貴港蘇灣大橋 H 形混凝土索塔施工方案研究

作者簡介：

劉海彬（1979—），碩士，高級工程師，副教授，主要從事路橋施工技術(shù)研究與教學(xué)工作。

摘要：文章以貴港市蘇灣大橋的H形索塔施工方案為例，分析索塔的液壓爬模法塔柱施工方法、落地式大鋼管貝雷梁支架下橫梁現(xiàn)澆施工方法、塔梁異步施工下高空索導(dǎo)管精準(zhǔn)定位安裝方法和預(yù)拼裝式大跨度拱架上橫梁現(xiàn)澆施工方法，可為同類型斜拉橋索塔施工提供參考。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；H形索塔；下橫梁；索導(dǎo)管；上橫梁

中圖分類號：U448.27文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 38 128 4

0 引言

隨著我國橋梁事業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的大跨橋梁選擇斜拉橋。斜拉橋是一種由塔、梁、索3種基本構(gòu)件組成的組合橋梁結(jié)構(gòu)體系［1］。其中，索塔是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，其施工質(zhì)量將會直接影響橋梁的質(zhì)量、工期進(jìn)度等［2］。索塔不僅要承受由橋梁自重帶來的軸力，還要承擔(dān)拉索傳遞的復(fù)雜荷載，包括水平方向和豎直方向的各種力。這些荷載在索塔上進(jìn)行巧妙的分配和傳遞，確保了斜拉橋的穩(wěn)定與安全。斜拉橋的索塔結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常見的有H形、A形、倒Y形以及獨柱形等形式［3］。在實際工程中，索塔多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，既保證了結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，又充分利用了混凝土材料的特點。此外，部分斜拉橋采用了鋼結(jié)構(gòu)索塔，這種結(jié)構(gòu)形式在特定的工程環(huán)境和需求下展現(xiàn)了獨特的優(yōu)勢。在組合梁斜拉橋中，H形鋼筋混凝土索塔的應(yīng)用尤為廣泛。這種索塔結(jié)構(gòu)形式在設(shè)計和施工中都有較高的技術(shù)要求，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)工序的順利進(jìn)行以及整座大橋的整體質(zhì)量。因此，對于H形索塔的施工方案進(jìn)行深入研究和探索顯得尤為重要。

本文基于此種需求，依托貴港蘇灣大橋?qū)嶋H工程項目，對H形鋼筋混凝土索塔的施工方案進(jìn)行了全面的分析和研究，以期為其他類似工程的施工提供有益的借鑒和參考，共同推動斜拉橋索塔施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

1 工程概況

貴港蘇灣大橋主橋全長680 m，為雙塔雙索面斜拉橋，索塔高度為111 m，其跨徑組合為（42+131+334+131+42）m，主梁采用了半漂浮預(yù)應(yīng)力混凝土體系、邊腹板鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)，主跨跨度為334 m。如圖1所示。

大橋索塔由兩H形塔柱、上、下橫梁及塔冠組成，采用C50混凝土，塔座頂面標(biāo)高為+45.600 m，自塔座頂面以上塔高為111 m，橋面以上塔高為90.184 m。

大橋塔柱沿縱橋向?qū)挾葹? m，下塔柱壁厚為1.5 m，上塔柱壁厚為1.4 m；沿橫橋向?qū)挾葹?～6 m，與上橫梁區(qū)域?qū)?yīng)處塔柱壁厚為1.2 m。H形塔柱左、右單肢截面均為單箱單室構(gòu)造，上橫梁以下區(qū)域塔柱壁厚為0.9 m，下塔柱壁厚為1.5 m。索塔尺寸隨塔高斜率變化，其中上塔柱塔頂橫向?qū)挾葹? m、塔底橫向?qū)挾葹? m，斷面處均設(shè)置倒角。上橫梁將兩塔柱連成整體，位于上塔柱頂端以下4 m處，屬于下底設(shè)為弧形的變高梁，采用單箱單室頂板帶挑壁斷面，上橫梁與塔柱交接處端部梁高為7 m，跨中梁高為5.5 m，其中頂板含挑壁寬為6.6 m，底板寬為5.8 m。頂板、底板、腹板厚均為0.6 m。下橫梁位于主梁0#塊底下，采用單箱單室斷面，梁高為5 m、寬為6.5 m，頂板、底板、腹板厚均為0.8 m，橫梁上方設(shè)置有支座墊石和阻尼器墊塊。塔冠高6 m，為外徑3.8 m的圓柱形空心結(jié)構(gòu)，頂板及柱體壁厚均為0.5 m。斜拉索索錨區(qū)位于上塔柱，斜拉索索導(dǎo)管塔端索錨區(qū)均采用混凝土齒塊錨固。每個塔柱設(shè)置20對斜拉索，斜拉索塔端基準(zhǔn)間距為2 m。

