大傾角多曲率無下橫梁“人”字形斜拉橋索塔施工技術探析

葉燦軍

(巢湖市重點工程建設管理中心，安徽 巢湖 238000)

1 工程概況

巢湖大橋是湖光路與巢湖的交叉工程，位于市區西郊，是巢湖市“兩環三橫三縱”的關鍵性工程。

1.1 大橋總體布置

大橋采用雙塔空間雙索面組合梁協作體系斜拉橋。全橋跨徑布置為：54 m(北引跨)+216.5 m(北邊跨)+460 m(主跨)+216.5 m(南邊跨)+65 m+55 m+55 m(南引跨)=1 122 m。

主梁采用鋼-混凝土組合鋼板梁；主塔采用“人”字形橋塔；斜拉索采用扭絞形平行鋼絲斜拉索，冷鑄錨。

主橋斷面布置為：3.5 m(人非一體)+1.0 m(拉索錨固區)+0.5 m(欄桿)+12.0 m(車行道)+0.5 m(分隔墩)+12.0 m(車行道)+1.0 m(拉索錨固區)+0.5 m(欄桿)+3.5 m(人非一體)=34.5 m(總寬)

1.2 主梁構造

主梁采用鋼-混凝土組合鋼板梁，水平投影長度為1 122 m，由126個組成，節段與節段之間采用焊接的方式。主體結構主要由Q345鋼組成，部分由Q420鋼組成。無索區段主梁梁寬為32.5 m，有索區段梁寬為34.5 m；在N1、S1墩頂設有混凝土雙結合+壓重段，在S2、S3墩頂設混凝土雙結合段；引跨及部分邊跨主縱梁截面形式采用箱形截面，剩余梁截面形式采用I字形截面。

錨拉板：斜拉索的錨固形式采用錨拉板的結構，錨板直接焊于與主縱梁腹板中心對齊的縱梁頂板上。在混凝土濕接縫高度范圍內，錨拉板通過布置焊釘與混凝土結合的方式保證了錨拉板的側向受力。

混凝土橋面板預應力：在N1、S1～S3墩頂和主跨跨中的混凝土橋面板上布置有縱向預應力。

1.3 主塔構造

主塔采用“人”字形橋塔，N0(北塔)塔高143.8 m，S0(南塔)塔高146.6 m。每座橋塔設置兩個下塔柱牛腿，兩道橫梁；牛腿位于橋面靠下位置，中橫梁位于橋面以上約64.5 m高度處，上橫梁位于塔頂。

主梁與主塔之間無豎向支座，塔梁分離，設零號索。牛腿上設有順橋向限位支座(僅S0塔)、阻尼器、橫向抗風支座(S0塔和N0塔)。

1.4 斜拉索構造

斜拉索采用扭絞形平行鋼絲斜拉索，冷鑄錨。每個塔柱拉索裝置由24對斜拉索(1～24號)和1根0號索組成，中橫梁內錨固0號索，中塔柱內錨固1～24號索。塔頂錨固形式分塔壁直接錨固(0～9號)和鋼梁錨固(10～24號)，梁面采用錨拉板的結構形式。張拉端位于塔頂，固定端位于梁上。

2 大傾角多曲率無下橫梁“人”字形斜拉橋索塔施工技術特點

按照現場實際情況，采用后場集中預制、分片吊裝勁性骨架配合設置調整桿的液壓爬模進行索塔曲率轉換；采用主動式“臨時橫撐+傳感器”的設計，根據不同施工工況來調整橫向支撐頂推力，使得索塔抗彎矩能力和穩定性得到了極大的改善，有效降低塔柱根部拉應力；采用懸空支架法進行塔梁異步施工，投入的大型機械使用設備減少，降低了施工成本，縮短了循環施工周期。特點如下：

(1) 采用在索塔施工中設置預制拼裝勁性骨架，在進行直曲、曲直轉換施工時，通過調整爬軌套件上的定位擋件使其適應塔柱曲線部分的線形要求,改變爬軌踏步塊的距離，定位施工方便快捷，不僅精度高，而且可以避免發生誤差累積。

(2) 采用主動式“臨時橫撐+傳感器”的設計，根據不同施工工況來調整橫向支撐頂推力，在混凝土自重、施工荷載及風荷載作用下，使得索塔抗彎矩能力和穩定性得到了極大的改善，有效降低塔柱根部拉應力，從而使塔柱不產生裂縫,使得在保證施工質量和確保施工有序方面并駕齊驅。

(3) 采用懸空支架后場制作、預拼，前場吊裝就位的方法，進行塔梁異步施工。投入的大型機械設備相對較少，施工成本較低，循環施工周期較短，具備較高的投入產出比。

3 施工技術適用范圍

本技術適用于橫橋向傾角較大、曲率多變且沒有下橫梁的斜拉橋混凝土索塔施工，該類型斜拉橋索塔施工過程中塔肢呈大懸臂狀態，需設置主動式橫撐對索塔進行線形控制。其他類型混凝土索塔施工可以參照使用。

