大跨度懸索橋索塔施工技術(shù)控制研究

鄧銀華，劉小飛

（1.貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001；2.貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001）

1 工程概況

1.1 總體概況

河閃渡烏江特大橋為主跨680m的單跨鋼桁梁懸索橋，全長2 000m。橋塔采用門型框架結(jié)構(gòu)，湄潭岸主塔最大高度153m，石阡岸主塔最大高度96m，錨碇為重力式嵌巖錨；主纜中心距27m，跨徑布置為（249+680+238）m；主桁采用板桁結(jié)合式鋼桁梁，桁高6.8m、桁寬27m，全橋共53個節(jié)段，標準節(jié)段（含橋面板）最大吊裝重量為160t。

1.2 索塔概況

橋梁索塔采用鋼筋混凝土門式框架橋塔，石阡岸主塔最大高度96m。橋塔塔身由上塔柱、下塔柱、塔座及橫梁組成。兩塔柱沿高度方向，截面橫橋向尺寸保持不變，截面縱橋向尺寸由塔頂寬6.5m塔底按照1∶100的坡度線性變化，塔柱橫橋向內(nèi)外側(cè)傾斜斜率均為1∶22.4。為適應地形變化，減少挖方量，石阡側(cè)橋塔兩根塔柱不等高。

1.3 施工控制難點

橋梁主塔高96m，混凝土泵輸送難度高，線形控制及塔身裂縫控制要求高，橫梁跨度（21.5m）大，混凝土澆筑量大。索塔施工作為整個懸索橋施工質(zhì)量控制重點，塔身施工采用液壓自爬模系統(tǒng)施工工藝，橫梁采用鋼管支架+貝雷梁施工工藝。

1.4 施工控制重點

（1）索塔塔身施工控制。索塔塔身施工采用液壓爬模施工。塔柱與橫梁采用同步施工工藝。

（2）應力控制。由于索塔施工過程中的附加力產(chǎn)生的不平衡水平力在塔根產(chǎn)生彎矩，使索塔外側(cè)產(chǎn)生拉應力，導致塔身及其底部混凝土開裂。因此，需采取可靠措施控制索塔在施工過程中的附加應力。

（3）線形控制。索塔幾何位置、線形采用全站儀進行測量控制。在日照、溫差、風速等多因素的影響下，索塔精細化施工測量控制難度大。需在施工中隨時校正施工坐標及測量儀器，保證索塔線形滿足設(shè)計線形。

（4）索塔橫梁施工控制。索塔橫梁施工采用搭設(shè)落地支架施工。索塔橫梁跨度大，距地面高，需搭設(shè)臨時支架進行施工，混凝土澆筑量大，對施工設(shè)備要求較高，施工難度、安全風險極大。

2 索塔施工流程

2.1 塔身分段

為尋找索塔最優(yōu)施工工序和采取相關(guān)施工措施，確保索塔應力指標和位移指標均滿足規(guī)范要求，避免塔身及索塔底部混凝土開裂，保證結(jié)構(gòu)施工安全和施工質(zhì)量，需對索塔進行節(jié)段劃分[1]。橋梁索塔左塔柱14.3m以下按3.65m+3×3.55m劃分節(jié)段，剩余塔柱以4.5m高度為標準節(jié)段進行施工，直至塔頂。左塔共20個節(jié)段，右塔共19個節(jié)段，具體分段高度見圖1。

圖1 索塔節(jié)段劃分

2.2 塔身施工流程

測量放樣→塔身節(jié)段施工至橫梁底端，同時搭設(shè)橫梁施工支架→橫梁施工→墩頂實心段施工。

3 索塔施工關(guān)鍵技術(shù)控制

3.1 索塔塔柱施工控制

索塔塔身采用液壓爬模+臨時支架施工工藝，同時左右塔柱設(shè)置兩臺SC200G施工電梯和塔吊進行施工，混凝土澆筑采用兩套8018型混凝土管+Φ125mm泵管。