2 施工難點

（1）根據(jù)設(shè)計要求，大橋索塔塔柱的傾斜度誤差不能大于塔高的1/3 000，且塔柱軸線偏差≤30 mm［4］，對施工定位精度要求高。為避免塔梁交叉施工干擾，以提升索塔施工效率，大橋索塔采用異步施工技術(shù)，采用常規(guī)液壓爬模施工機具時則需研究解決索塔快速施工的工期需求。

（2）下橫梁采用塔梁同步施工，施工工藝相對較為成熟，但是蘇灣大橋下塔柱與下橫梁的長度相比，其高度較矮、剛度較大，因此需要解決下橫梁混凝土的收縮徐變導(dǎo)致下橫梁和塔柱產(chǎn)生的次內(nèi)力影響。

（3）上橫梁位于塔柱頂端，為變高梁，其底板為29.2 m的大跨度拱形結(jié)構(gòu)，混凝土方量達(dá)到223 m3，高空大跨度拱架施工風(fēng)險控制難度大。

（4）大橋采用了塔梁異步施工，這種施工工藝在大型斜拉橋的建設(shè)中能夠顯著提高施工效率，縮短工期。但是，高空索導(dǎo)管精準(zhǔn)定位安裝是塔端塔梁異步施工中的關(guān)鍵步驟，其精準(zhǔn)度直接影響到整個橋梁的穩(wěn)定性和安全性。

3 索塔施工

3.1 總體施工方案

貴港蘇灣大橋3#、4#主墩均采用塔梁異步施工方案。為保障工期節(jié)點目標(biāo)和施工期間風(fēng)險控制，在索塔兩側(cè)各安裝1臺附著式塔吊作為垂直吊運設(shè)備，以降低塔柱施工對塔吊吊裝的影響，提升施工效率。大橋索塔整體施工順序按下塔柱、下橫梁、上塔柱、上橫梁和塔冠依次進(jìn)行。其中，塔柱起步兩個節(jié)段采用翻模法施工，其余節(jié)段采用液壓爬模法施工；下橫梁采用落地式鋼管支撐架法，塔梁分成兩次同步施工整體現(xiàn)澆方式完成；上橫梁采用預(yù)拼裝式高空大跨度拱架施工，塔梁則采取異步施工分別澆筑；塔端索錨區(qū)索導(dǎo)管與勁性骨架采取整體固定定位安裝施工，充分保障索導(dǎo)管的安裝精度；塔柱環(huán)向預(yù)應(yīng)力在塔柱強度達(dá)到90%后張拉，混凝土采用輸送泵（地泵）運送澆筑，塔柱施工期間全程對橋塔的應(yīng)力、線形進(jìn)行監(jiān)測，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證塔柱的幾何形狀符合設(shè)計要求。

3.2 索塔液壓爬模施工

大橋索塔高111 m，其中塔柱為105 m、塔冠為6 m。塔柱爬模架體采用HCB-100型液壓爬模體系，塔柱內(nèi)、外模均采用木工字梁體系，其中外模采用0.021 m厚的維薩板，內(nèi)模采用國產(chǎn)竹膠板。為加快塔柱施工進(jìn)度，提升節(jié)段配料效率，該項目突破液壓爬模常規(guī)高墩施工4.5 m為一個節(jié)段的限制，設(shè)定塔柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段為6 m，共計14節(jié)，其他非標(biāo)節(jié)段4節(jié)，有效縮短了施工節(jié)段，也縮短了工期。具體施工步驟如下：

