高聳花瓶型斜拉橋索塔施工關鍵技術研究

朱 軍

（上海市基礎工程集團有限公司，上海 201204）

0 引 言

索塔作為斜拉橋主要的關鍵結構，通常建筑高聳，混凝土方量大，塔索施工測量控制及塔柱裂縫控制難度大，索塔施工復雜風險高難度大。

結合辰塔大型斜拉橋花瓶型索塔測量控制，塔柱合理分段分節(jié)，塔柱爬模施工、上下橫梁合理分段及勁性骨架設置裂縫控制等關鍵施工技術進行系統(tǒng)分析總結，以期對類似工程施工提供一定的參考借鑒。

1 工程案例

1.1 總體概況

辰塔大橋為辰塔公路橫跨黃浦江的一個重要節(jié)點。主橋橋型為雙塔雙索面混凝土斜拉橋，基本結構體系采用半漂浮體系［1］。主橋跨徑 296 m，索塔總高 93.7 m，索塔共設兩道橫梁。斜拉索縱向立面采用扇形布置，全橋共 84 對索（見圖1）。

圖1 工程總體結構示意圖

1.2 索塔結構概況

辰塔大橋 P9、P10 主墩塔柱總高 93.7 m，塔冠高 2.0 m，橋面以下索塔高 78.0 m。索塔設兩道橫梁，塔柱分為上、中、下三段，索塔橫向為花瓶形索塔。兩個下塔柱之間用兩道間距 5 m，厚度 1 m 的墻連接。下橫梁橫向長度 45 m，下塔柱坡度 1∶4，中塔柱坡度 1∶5.026。

索塔混凝土標號：C50，混凝土總方量10 390.6 m3。

2 施工主要難點及解決措施

1）斜拉索混凝土主塔高 93.7m，高塔施工質(zhì)量控制是工程的重點。主塔下塔柱采用整體大模板施工，中塔柱和上塔柱爬模施工工藝，上橫梁和下橫梁均采用支架現(xiàn)澆施工。

2）下塔柱裂縫控制：主塔下橫梁易在預應力作用下引起開裂，主塔下塔柱的高度比較小，相對剛度較大。張拉預應力時將在下塔柱與下橫梁的頂板及豎向板之間按照剛度分配。如果一次性完成下塔柱整體結構之后張拉必將引起下塔柱的開裂。可通過預應力分次張拉解決下塔柱的開裂問題。

3）約束裂縫：采取設置腹板后澆帶和下橫梁合龍段，并在合龍段上設置預頂措施，控制索塔下塔柱與承臺澆筑時間間隔等措施解決約束裂縫問題。

4）斜塔柱施工過程控制：由于中塔柱為向內(nèi)傾斜的結構（向內(nèi)傾斜約 10°），因此在施工時需要布置水平橫向支撐以抵消其水平荷載，增強穩(wěn)定性，橫向支撐根據(jù)爬模施工進度分段安裝，并施加橫向預頂力。

3 主塔施工總體流程

3.1 主塔分段

結合索塔結構，將主塔沿高度方向分為 26 個節(jié)段，包括：下塔柱（T-01、T-02）、下橫梁（T-03）、中塔柱（T-04～T-12）、中橫梁（T-13、T-14）；上塔柱（T-15～T-26，包括塔冠）。結合各分段分別對應相應施工方法（見表1、圖2）。

表1 索塔塔柱分段及施工方法匯總表

圖2 主塔塔柱分段示意圖

3.2 主塔施工總體流程

主塔節(jié)段的主要施工流程為：下塔柱施工→施工下橫梁（T-04、T-05）→安裝爬模，順序施工 T-06～T-12→分兩次施工上橫梁（T-13、T-14）→順序施工 T-16～T-25（穿插鋼錨梁安裝）→待主梁完成施工后，施工塔冠（T-26）。

4 主塔施工關鍵技術控制

4.1 主塔施工測量控制

塔柱施工采用天頂角控制法。測量控制原理：用全站儀在承臺頂面分別放樣出主塔的縱、橫向中心線和塔柱的縱橫向中心線，合成一小型的控制網(wǎng)。在控制網(wǎng)的基礎上分別在主塔每個轉(zhuǎn)角處設置一個斜率控制點對塔柱進行測量定位。為了方便操作，每個斜率控制點設定在具有一定高度的儀器架設平臺（有足夠的剛度）的預埋鋼板上，在每只塔柱角布置一個測站，儀器每次架設在固定于平臺上的對中裝置上（見圖3）。