目前，針對大跨度懸索橋索塔施工主要采用定制的液壓爬模系統(tǒng)進行施工。液壓爬模是適用于橋梁工程中高墩高塔現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工的一種現(xiàn)代化機械裝備。索塔塔柱根據(jù)施工高度及施工工藝要求合理分段，采用液壓爬模+臨時支架施工工藝，液壓爬模施工具有以下優(yōu)勢：

（1）機械化程度高，減輕勞動強度，便于混凝土澆筑。

（2）系統(tǒng)內(nèi)部具有自身爬升液壓系統(tǒng)，無需配備輔助爬升設(shè)備。安全性好，速度較快，有利于縮短工期；同時一次成型，減少模板裝拆工序，可連續(xù)作業(yè)。

（3）適應性強，應用范圍廣，一般不受高度限制，同時有利于模板清理及混凝土養(yǎng)護。

（4）改善施工作業(yè)條件，有利于保證工程質(zhì)量，可節(jié)省施工場地，減少模板用量；

（5）具有可靠全方向的操作平臺，不必重新搭設(shè)操作平臺而浪費材料和勞動力。

索塔塔柱與橫梁間施工可分為塔梁異步施工和塔梁同步施工。國內(nèi)九江長江公路大橋[2]、廈漳跨海大橋[3]等索塔施工采用塔梁異步施工工藝；武漢二七長江大橋[4]、安慶長江鐵路大橋[5]等橋梁索塔施工采用塔梁同步施工工藝。兩種施工工藝在質(zhì)量、成本、工期、安全、施工組織等方面各有優(yōu)勢和缺點。

本索塔塔柱與橫梁采取塔柱同步施工，其優(yōu)勢是能夠保證塔梁結(jié)合處的施工質(zhì)量，可盡早形成結(jié)構(gòu)整體框架，具有更高的整體性；但拆裝爬模系統(tǒng)屬高空作業(yè)，不利于施工安全；塔梁異步施工最大的優(yōu)勢是可以縮短工期，利于總體工期控制[6]。對工期控制要求較高，橫梁較多的索塔可優(yōu)先選用塔梁異步施工工藝。

3.2 索塔應力控制

索塔塔柱向內(nèi)傾斜，施工過程中處于單懸臂狀態(tài)，在索塔自重和施工階段荷載作用下產(chǎn)生與索塔垂直方向的分力，使塔身截面彎矩和應力隨塔身傾斜高度的增加而增加，使主塔鈍角方向產(chǎn)生拉應力[7]，導致混凝土開裂。

為確保塔柱施工的安全性和穩(wěn)定性，消除傾斜塔身混凝土的不良應力狀態(tài)，避免塔身及其底部混凝土產(chǎn)生較大的殘余應力而導致開裂。一種有效的措施是采用橫向?qū)渭夹g(shù)，即在索塔塔柱間設(shè)置臨時橫向支撐，使塔柱與橫撐每隔一定高度形成框架結(jié)構(gòu)，從而與塔柱橫橋向的臨時彎矩保持平衡[8]。

本工程在索塔兩塔柱之間沿豎向設(shè)置3道采用Φ630×16mm無縫鋼管支撐。如圖2索塔橫向支撐布置圖所示。在索塔塔柱之間設(shè)置臨時橫撐能降低施工荷載產(chǎn)生的負彎矩，很好地控制應力，如沒有設(shè)置橫向支撐，塔身外側(cè)及底部混凝土將產(chǎn)生拉應力，導致混凝土開裂[9]。由此可見，適當設(shè)置臨時橫向支撐可有效控制塔身外側(cè)應力，使索塔始終處于安全狀態(tài)。

圖2 索塔橫向支撐

臨時橫向支撐的設(shè)計主要考慮索塔底部混凝土截面應力，橫向支撐間距是裸塔施工中保證索塔各截面不產(chǎn)生拉應力的最大懸臂高度，該高度還需滿足索塔施工工藝及施工空間要求。