4 施工技術原理

(1) 在索塔的施工過程中設置預制拼裝勁性骨架及索導管定位架，提高了索管空間定位和鋼筋架立的能力，以保證索管空間定位精準度和鋼筋架立的精準度，在進行直曲、曲直轉換施工時,通過調整爬軌套件上的定位檔件使其適應塔柱曲線部分的線形要求,改變爬軌踏步塊的距離，以滿足施工平臺的空間位置和安全的要求。

(2) 塔柱(斜塔柱)施工時，對各施工階段模板及支撐系統的強度、變形進行計算，在施工過程中設置主動式臨時橫向支撐，通過調整橫向支撐頂推力來加強塔柱施工過程中的應力、變形控制，并通過設置在橫向支撐上的傳感器監控橫撐應力應變。

(3) 橫梁支架施工時，根據其結構、重量及支撐高度，采用懸空支架法施工，通過采用預埋鋼牛腿加貝雷梁的形式作為模板支撐體系，采用先塔柱后橫梁的異步施工方法。

(4) 通過一種預應力粗鋼筋深埋錨張拉工具解決鋼筋密集區域精軋螺紋鋼的張拉及壓漿。

5 施工技術流程及操作要點

5.1 施工技術流程

施工技術流程如圖1所示。

圖1 施工技術流程圖

5.2 操作要點

5.2.1 塔吊安裝

橋塔材料、模板、臨時結構、設備等全部采用塔吊吊裝運輸。根據橋塔結構形式及現場條件，分別在每個塔柱塔肢兩側設置塔吊。每個索塔由2臺塔吊進行垂直起吊運輸，根據塔吊的工作半徑、起升高度、吊裝重量和起重力矩等參數選擇TC7530作為主塔吊、TC6015作為輔吊，加快施工進度。

5.2.2 勁性骨架安裝

(1) 塔座施工時應對立柱桁架進行預埋，預埋深度150 cm，伸出混凝土澆筑節段頂面15 cm。勁性骨架標準節段高按4.5 m設置，塔柱曲率變化的節段根據索塔線形做適當調整。

(2) 骨架頂部設置桁架連接板，按塔柱傾斜角度焊接限位角鋼。

(3) 吊裝桁架，當桁架對角立柱進入連接板上的限位裝置內，按要求測量校核傾斜位置，達到要求后將骨架與連接板施焊。

(4) 用角鋼連接固定桁架，焊接索導管定位架。

(5) 在勁性骨架周邊以及桁架內搭設臨時鋼筋安裝施工平臺。

5.2.3 塔座施工

塔座是索塔與承臺連接的重要結構物。施工時，塔墩勁性骨架和主筋預埋的準確性直接影響塔墩的施工定位精度，必須準確測量定位。塔座混凝土的澆筑和承臺澆筑間隔時間不應太長，最好在承臺澆筑后立即進行。相對承臺而言，塔座混凝土體積小，標號高，混凝土收縮較大，受承臺的約束影響，塔座容易產生收縮裂紋，且塔座為實心結構，屬大體積混凝土，施工時采取的溫控措施為內散外儲，降低水化熱，防止混凝土收縮開裂。

5.2.4 下塔柱施工

塔座是索塔與承臺連接的重要結構物。施工時，索塔勁性骨架和主筋預埋的準確性直接影響后續節段塔身的施工定位精度。

(1) 為減小施工縫對結構受力的影響，下塔柱2 m高節段與塔座一同澆筑。首節段施工采用液壓爬模模板體系(暫不安裝爬架及施工平臺)進行翻模施工。

(2) 下塔柱2 m高節段施工結束后，將架體全部吊裝下來，用塔吊將承重三腳架安裝在第一節塔柱的掛座上進行固定，并安裝爬模，施工第二節塔柱。第二節塔柱澆筑完成后，安裝爬模后移撐桿及后移平臺，進行第二節塔柱脫模、爬升，安裝第三級平臺及掛吊平臺，施工第三節段，此時液壓爬模按正常步驟拼裝即可，施工完第三節塔柱液壓爬模安裝完所有平臺及構件，正常進行爬升。

(3) 標準段塔柱施工流程為：爬架提升→施工放線→勁性骨架安裝→勁性骨架定位測量檢查→鋼筋接長及綁扎鋼筋→安裝內、外側模板→檢查簽證→澆注混凝土→養護、鑿毛→導軌提升→爬架提升→(安裝主動橫撐)→下一節段施工重復進行直至整個下塔柱施工完成。下塔柱節段施工如圖2所示。

圖2 下塔柱起始節段及標準節段施工

5.2.5 大傾角變曲率密貼式液壓爬模安裝

(1) 模板組裝。為適應橋塔傾斜角度大、斜率多變及截面尺寸的變化，采用鋼木組合模板，模板由WISA板、木工字梁、鋼圍檁組成。鋼圍檁與鋼背楞之間通過焊接的方式連接，通過鋼墊板調整模板面板與塔身線形的匹配；面板與骨架通過沉頭螺栓連接固定而形成整體，中塔柱模板總高度4.8 m，為了保證澆筑質量，下包已澆筑混凝土面10 cm，模板如圖3所示。

