置在塔肢每個節段混凝土接縫以上3.6m處。水平橫撐安裝位置及頂頂力見表2。

考慮水平橫撐受力變形，以及拆除水平橫撐后將引起塔肢在自重作用下的變形，為保證成橋橋塔線形，中塔柱立模時需設置一定的預偏量。

3 水平橫撐施工

1）水平橫撐的安裝。橫撐的安裝步驟及方法為：安裝塔柱內側預埋件及支撐架，在平臺上將橫撐鋼管接長成整體，通過塔吊將橫撐吊裝至安裝位置，首先將橫撐一側固定端與塔柱預埋件焊接固定，將另外一側施力端的內套鋼管抽出與另一側的塔柱預埋件焊接固定，連接平聯鋼管，在橫撐施力端設置千斤頂施力系統，施力完成后，將此端與塔柱預埋件焊接成整體，拆除千斤頂。

2）水平橫撐主動頂推力的施加。根據分析計算，水平橫撐最大頂推力約為2500kN，每根鋼管頂推力為1250kN。采用4臺2000kN液壓千斤頂在水平橫撐鋼管一端同步施加頂推力，橫撐鋼管端部與內套鋼管焊接加固。水平鋼管施加主動力時，應觀測水平橫撐的撓度和塔柱的變形情況，頂推力滿足要求后，停止施加力，將橫撐鋼管與內套鋼管的縱、環縫焊接固定，然后千斤頂回油、卸落。

3）水平橫撐的拆卸方法。當中塔柱全部施工完成，上塔柱施工至第32節后，即可拆卸水平橫撐，與安裝方法相反，先拆除平聯鋼管，后拆卸橫撐鋼管，水平橫撐主動力卸載，必要時需采用千斤頂施加一定的預推力，割除塔柱兩端預埋件的橫撐鋼管焊縫，將橫撐鋼管卸落在支撐架上，完成卸落。

4 結語

豐都長江二橋橋塔主動拉桿和水平橫撐的合理設計，為后期橋塔施工中的應力及線形控制做好了準備工作。目前橋塔中、下塔柱已經完成，檢測結果表明，通過下塔柱拉桿和中塔柱橫撐的設置，塔柱施工的線形及根部應力得到有效的控制，各項指標均滿足設計和施工要求。

參考文獻：

[1] 范立礎.橋梁工程（上）[M]，北京交通出版社，2001

[2] 交通運輸部.JTG/T F50-2011 公路橋涵施工技術規范[S]，北京交通出版社，2011

[3] 霰建平，李松，王北辰，等.鄂東長江公路大橋橋塔拉桿及支撐系統設計與施工，橋梁建設，2009年第3期

[4] 歐陽效勇，張建軍，張先武，等.蘇通大橋南主塔施工方案綜述[C]，中國公路學會橋梁和結構工程分會2006年全國橋梁學術會議論文集，北京人民交通出版社，2006

[5] 李松，李林，高安榮，等.蘇通大橋南橋塔中、下塔柱施工[J]，橋梁建設，2009

[6] 劉士林，梁智濤，侯金龍，等.斜拉橋[M]，北京人民交通出版史，2002