勁性骨架在湛江海灣大橋主塔的應(yīng)用

張寶剛

摘要：本文以湛江海灣大橋主塔上塔柱施工過程為背景，介紹勁性骨架在弧線形塔柱施工中的設(shè)計及應(yīng)用，對勁性骨架的施工工藝進(jìn)行了研究，為勁性骨架的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；勁性骨架；施工工藝

1 工程概況

湛江海灣大橋主橋為雙塔雙索面混合梁斜拉橋，全長840m，跨度組成為60+120+480+120+60m.上部構(gòu)造為封閉式流線型扁平鋼箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁混合構(gòu)造。

其主塔采用鉆石形空間索塔，塔高155.1m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由下、中、上塔柱和橫梁組成。塔柱及橫梁均采用50號混凝土。塔柱為弧線形，由于塔柱體型特殊，質(zhì)量要求高，施工操作面小，工程量大，又是高空作業(yè)，同時為確保大橋的最佳合龍期，整個塔柱必須在規(guī)定時段內(nèi)完工，從而塔柱施工成為全塔按質(zhì)按期完工的一個重要環(huán)節(jié)。

由于索塔所處場地限制、塔柱傾斜等原因，塔柱施工通過使用勁性骨架，可以在滿足結(jié)構(gòu)受力的前提下提供足夠的施工面和確保施工進(jìn)度；并確保塔柱外形美觀，質(zhì)量優(yōu)良。

2 勁性骨架設(shè)計

勁性骨架作為索塔施工導(dǎo)向、鋼筋定位、模板固定之用，也是上塔柱預(yù)應(yīng)力粗鋼筋和斜拉索鋼套管定位安裝必不可少的。

考慮到塔柱施工采用爬模施工，每兩節(jié)模板高(4.5m)為一個施工段.勁性骨架初步設(shè)計為4.5m高，整體吊裝.安裝時第一節(jié)預(yù)高出混凝土面0.5m，以后每塊往已安裝好的勁性骨架上接高，每次接高4.5m，澆注塔柱混凝土一次。該種勁性骨架安裝方法的缺點是：骨架整體安裝，由于自重較大，定位前不能放松吊點，占用吊點時間長，影響進(jìn)度。并且整體調(diào)整位置困難，于是把骨架設(shè)計成豎向兩塊，分塊吊裝然后焊接成整體。相對以前方案是節(jié)約了時間，最后我們把每節(jié)骨架4.5m高分塊吊裝定為設(shè)計方案。

該結(jié)構(gòu)采用等邊角鋼及型鋼，設(shè)計鋼材用量最后降低到30kg／m3混凝土，通過優(yōu)化設(shè)計方案，不但節(jié)約了鋼材，還加快了工程進(jìn)度。

勁性骨架由100×100×10、75×75×8兩種角鋼組成。整個骨架由加勁柱和平聯(lián)組成。加勁柱的截面為44×36cm。勁性骨架分為十三個節(jié)段，將整個勁性骨架作為一個空間桁架來計算，取結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)最為不利的第一節(jié)7.86×4.47m最底層骨架截面計算。計算圖式如下：

設(shè)計荷載主要考慮骨架、模板自重、 混凝土重力，同時考慮了風(fēng)力的影響。設(shè)加勁柱，平聯(lián)都為梁單元。桁架計算時在節(jié)點處施加荷載，把每個面的力分解在各個節(jié)點加載，底部節(jié)點固定，加勁柱與平聯(lián)固接。

由于勁性骨架所受荷載主要為塔柱傾斜，混凝土重力產(chǎn)生的側(cè)壓力。實際受力情況比較復(fù)雜，以往分析勁性骨架的簡化模型可借鑒較少，所以根據(jù)實際施工情況進(jìn)行簡化模型的計算。建立模型后用ansys有限元分析軟件進(jìn)行計算應(yīng)力和變形。

對比實際施工過程中的結(jié)果。分析模型的計算結(jié)果（變形9.6mm）和實際施工過程中的結(jié)果較接近（變形10mm）。在實際施工中加設(shè)預(yù)偏值來抵消骨架的變形。