圖3 主塔塔柱關鍵測點布置示意圖

索塔施工過程中，斜率測量控制點在下塔柱、中塔柱、上塔柱起始施工時分別布置。主塔施工測量重點是：保證塔柱、錨固鋼橫梁、索套管等各部分結構的傾斜度、外形幾何尺寸、平面位置、高程滿足規(guī)范及設計要求。

塔柱內(nèi)腔結構側面的斜率控制為常規(guī)控制方法：利用勁性骨架的水平限位（勁性骨架斜率事先已經(jīng)測量定位），在保證鋼筋主筋及水平分布筋的保護層后，按照設計結構平距用水平鋼尺丈距方法控制驗收。

外模斜率控制同樣采用天頂法控制，標尺從模板頂部內(nèi)側水平伸出去，根據(jù)既定標尺上控制標志來掌握測量視線與模板內(nèi)側面之間的距離，進而調(diào)整模板斜率；內(nèi)模斜率控制采用勁性骨架限位及鋼尺水平丈距的方法進行定位。

鋼錨梁的安裝穿插在上塔柱施工中進行，鋼錨梁利用主塔的勁性骨架定位，在完成塔柱節(jié)段混凝土施工后，將鋼錨梁下落到牛腿上的預埋板上時再次微調(diào)鋼錨梁的位置，確保精確就位。

同時施工過程中結合BIM技術運用，建立塔柱骨架驅(qū)動模型。骨架驅(qū)動模型技術可將將測量數(shù)據(jù)導入到表格中，模型會自動進行對比分析，得出實際的偏差值。測量過程實施對比分析及糾偏，以減少偏差（見圖4）。

圖4 塔柱測量結合 BIM 實時分析控制

4.2 下塔柱和下橫梁施工

下塔柱第1、2 節(jié)段施工腳手支架搭設采用φ48mm 腳手管，外部環(huán)繞塔柱四周成環(huán)狀。根據(jù)施工需要支架分節(jié)段進行搭設，搭設間距為1.8 m×1.5 m×1.5 m，支架利用“H”型螺母與塔柱拉結固定。

下橫梁約束裂縫控制：采取設置腹板后澆帶和下橫梁合龍段，并在合龍段上設置勁性骨架預頂措施。根據(jù)塔柱澆筑分段高度，勁性骨架標準加工長度為 8.0 m。勁性骨架由 ［20a 槽鋼組層的桁架體系，施工過程注意于后澆帶兩端口預留預埋件，并通過水平型鋼聯(lián)系桿將各個單個骨架焊連，形成整體框架（見圖5）。

圖5 下橫梁合攏段設置及勁性骨架結構圖

在后澆段 2 施工前，安裝進勁性骨架，并施加約 200 t 水平預頂力。

4.3 中塔柱液壓爬模施工

4.3.1 施工關鍵點

中塔柱的施工主要采用液壓爬模進行，爬模需要待到完成 T-06 節(jié)段，具備一定的安裝高度后，再進行安裝。

由于中塔柱為向內(nèi)傾斜的結構（向內(nèi)傾斜約 10°），因此在施工時需要布置水平橫向支撐以抵消其水平荷載，增強穩(wěn)定性，橫向支撐根據(jù)爬模施工進度分段安裝，并施加橫向預頂力。

4.3.2 液壓爬模板主要結構［2］

液壓爬模系統(tǒng)包括承重結構、爬升系統(tǒng)、平臺系統(tǒng)等部分組成（見圖6），具體參數(shù)如表2所示。

圖6 爬模立面圖

表2 液壓爬模系統(tǒng)主要性能參數(shù)

1）架體結構：主要由主操作平臺、三角支撐架、綁筋操作平臺以及懸掛施工平臺組成。

2）爬升及附墻系統(tǒng)：主要由承重掛鉤、爬升導軌和防墜裝置組成。附墻包括附墻支座及附墻靴，作為支承爬架的受力點，也是導軌的支承構件。

3）液壓動力系統(tǒng)：液壓動力系統(tǒng)主要由動力泵、千斤頂以及相應同步控制閥等組成。

4）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)主要由電氣控制系統(tǒng)和電腦控制系統(tǒng)，其中電氣控制系統(tǒng)包括同步控制箱和同步控制操作手柄。