（1）在大橋索塔上、下游側(cè)各布設(shè)2臺塔吊。如圖2所示，塔吊基礎(chǔ)設(shè)置在大橋主墩索塔的承臺兩側(cè)，在承臺施工后和支架基礎(chǔ)一同澆筑。塔吊設(shè)置在H形塔柱外側(cè)的承臺頂面，在大橋主梁0#塊支架基礎(chǔ)施工時采用預(yù)埋錨固螺栓，當(dāng)主梁0#塊支架基礎(chǔ)施工完畢以后，立即將塔吊安裝至30 m的基本高度，以后隨著塔柱的升高，不斷自升接高，索塔施工的所有機具、材料等垂直或在塔周圍的運輸，都由塔吊來完成。

（2）大橋索塔底座首節(jié)底節(jié)勁性骨架采用在現(xiàn)場加工的方式焊接拼裝。為保證其足夠的剛度，其伸入塔座內(nèi)深度設(shè)定為2.5 m，其余節(jié)段勁性骨架隨索塔劃分的節(jié)段長度確定其下料高度，采用預(yù)制超前拼裝方式加工，運輸?shù)浆F(xiàn)場后利用塔吊吊運拼裝。勁性骨架相鄰上、下節(jié)段的節(jié)點板采用0.01 m厚的Q235鋼板，連接腳板采用∠75 mm×75 mm×7 mm角鋼，內(nèi)、外側(cè)勁性骨架采用20 mm鋼筋定位連接。隨塔柱節(jié)段的升高，現(xiàn)場依次逐節(jié)整體接高勁性骨架。

（3）索塔下塔柱分兩次現(xiàn)澆施工，均利用塔吊翻轉(zhuǎn)爬模模板實施；下橫梁隨同塔柱混凝土分兩次現(xiàn)澆施工，并完成預(yù)應(yīng)力張拉后開始上塔柱第一節(jié)段混凝土施工；上塔柱起步段第一節(jié)采用搭設(shè)腳手架，用塔吊配合安裝模板施工，第二節(jié)安裝液壓爬模，從第三節(jié)至塔頂采用HCB-100液壓爬模自升施工，標(biāo)準(zhǔn)塔柱一次循環(huán)澆筑混凝土高度為6 m。

（4）塔柱混凝土施工采用水平、垂直導(dǎo)管輸送，由HBT-60型高壓泵來完成?；炷凛斔捅霉苤睆綖?.125 m，沿H形塔柱雙肢外側(cè)附著布設(shè)垂直輸送泵管，隨塔身節(jié)段的接長而接長，至橫梁頂面后，工作面上采用水平管或外接軟管?；炷帘霉懿捎忙感涂ü潭ㄔ陬A(yù)埋架上，并用繩扣每隔一定距離將其吊掛于塔柱施工的上一節(jié)段模板的對拉螺桿上。

3.3 落地式大鋼管貝雷梁支架下橫梁現(xiàn)澆施工

貴港蘇灣大橋索塔塔柱下橫梁高5 m、寬6.5 m，混凝土方量達(dá)到253.8 m3，采用落地式大鋼管貝雷梁支架分兩次現(xiàn)澆施工（見圖2）。具體施工步驟如下：