3 勁性骨架施工工藝

3.1 骨架制作

塔柱勁性骨架的原材料選擇時，即考慮了滿足結(jié)構(gòu)受力要求，又要盡量節(jié)省材料，還要考慮制作、安裝簡便。如果采用實腹式需要較大的工字鋼，浪費材料且剛度較小。經(jīng)過比選，決定采用結(jié)構(gòu)剛度大，材料節(jié)省，可以分塊加工安裝的角鋼桁架柱。由100×100×10、75×75×8兩種角鋼組成。整個骨架由加勁柱和平聯(lián)組成。加勁柱的截面為44×36cm。施工中考慮到骨架是塔柱施工的第一個環(huán)節(jié)，所以材料提前2個月進(jìn)場，加工工作提前1個月進(jìn)行。確保塔柱施工工作連續(xù)不間斷進(jìn)行。

勁性骨架在制作棚按圖紙要求預(yù)先加工，加工時先加工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的單根桁架柱，再根據(jù)圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)加工好各個平聯(lián)桿件。骨架線形加工精度要求較高，要求測量人員在平整場地精確放出標(biāo)準(zhǔn)樣線，再開料焊接加工。先確定出桁架柱的位置，并安裝固定桁架柱，然后焊接平聯(lián)，組合成單節(jié)段單塊勁性骨架。前后節(jié)段的各個接頭位置要前后編號試對接，方便以后吊裝時準(zhǔn)確快速安裝。每塊勁性骨架加工好后都要技術(shù)人員對骨架外形尺寸進(jìn)行復(fù)測，控制好骨架的每個環(huán)節(jié)，確保主塔的外形準(zhǔn)確。每節(jié)勁性骨架分兩塊加工，轉(zhuǎn)運出主墩安裝好后再加平聯(lián)連成整體。裝運過程中要注意起吊、裝車時盡量控制骨架的變形。

3.2 骨架安裝

勁性骨架的安裝用16T塔吊吊裝就位，首節(jié)勁性骨架與調(diào)平段預(yù)埋鋼板連接，調(diào)平段預(yù)埋鋼板焊接錨固鋼筋預(yù)先埋入混凝土中。由于調(diào)平段預(yù)埋鋼板是各階段勁性骨架的基礎(chǔ)，需要嚴(yán)格控制調(diào)平鋼板的平面位置和標(biāo)高。上、下勁性骨架之間先用螺絲連接，待測量精確定位后，再行焊接連接。勁性骨架安裝時先安裝梯形桁架，最后連接平聯(lián)。勁性骨架安裝即相當(dāng)于鋼筋、模板位置的確定，所以勁性骨架安裝定位時測量組必須實時跟蹤測量，以免造成耗工巨大的返工。首節(jié)勁性骨架定位時，先按設(shè)計位置放樣出勁性骨架底部邊線，同時測出四個角點的標(biāo)高，接后按照設(shè)計傾斜度安裝第一節(jié)骨架，然后在第一節(jié)骨架上端4個角點位置進(jìn)行三維測量，并按測量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，直到符合設(shè)計位置。如果實際安裝勁性骨架時骨架上端角點的標(biāo)高由于各種原因和設(shè)計有所偏離（最大出現(xiàn)過3cm），需要根據(jù)實測標(biāo)高計算出相對應(yīng)的平面位置坐標(biāo)，按調(diào)整過的平面坐標(biāo)對骨架進(jìn)行實際控制。在第一節(jié)段混凝土澆注完畢后還要對第一節(jié)段勁性骨架進(jìn)行復(fù)測，實際測量中骨架標(biāo)高基本未發(fā)生變化（小于3mm），平面位置變化較?。ㄐ∮?0mm），且已經(jīng)對骨架頂端平面設(shè)計坐標(biāo)加設(shè)預(yù)偏值，確保塔柱外形的準(zhǔn)確性。第二節(jié)勁性骨架在第一節(jié)骨架上直接安裝，然后進(jìn)行測量調(diào)整，直到符合設(shè)計位置，其余類推。

