福州市淮安大橋橋塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工控制要點(diǎn)

郭永建

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430050）

福州市淮安大橋是福州市三環(huán)線跨越閩江北港的越江工程。主橋橋型為雙塔雙索面鋼－混凝土混合梁斜拉橋，邊跨采用混凝土箱型加勁梁，中跨采用扁平鋼箱加勁梁，鋼混結(jié)合面位于中跨側(cè)距主塔中心線10 m處。橋梁孔跨布置為（35 m＋42 m＋35 m）＋416 m＋（35 m＋42 m＋35 m）＝640 m，邊跨設(shè)有兩個(gè)輔助墩。主橋立面布置見圖1。

圖1 淮安大橋主橋立面布置（單位：m）

1 主塔設(shè)計(jì)

1.1 主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主塔為A形塔，總塔高為115 m，塔頂高程為＋125.0 m，承臺(tái)頂高程置于現(xiàn)狀地面以下，高程為＋10.0 m。橋面以下塔柱高度為15.799 m，橋面以上塔高為99.201 m。

主塔輪廓順橋向?yàn)橐回Q直等寬矩形。主塔橫橋向外輪廓線形變化較多，在高程＋89.827 m以下為傾斜塔柱，高79.827 m，傾斜度為1∶5.51；往上至高程＋115.718 m位置，主塔塔柱線形位于R＝145 m的圓弧段；其余至高程＋125.0 m塔頂部分主塔為豎直線形。主塔自上而下分為上、中、下塔柱。塔柱外側(cè)邊線在承臺(tái)頂?shù)木嚯x為46.834 m。主塔混凝土采用C50。

上塔柱作為索錨區(qū)采用整體箱形截面，兩邊箱順橋向長(zhǎng)度6.5 m，壁厚為130 cm，橫橋向?qū)挾?.6 m，壁厚分別為70，80 cm；中箱為塔柱橫向連接構(gòu)件，壁厚50 cm；斜拉索錨固點(diǎn)縱向間距分別為3.3，3.1，2.5 m，對(duì)稱于塔柱中心線設(shè)置，采用混凝土齒塊進(jìn)行錨固；為了承受斜拉索巨大的張力，索錨區(qū)塔柱截面采用“井”字形預(yù)應(yīng)力，順橋向采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、夾片式錨具，鋼束規(guī)格分別采用9－φs15.2和7－φs15.2；橫橋向采用光面鋼絲、墩頭錨，鋼絲規(guī)格分別為48－φp7和36－φp7。

中塔柱橫向分離為2個(gè)獨(dú)立塔柱，塔柱縱橫向外形尺寸同上塔柱，順橋向長(zhǎng)度6.5 m，壁厚為130 cm，橫橋向?qū)挾?.6 m，壁厚分別為70，80 cm 按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)

下塔柱為了適應(yīng)主梁支座的設(shè)置采用單箱雙室截面，外側(cè)邊室截面及壁厚均同中塔柱，橫向增加梯形截面箱室，高度11.189 m，內(nèi)側(cè)為豎直截面，斜邊側(cè)為1∶2.7的斜率延伸與主塔柱相交。此范圍的塔柱截面橫橋向?qū)挾扔?.386 m漸變至塔底9.417 m。按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。主橋橋塔構(gòu)造見圖2。

圖2 淮安大橋橋塔構(gòu)造（單位：m）

主塔塔間設(shè)一道橫梁，橫梁頂高程為＋87.0 m，橫梁采用圓弧線形連接主塔塔柱，下圓弧邊線半徑R＝8.121 m，上圓弧邊線半徑R＝10.121 m。橫梁截面為5.3 m×2.0 m的矩形截面。按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。

主塔基礎(chǔ)承臺(tái)采用分離式，單個(gè)承臺(tái)平面尺寸14.4 m×14.4 m，厚度5.5 m，臺(tái)下行列式布置9根直徑2.5 m鉆孔灌注樁，樁基根據(jù)地質(zhì)情況選用端承樁，樁基全截面進(jìn)入微風(fēng)化花崗巖不少于5.0 m。分離式承臺(tái)橫向凈距26 m，臺(tái)間設(shè)置橫向系梁連接成整體以抵抗分離式塔柱的橫向水平力。系梁寬度4 m，高度5.5 m。

1.2 主塔施工方法

主塔塔柱采用常規(guī)的爬?，F(xiàn)澆法施工［2］，為確保施工定位準(zhǔn)確，塔柱需設(shè)置勁性骨架。由于單個(gè)塔柱為傾斜塔柱，為確保施工過(guò)程塔柱的受力安全，塔柱懸臂澆注過(guò)程中需根據(jù)計(jì)算需要逐級(jí)施加水平頂力以確保主塔施工安全。

2 施工控制要點(diǎn)

2.1 橋塔監(jiān)控監(jiān)測(cè)的原則

基于斜拉橋橋塔的穩(wěn)定性分析和施工控制分析，確定其施工監(jiān)控監(jiān)測(cè)的原則如下：①監(jiān)測(cè)橋塔線形、傾斜度，以及受風(fēng)荷載、溫度影響的變形曲線；②根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)變值、彈性模量、實(shí)際澆注混凝土方量和普通鋼筋用料等，修正橋塔有限元模型，預(yù)測(cè)施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)［3］；③監(jiān)測(cè)塔柱位移及根部應(yīng)力，為合理成橋狀態(tài)提供依據(jù)；④根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程，采用修正模型計(jì)算結(jié)果，提供中、下塔柱實(shí)際壓縮變形預(yù)抬量；施工過(guò)程中臨時(shí)橫撐的加載位置及水平荷載值等控制參數(shù)。