（1）下橫梁支架系統(tǒng)支立在主墩H形索塔下方的2個承臺及2個大鋼管支架基礎(chǔ)上。如圖3所示，大鋼管支架基礎(chǔ)平面尺寸為2 m×10 m，厚度為2 m，下設(shè)0.530 m鋼管樁基礎(chǔ)；沿大橋縱向，支架體系由6列共計18根鋼管立柱組成，其中6根0.530 m鋼管、6根0.630 m鋼管共計4列分別支立在H形索塔下方的2個承臺上，其余6根0.630 m鋼管共計2列分別支立在2承臺間的2個大鋼管支架基礎(chǔ)上；鋼管立柱之間設(shè)置立柱間平聯(lián)及剪刀撐，以增強支架系統(tǒng)整體穩(wěn)定性；分配梁采用2根Ⅰ56B工字鋼拼焊成一條分配梁，焊縫每0.1 m設(shè)置一道，焊接長度≥0.1 m，鋼管支墩處焊接位置焊接長度≥0.6 m，施工時通過銷釘和支撐架，將兩排貝雷片連接成貝雷桁架整體結(jié)構(gòu)，然后整體吊裝在分配梁上面進(jìn)行固定。落地式大鋼管貝雷梁支架隨下塔柱施工同步進(jìn)行，以節(jié)省支架安裝時間。

（2）大鋼管貝雷梁支架系統(tǒng)完成預(yù)壓及模板標(biāo)高調(diào)整后，開始下橫梁施工。

（3）下橫梁分兩次澆筑，第一次澆筑高度為2 m，包含底板及部分腹板；第二次澆筑高度為3 m，包含頂板和剩余腹板。索塔塔柱與下橫梁同步施工，主塔第3節(jié)段隨同下橫梁第1節(jié)段同步澆筑施工，主塔第4節(jié)段隨同下橫梁第2節(jié)段同步澆筑施工。下橫梁分兩次澆筑，且采取了相對下橫梁整體高度較小的2 m節(jié)段高度作為第一次澆筑高度，第二次澆筑節(jié)段的部分重量可以由第一次澆筑的節(jié)段承擔(dān)，有效降提升了支架的安全性。

3.4 塔梁異步施工下高空索導(dǎo)管精準(zhǔn)定位安裝

大橋斜拉索索錨區(qū)位于上塔柱，單個塔柱共20對斜拉索，斜拉索塔端基準(zhǔn)間距為2 m，均采用混凝土齒塊錨固。斜拉索索導(dǎo)管采用20#熱軋無縫鋼管，最長為5.386 m，最重為0.432 t（詳見圖4）。主塔與主梁采用異步施工，按圖紙要求其斜拉索預(yù)埋鋼管應(yīng)精確定位，誤差在軸線任意處不得偏離理論軸線5 mm。

綜合考慮索導(dǎo)管塔端索錨區(qū)塔柱斷面較小、工程預(yù)埋件及臨時設(shè)施較多等情況，為有效減輕索導(dǎo)管索錨區(qū)主塔施工的吊裝和拼裝工作量，同時保證拼裝精度和工期進(jìn)度，采用塔端索錨區(qū)索導(dǎo)管與勁性骨架固定整體定位安裝施工技術(shù)。具體施工步驟如下：

（1）因斜拉橋索導(dǎo)管的位置精度對于斜拉橋的整體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性至關(guān)重要，故利用測量精度為1 mm+1 ppm、測角為0.5″的徠卡全站儀來建立三維坐標(biāo)系（如圖5所示）。測定并標(biāo)記加工臺座上的G點，在加工勁性骨架測定并標(biāo)記T點、D點和Q點，實際錨固點M點利用后加工并焊接在索導(dǎo)管錨墊板上的定位鋼板中心點確定。

（2）采用吊車將索道管鋼導(dǎo)管精準(zhǔn)吊裝至預(yù)定位置，測量人員隨后利用鋼卷尺與測距儀反復(fù)校準(zhǔn)。在確保位置完全符合標(biāo)記的設(shè)計要求后，便使用角鋼對導(dǎo)管進(jìn)行牢固的固定處理，以確保其穩(wěn)定可靠，完成地面索導(dǎo)管在勁性骨架上的初定位并形成整體吊裝構(gòu)件。

（3）利用塔吊將索導(dǎo)管及勁性骨架進(jìn)行整體吊裝初就位，先調(diào)整高程再調(diào)整平面坐標(biāo)。在微調(diào)過程中，直接測量索導(dǎo)管鋼套管錨墊板中心M點和勁性骨架外側(cè)標(biāo)記的Q點，利用手拉葫蘆和微調(diào)裝置進(jìn)行定位調(diào)整。整個調(diào)整過程采用逐漸趨近的方法，經(jīng)過多處反復(fù)移動、調(diào)整、量測，使頂口、底口中心的三維空間坐標(biāo)同時位于三維坐標(biāo)系的設(shè)計位置［5］。