勁性骨架安裝完成后，就為塔柱的其他施工工作提供了堅實的支撐和工作平臺。骨架結(jié)構(gòu)為空間桁架，本身就是個簡易的工作平臺架構(gòu)，其他各項后續(xù)施工工作都可以以骨架為依托順利展開。

由于骨架提供的工作面大，勁性骨架安裝完成后可以同時安裝斜拉索套筒和綁扎鋼筋。綁扎鋼筋時以勁性骨架為附著定位支架，鋼筋接長后綁在勁性骨架上如果個別主筋與勁性骨架有沖突，可適當(dāng)調(diào)整鋼筋的位置。鋼筋綁扎完成后，進(jìn)行安裝預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。

斜拉索套筒安裝工作也以骨架為依托，先在骨架橫聯(lián)位置初步放樣出套筒的位置，然后在橫聯(lián)中間焊接槽鋼，作為套筒的底托。再按照設(shè)計坐標(biāo)精確防樣出套筒底軸線上的兩個點（平面位置、高程），然后用塔吊吊裝已經(jīng)畫出上下軸線的套筒，底部軸線固定在放樣出的兩個點上，上部用5個手拉葫蘆臨時固定在勁性骨架的桁架柱和橫聯(lián)上，測量上軸線上兩個點的空間坐標(biāo)，對比設(shè)計坐標(biāo)，利用5個手拉葫蘆進(jìn)行位置調(diào)整，最后調(diào)整到偏差滿足規(guī)范要求。進(jìn)行初步焊接固定，套筒用槽鋼點焊在骨架結(jié)構(gòu)上，再復(fù)測套筒的位置，滿足要求后進(jìn)行套筒的完全固定，焊接時候注意多點分布整體施焊，避免局部焊接溫度過高引起鋼結(jié)構(gòu)的變形而引起套筒的空間位置變化。

鋼筋、套筒安裝完成后，安裝外模板。由于外模板控制著塔柱的外形線型，所以還要對外模板的空間位置進(jìn)行測量控制。測量方法同勁性骨架測量類似，測量結(jié)果可以同骨架的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，二次檢驗骨架空間位置的準(zhǔn)確性。滿足要求后澆注塔柱混凝土。完成一個節(jié)段的塔柱施工。

由于塔柱高度高（150m以上），搭設(shè)支架支撐困難，且塔柱傾斜，在空中沒有可以提供依托的受力點。所以傾斜、高大的斜拉橋主塔塔柱施工采用勁性骨架施工是必要的。同時，斜拉橋塔柱施工工藝復(fù)雜，需要控制測量、控制質(zhì)量的地方較多，對塔柱的外形要求很高，具有足夠剛度的勁性骨架作為塔柱施工的支撐體系，能很好的控制住塔柱的外形，提供堅實的基礎(chǔ)，為其他工作能夠高質(zhì)量完成提供平臺。湛江海灣大橋采用勁性骨架進(jìn)行塔柱的施工，施工工作在高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的前提下順利進(jìn)行，高速度地完成了外型獨特的鉆石型塔柱，且外形美觀、質(zhì)量優(yōu)良，滿足要求，受到了各方的好評。

勁性骨架的實際施工過程需要考慮到機械使用情況，以及工程進(jìn)度要求，還可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

結(jié)束語。高塔施工除了進(jìn)行嚴(yán)密的勞動組織外，關(guān)鍵要根據(jù)實際情況，在施工工藝上進(jìn)行突破，在技術(shù)上對方案進(jìn)行謹(jǐn)慎分析比較，高空、立體、平行、交叉作業(yè)才有可靠保證。湛江海灣大橋斜拉橋索塔施工充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的特殊功效和新技術(shù)新工藝的特殊作用，達(dá)到了塔柱節(jié)段周期最快4天的速度。勁性骨架為湛江海灣大橋索塔高速度、高標(biāo)準(zhǔn)建成做出了很大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000），人民交通出版社，2000年10月第一版；

[2]《橋梁工程》，范立礎(chǔ)，人民交通出版社，1993年7月.