圖3 大傾角液壓爬模體系三維示意圖

(2) 模板抗傾斜加固。外模順橋向設置4榀爬模機位，橫橋向設2榀爬模機位，內模設4榀爬模機位。每一組兩榀爬架上下平臺梁用附加平臺梁焊接成整體，與相鄰的一組爬架的各層平臺梁用螺栓連接成整體，最終將一個塔肢4組爬架連接成一個整體。對四組模板陽角位置通過斜拉桿連接固定，形成整體結構，以防止由塔柱傾斜角度大引起模板傾覆與松動漏漿。

(3) 模板曲率適配。為使模板在曲率變化情況下與索塔密貼，在鋼背楞與木工字梁后塞入楔形塊，改變WISA板的弧度。并調整爬軌上的定位桿，完成軌道之間的曲直過渡。

5.2.6 下牛腿施工

下塔柱牛腿采用鋼混結合牛腿，采用滿堂支架法施工，混凝土牛腿尺寸為1.6 m×7.1 m，由于牛腿位置與有鋼梁頂推軌道有沖突，所以待頂推段鋼梁施工完成后，再進行混凝土牛腿澆筑。牛腿澆筑采用落地支架。

5.2.7 中、上塔柱施工

(1) 索道管定位施工?？紤]到斜拉索的安裝精度及定位方便，在鋼結構加工場設置索道管專用定位臺座，在臺座上將工廠預制完成的套管和勁性骨架之間利用角鋼固定并焊成整體，然后整體吊裝至索塔上。將索道管定位架插入塔柱內預留的限位板內。

(2) 錨固區環向預應力施工。斜拉索在塔端的錨固由混凝土錨固及鋼錨梁錨固兩種方式組成，因為第0～9對斜拉索與豎向角度較大，所以直接錨固在中上塔柱上部混凝土底座上，鋼錨梁上錨固第10～24對斜拉索錨，設置于上塔柱中，錨固區的環向預應力采用精軋螺紋鋼。待塔身強度及彈性模量均達到設計的100%時，在爬模的吊平臺上進行預應力粗鋼筋張拉。塔柱預應力施工均采用單根張拉和真空壓漿工藝。預應力粗鋼筋施工時埋設錨墊板、錨盒和預應力管道，將預應力粗鋼筋穿入鐵皮管內。采用以張力控制為主，伸長量控制為輔，張拉力與伸長量相互配合的方法張拉預應力。張拉程序為：先對稱張拉長邊精軋螺紋鋼，再對稱張拉短邊精軋螺紋鋼。

張拉使用深埋錨張拉工具，張拉完成后及時進行壓漿，在錨盒內焊接環向鋼筋并立模澆筑封錨混凝土，防止錨具銹蝕。

(3) 針對“人”字形橋塔研發了一種可調節的智能主動橫撐裝置，通過在主鋼管及調節管間建立連接部的形式，以便調整橫向支撐的長度、使得對接方便，施工效率高，結構穩定性強。通過“主動式臨時橫撐+傳感器”的設計，根據不同施工工況來調整橫向支撐頂推力，并通過設置在橫撐上的傳感器監控橫撐應力應變極大地增加索塔抗彎矩能力和穩定性，有效降低塔柱根部拉應力,從而使塔柱不產生裂縫,確保施工質量和施工有序進行并駕齊驅。水平橫撐立面如圖4所示。

圖4 水平橫撐立面圖

(4) 鋼錨梁施工。鋼錨梁施工采取工廠制造預拼，通過陸路或水路運至現場?，F場對鋼錨梁進行組拼，相鄰鋼錨梁匹配完成后分段吊裝的方法進行安裝，就位后兩段鋼錨梁采用栓接連接。

5.2.8 中、上橫梁施工

中、上橫梁距地面較高，采用懸空支架法施工，塔柱和橫梁異步施工，支架搭設完成后按照設計要求進行預壓?；炷练?次澆注，預應力粗鋼筋分2次張拉，即在第一次混凝土達到90%、彈模達到85%后，對稱張拉一部分底板預應力粗鋼筋，待第二次混凝土達到強度后，再張拉完全部預應力粗鋼筋。

5.2.9 塔冠施工

上塔柱施工完成后，拆除塔柱內側液壓爬架，使用爬模模板和優質竹膠板施工塔冠。吊裝對穿拉桿，并將背楞通過腳手架管固定于已澆筑塔柱上，并澆筑混凝土。塔冠施工時，主要考慮避雷針、航標指示燈、塔頂吊架等預埋件的埋設。

6 結束語

本技術成功應用于巢湖市巢湖大橋索塔施工。結合塔柱大傾角、無下橫梁的造型特點和施工程序，選用合適的起重設備。通過采用勁性骨架結合可調節軌道液壓自爬模施工工藝，結合有限元計算分析結果配置了“一種帶有調節裝置的壓力感應式主動橫撐”通過施加主動力對塔柱進行預偏，實測索塔軸線最大誤差為3 mm，在允許誤差±10 mm以內。