通過索導(dǎo)管和勁性骨架整體吊裝以及高精度、高速度提供放樣點，大橋索導(dǎo)管的吊安既克服了施工干擾給測量帶來的困難，又高效率完成了高空高精度定位。

3.5 預(yù)拼裝式大跨度拱架上橫梁現(xiàn)澆施工

大橋H形索塔上橫梁高7 m，橫向跨度達(dá)到29.2 m，上橫梁采用預(yù)拼裝式大跨度拱架體系現(xiàn)澆施工。同時，為避免爬模在上橫梁位置拆除和二次安裝，索塔的上橫梁與該節(jié)段塔柱采用異步施工［6］。支架體系順橋向設(shè)置四排雙拼Ⅰ56工字鋼牛腿托架，上面布設(shè)貝雷片梁作為支架，再在上橫梁倒角位置設(shè)計一個小型鋼結(jié)構(gòu)楔形鋼桁架，如圖6所示。具體施工步驟如下：

（1）液壓爬模施工上塔柱第11、12節(jié)段時，預(yù)埋上橫梁支架牛腿，施工上塔柱第13、14節(jié)段時，預(yù)埋上橫梁鋼筋。

（2）支架牛腿在加工廠完成制作并拼裝成整體后，利用塔吊分次吊裝與上塔柱第11節(jié)段預(yù)埋件連接，大大降低了現(xiàn)場拼裝時間，并保證了構(gòu)件整體焊接質(zhì)量。

（3）在支架牛腿安裝完成后，布設(shè)貝雷片梁支架，然后安裝29.2 m跨度弧形拱架，并完成預(yù)壓和模板高程調(diào)整。

（4）利用液壓爬模完成上橫梁位置處塔柱施工，上橫梁位置處塔柱預(yù)埋鋼筋與上橫梁鋼筋采用搭接焊接，垂直面采用人工鑿毛。

（5）液壓爬模繼續(xù)施工上塔柱，上橫梁進(jìn)行鋼筋綁扎連接、模板安裝、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉等流程。

3.6 方案實施效果

貴港蘇灣大橋3#和4#主墩索塔已經(jīng)于2023年4月順利完成左、右幅塔冠封頂施工，索塔施工總工期得到有效縮短，索塔線形及外觀質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計要求。

4 結(jié)語

本文基于貴港蘇灣大橋項目，通過其索塔塔柱施工方案及實施效果比對，得出以下結(jié)論：

（1）采用以6 m為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的液壓爬模法H形塔柱施工，雖然增加了單個節(jié)段高度和難度，但是從整體上看，塔柱的總節(jié)段數(shù)量大幅下降，總工期得到大幅度縮短。

（2）上、下橫梁均采用二次澆筑的方式，可以有效分?jǐn)偓F(xiàn)澆支架的承受能力，增大安全系數(shù)。

（3）在塔梁異步施工條件下，斜拉橋塔端索錨區(qū)索導(dǎo)管采用同勁性骨架整體吊裝定位，可以有效減少吊裝步驟并提升安裝精度。

參考文獻(xiàn)

［1］陳明憲.斜拉橋的發(fā)展與展望［J］.中外公路，2006（4）：76-86.

［2］張成平.大坡比H形索塔快速施工技術(shù)及控制措施研究［J］.鐵道建筑技術(shù)，2018（12）：54-56，76.

［3］中交第二航務(wù)工程局有限公司.公路橋梁施工系列手冊斜拉橋［M］.北京：人民交通出版社，2014.

［4］JTG/T 3365-01-2020，公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］張 敏.大橋主塔勁性骨架定位測量和索導(dǎo)管精密定位測量［J］.福建建材，2007（5）：25-27.

［6］張德致，張 敏，代 皓，等.黃岡公鐵兩用長江大橋橋塔上橫梁施工技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2013，43（3）：5-10.