3.3 索塔線形控制

大跨度懸索橋索塔高度一般較高，索塔施工作為懸索橋施工過程中的關(guān)鍵工序之一，其線形測控方法和控制精度滿足線形控制要求，使索塔施工線形能否滿足設(shè)計線形要求顯得極為重要。

由于索塔分段施工過程中會產(chǎn)生不平衡荷載，同時受環(huán)境溫差、日照、風速等外界因素影響，均會產(chǎn)生不同程度的偏位[10]。

湄石高速烏江特大橋索塔幾何位置、線形采用超高精度的全站儀進行三維坐標測量控制。為控制整個索塔成橋線形，在索塔施工測量控制時應考慮日照、溫差、風速等多因素的影響對測量精確度的影響，需隨時校正施工坐標及測量儀器，保證索塔線形滿足設(shè)計線形。同時，以日出前觀測的數(shù)據(jù)為準，連續(xù)觀測，以獲知索塔在日照、溫度、風速等外界條件下的變化規(guī)律，避免不可逆的索塔偏位產(chǎn)生。

在《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041—2020）中規(guī)定了索塔總體線形要求：索塔垂直度不大于塔高1/2500，軸線偏位小于規(guī)范要求10mm的要求。

3.4 索塔橫梁施工控制

索塔橫梁為箱形截面的預應力結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置橫隔板。索塔橫梁底面距承臺頂面90m，跨度21.5m，寬度為6m，高度為6.0m，橫梁跨度大，距地面高，混凝土澆筑量大，施工難度、安全風險極大。

索塔橫梁采用落地鋼管支架+貝雷梁組合支架施工方法。鋼管支架采用Φ630×13mm鋼管，標節(jié)長度為9m，采用法蘭盤接長連接，整個鋼管安裝中應隨時檢查垂直度；鋼管立柱頂設(shè)置3拼63#工字鋼作為橫梁，以支撐標準貝雷梁，為加強支架穩(wěn)定性，鋼管柱間設(shè)置32#工字鋼平聯(lián)，同時在鋼立柱頂和貝雷梁間設(shè)置砂箱，以控制橫梁標高，保證所有貝雷梁處于同一水平面。

橫梁支架在設(shè)計階段應精確計算施工荷載，合理選擇支架結(jié)構(gòu)形式，確保支架滿足施工要求且經(jīng)濟可靠；在橫梁施工階段應保證各構(gòu)件質(zhì)量滿足施工要求，需要進場驗收；重點控制鋼管立柱垂直度、各構(gòu)件間的可靠連接、支架標高等；同時在支架安裝完成后應進行預壓，以驗證支架的安全性，消除彈性變形和非彈性變形。

由于索塔橫梁自重太大，且離地面高，故采用鋼絞線反支點預壓法施工工藝，即采用15.2mm鋼絞線，上端采用夾片錨具錨在分配梁上，下端錨入鋼管樁基礎(chǔ)地錨中，張拉采用4臺200t液壓千斤頂同時對稱單端張拉，保證橫梁受力均勻。

索塔橫梁施工方法較多采用落地支架和托架的施工方法，采用支架形式各不相同。綜合考慮施工工期、鋼材用量、支架變形等，發(fā)現(xiàn)牛腿托架式支架具有更大優(yōu)勢。

橫梁支架的結(jié)構(gòu)形式選擇需結(jié)合施工條件、施工荷載大小、材料設(shè)備情況等因素，綜合考慮其安全性與經(jīng)濟性。

4 結(jié)語

本文以湄石高速烏江特大橋索塔施工為工程研究背景，分析了大跨度懸索橋索塔施工的關(guān)鍵技術(shù)，即采用4.5m標準節(jié)段液壓爬模+臨時支架施工工藝、塔梁同施工、塔柱間設(shè)臨時橫撐等配套施工工藝；同時給出索塔施工的控制指標，即索塔應力和索塔線形，可為同類橋梁工程索塔提供施工技術(shù)參考。