2.2 塔身外形控制

嚴(yán)格控制塔柱的傾斜度誤差不大于1／3 000，且塔柱軸線偏差不大于30 mm；塔柱斷面尺寸偏差不大于20 mm，塔頂高程偏差不大于10 mm，斜拉索錨固點(diǎn)高程偏差不大于10 mm，斜拉索錨具軸線偏差不大于5 mm，承臺(tái)處塔柱軸線偏差不大于10 mm。

塔柱施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)塔柱變形，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證塔柱幾何形狀符合設(shè)計(jì)要求；塔柱除起步段外均采用爬升模板法逐段連續(xù)施工，施工模板應(yīng)保證足夠的剛度，確保混凝土外觀質(zhì)量和耐久性；每段混凝土塔柱澆筑高度控制在4～6 m，接觸面應(yīng)認(rèn)真鑿毛、清洗，以保證新老混凝土的接縫質(zhì)量。

2.3 塔柱預(yù)抬量計(jì)算

斜拉橋在成橋狀態(tài)下，橋塔和加勁主梁均承受巨大的軸向壓力，會(huì)產(chǎn)生一定的壓縮變形，該壓縮變形會(huì)對(duì)施工過(guò)程中斜拉索的安裝位置及結(jié)構(gòu)的合理成橋狀態(tài)產(chǎn)生影響。

對(duì)索塔壓縮變形進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮混凝土的收縮、徐變和彈性壓縮對(duì)高程的影響，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶Ц撸Ц叩臄?shù)值根據(jù)中、下塔柱實(shí)際壓縮變形情況綜合考慮，本橋施工中斜塔柱預(yù)拋高按2 cm考慮。

2.4 塔柱預(yù)偏量計(jì)算

橋塔的平動(dòng)位移中影響橋塔線形或垂直度的是順橋向位移DX和橫橋向位移DY。由于塔順橋向豎直，施工過(guò)程中沒有位移DX。隨著塔柱施工高度的增加，斜塔柱施工頂部處的橫橋向位移也越來(lái)越大。所以在斜塔柱施工前，為避免橋塔線形出現(xiàn)曲折，在橋塔線形控制過(guò)程中必須將橫橋向水平位移作為塔柱各施工階段的水平位移預(yù)偏量，使塔柱線形符合設(shè)計(jì)要求。斜塔柱橫橋向最大預(yù)偏量為8.4 cm，發(fā)生在塔柱與橫梁連接處節(jié)點(diǎn)。

2.5 塔柱施工過(guò)程中臨時(shí)支撐的設(shè)置

斜塔柱在大懸臂狀態(tài)下，自重和施工荷載等產(chǎn)生的水平分力在根部產(chǎn)生較大的彎矩，使根部外側(cè)混凝土出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力而引起開裂，且成橋后根部?jī)?nèi)外側(cè)壓應(yīng)力嚴(yán)重不均勻，使內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力超出設(shè)計(jì)要求，從而影響整個(gè)塔柱壽命。因此斜塔柱施工時(shí)必須計(jì)算斜塔柱的懸臂自由高度和施工預(yù)偏量，在施工過(guò)程中設(shè)置臨時(shí)的水平橫撐來(lái)減小上述影響［4］。確定合理的臨時(shí)橫撐位置和頂力的原則是：①斜塔柱根部必須充分考慮每節(jié)新澆筑混凝土終凝前的水平分力，在懸臂澆筑過(guò)程中，在自重、施工荷載作用下，保證斜塔柱根部不產(chǎn)生拉應(yīng)力；②以第1道臨時(shí)橫撐處斜塔柱混凝土截面應(yīng)力控制來(lái)確定第2道臨時(shí)橫撐的高度，依次類推，確定后續(xù)臨時(shí)橫撐的位置；③橫撐頂力采用應(yīng)力和變形雙控。橫撐頂力小則達(dá)不到線形控制的預(yù)期效果，斜塔柱根部可能出現(xiàn)拉應(yīng)力；過(guò)大則會(huì)影響斜塔柱的整體線形、截面應(yīng)力和穩(wěn)定性。

本橋塔柱施工時(shí)設(shè)4道水平橫撐并對(duì)索塔施加水平外頂力。水平撐必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，并與塔柱固結(jié)，待索塔施工完成后拆除。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在成橋恒荷載作用下，橋塔為豎向壓彎構(gòu)件，考慮混凝土的收縮徐變、彈性壓縮以及基礎(chǔ)的沉降等因素，施工時(shí)應(yīng)對(duì)橋塔橫梁、斜拉索錨固點(diǎn)位置設(shè)置相應(yīng)的預(yù)抬量，斜塔柱施工過(guò)程中要考慮相應(yīng)的橫向預(yù)偏量。

（2）該A形橋塔對(duì)全橋線形和結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響較為敏感，塔柱施工時(shí)設(shè)4道水平橫撐并對(duì)索塔施加水平外頂力，待索塔施工完成后拆除。

（3）從計(jì)算結(jié)果可知，塔柱的撓曲變形被橫向支撐所約束，橫向支撐所起作用明顯，施工中必須將斜塔柱的位移和應(yīng)力控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

［1］ JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTG TF50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］ 李建慧，李愛群，羅世東，等.自錨式懸索橋獨(dú)柱橋塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工控制分析［J］.橋梁建設(shè)，2009（3）：40－43.

［4］ 許佳平，楊 進(jìn).武漢市金橋大道快速通道斜拉橋主塔施工研究［J］.交通科技，2011（3）：10－13.