5）模板系統(tǒng)：模板采用全鋼大模，約 100 kg/m2。模板的安裝、拆卸采用導輪吊裝。

4.3.3 施工流程及具體步驟

1）搭設支架：完成 T-03、T-04 節(jié)段施工→安裝液壓爬模系統(tǒng)→利用爬模順序施工 T-05～T-12 節(jié)段，同步施工上橫梁支撐以及橫向?qū)巍?/p>

2）爬模安裝：液壓爬模的組裝在施工中塔柱第3施工段（即完成 10.5 m）時，開始埋置液壓爬模的固定螺栓，在混凝土澆筑完成后，在已澆筑的 3 號施工段安裝爬模操作平臺、液壓動力系統(tǒng)等。

3）液壓爬模固定：液壓爬模的固定利用在塔柱上預埋的固定螺栓固定，并須確保預埋件的埋入錨固長度大于 40 d。

4）液壓爬模調(diào)整：對于塔柱順橋向索塔截面的變化，通過調(diào)整模板懸掛支架的伸長量以及間距來調(diào)整模板的位置，爬模系統(tǒng)主體結構不發(fā)生變化。

5）液壓爬模系統(tǒng)拆除：在混凝土施工至結構頂面后，需要在高空拆除，拆除利用塔吊進行。

爬模施工具體步驟如圖7表示。

圖7 爬模施工步驟圖

①步驟一：完成混凝土養(yǎng)護后，卸下模板，并清理模板；安裝懸掛靴，并解除爬軌的固定，準備爬升；

②步驟二：爬模液壓爬升軌道向上爬升一個節(jié)段；軌道爬升就位后，完成體系轉(zhuǎn)化，并固定；

③步驟三：平臺及支架利用爬軌向上爬升一個節(jié)段；爬升就位后進行平臺位置糾偏、調(diào)整并固定；塔柱內(nèi)平臺同步向上搭設一個節(jié)段；

④步驟四：完成塔柱節(jié)段的勁性鋼骨架、鋼筋、預埋件等施工；利用爬模上的提升系統(tǒng)，安裝模板；同步完成塔柱內(nèi)模板的安裝；測量驗收，準備進行混凝土施工。

4.4 上橫梁施工［3］

中塔柱施工時，隨著塔柱逐步升高，水平分力產(chǎn)生的彎矩也逐步增大。為了使塔柱不產(chǎn)生裂縫，考慮在中塔柱設置橫向支撐，在標高+25.9、+35.9以及+45.9 m 位置布置 3 道，一端與塔柱壁的埋件焊牢，另一端在鋼平臺上安放千斤頂，分別對中塔柱施加 120、140 以及 160 t 預頂力。

上橫梁施工時，為支撐混凝土自重以及設置平臺，需要搭設豎向支撐系統(tǒng)，支撐分為立柱、橫梁以及連接系部分，立柱采用 8 根 φ609×10 鋼管，立柱頂部布置雙榀 HW588 型鋼分配梁，在其上布置橫梁，橫梁采用 3 m×1.5 m 標準貝雷片+型鋼桁架的形式（見圖8）。

考慮到彈性及非彈性變形、溫度、日照以及支撐變形的影響，在上橫梁支撐立柱頂端布置豎向調(diào)節(jié)千斤頂，在每次混凝土施工前進行調(diào)節(jié)。

圖8 上橫梁施工臨時支架和支撐布置圖

5 結 語

本文以辰塔大橋工程為背景（目前該橋已通車，施工效果如圖9所示），結合本工程花瓶型斜拉橋索塔技術研究同時兼顧實際施工的工況銜接，做到安全、經(jīng)濟、合理，主要成果如下。

圖9 施工效果圖

1）針對高聳花瓶型斜拉橋索塔施工，合理分段分區(qū)綜合采用臨時支架及液壓爬模施工工藝，減短了工期和節(jié)約了成本，并確保了索塔施工過程中的安全。

2）對高聳斜拉橋索塔上、下橫梁施工，通過合理設置后澆帶，增設勁性骨架及臨時支撐并適當施加預頂力，有效地控制了索塔大體積混凝土施工裂縫，并確保了塔索施工過程中的安全與穩(wěn)定。

3）對高聳斜拉橋索塔測量控制，結合 BIM 技術運用，建立塔柱骨架驅(qū)動模型。測量過程實施對比分析及糾偏，以減少偏差。