范繼紅

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司，重慶 400065）

0 引言

為了更好地控制主塔在合龍前懸臂狀態(tài)下的受力狀況，提高塔柱施工的安全性與穩(wěn)定性。下塔柱施工時(shí)，在兩根塔肢之間設(shè)置主動(dòng)拉桿系統(tǒng)，將中塔柱的四根塔肢和臨時(shí)橫撐一起形成整體框架，以平衡塔柱水平分力。以西村港跨海大橋主塔為例，對(duì)大斜度鉆石型塔柱主動(dòng)拉桿與橫撐的位置、頂推力確定等設(shè)計(jì)問題與監(jiān)測(cè)控制方式進(jìn)行探討，并提出施工方法。

1 工程概況

西村港跨海大橋主橋?yàn)殡p塔雙索面斜拉橋，主橋跨徑455.8m，橋面功能寬度37m，設(shè)2%雙向橫坡。主塔采取類似于“寶石型”的橋塔，塔高為83.5m，橋面以上高度60.5m，橋面以下高23m，拉索區(qū)上塔柱擴(kuò)展開來，采用雙索面布置，造型取自北海銅鳳燈造型。索塔塔身順橋向在拉索區(qū)以下由單肢變?yōu)殡p肢，橋面附近順橋方向設(shè)置兩道橫梁，橋面以上橋塔設(shè)置各兩道橫梁。下塔柱順橋向分為兩肢，單肢采用空心箱型截面和單箱雙室，中部布置2.8m 的墻式墩腹板，橫橋向塔柱內(nèi)收角度較大，傾斜度1.579∶1。其中，中塔柱為四個(gè)塔肢，采用空心箱型斷面，單箱單室，橫向內(nèi)傾角度較大，斜度1∶2.207。上塔柱中橫梁以上橫橋向有兩根塔肢，順橋方向在拉索區(qū)域下橋塔由兩肢變?yōu)閱沃?，拉索段塔柱尺寸?.8773×4.5m 變化到8.4×4.5m。

2 外傾下塔柱主動(dòng)拉桿設(shè)計(jì)

下塔柱內(nèi)勁性骨架從橫橋到塔柱兩側(cè)實(shí)心段內(nèi)形成強(qiáng)大的空間桁架，作為模板的對(duì)拉體系。為抵抗混凝土自重，需要?jiǎng)判怨羌軄沓袚?dān)一部分節(jié)段混凝土的重力，仰爬面模板上中下均與結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)勁性骨架拉結(jié)。順橋向的兩肢，首先單肢由空間桁架骨架作為支撐，模板由對(duì)拉拉桿體系約束，形成相對(duì)獨(dú)立的一肢空間體系，兩肢之間順橋向設(shè)置三道對(duì)拉桿對(duì)拉兩肢，形成完整的下塔柱主動(dòng)對(duì)拉體系。外傾架構(gòu)傾角度32.3°，必將產(chǎn)生外傾扭矩和外傾移位，使模板體系失去平衡（見圖1）。為了保證在施工時(shí)模板體系不發(fā)生傾覆移位，必須為模板體系提供強(qiáng)大的主動(dòng)拉力。最不利受力面布置在橫橋向仰爬面，混凝土和鋼筋的自重產(chǎn)生的自重力均分部到架體和模板，受到的力最大。

圖1 下塔柱向勁性骨架示意圖

按最不利工況，整個(gè)節(jié)段澆筑混凝土及鋼筋三角部分的自重都作用于模板上?；炷烈徊糠肿灾刈饔糜谝淹瓿蓾仓幕炷?，故只需考慮梯形部分的混凝土及鋼筋自重[1]。此區(qū)域梯形部分的混凝土側(cè)壓力以三角形荷載加載遞增，仰爬面最大角為32.3°，最大混凝土自重的線荷載標(biāo)準(zhǔn)值最大值：P=H×D×cos2α×γc=4.95×2.4×cos232.3°×25=84.8kN/m，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，則計(jì)算組合值P=84.8×1.2=101.76kN/m，此壓力通過模板以三角形遞增的分布力的形式傳到上桁架主背楞上，方向?yàn)榇怪蹦０宸较颉?/p>

為克服下塔柱內(nèi)傾位移和內(nèi)傾力，為鋼筋及模板體系提供了強(qiáng)大的空間支撐體系，結(jié)合施工工藝及自重受力分析，首先在傾角較大的橫橋向兩側(cè)按設(shè)計(jì)要求設(shè)置豎向空間桁架。再由橫桿∠100×100×8 角鋼，豎桿∠125×125×10 角鋼組成2m×2m 雙層網(wǎng)格骨架片，橫橋向連接位于橫橋向兩側(cè)的空間加強(qiáng)桁架片，模板通過對(duì)拉桿與現(xiàn)場(chǎng)勁性骨架對(duì)拉，共同構(gòu)成一個(gè)塔肢的空間桁架骨架。同時(shí)，豎向2I25a 工字鋼h1=1.815m、h2=3.102m、h3=5.05m 處和已澆筑混凝土自下而上L1=8.05m、L2=10.06m、L3=11.93m 拉結(jié)三根φ32 螺紋鋼筋，從而保證結(jié)構(gòu)具有較大約束力，有效地控制模板偏位（見圖2）。

圖2 下塔柱兩肢對(duì)拉加固示意圖

由于下塔柱兩肢屬于獨(dú)立體系，且外傾角度較大，須同步澆筑混凝土，且兩個(gè)俯趴面之間形成間接對(duì)拉。對(duì)拉系統(tǒng)主要是內(nèi)外模通過φ25 精軋螺紋鋼對(duì)拉2[14a 背楞，內(nèi)模利用∠100×100×10 角鋼連接，既傳遞了拉桿拉力，又為內(nèi)模結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)大支撐，下塔柱兩肢對(duì)拉，主要依靠模板自帶2[14a 背楞，利用芯帶銷將自制的鋼板與模板雙背楞連接，連接鋼板一頭焊接法蘭螺絲；一頭焊接φ32 鋼筋，互相對(duì)拉三道，通過調(diào)節(jié)法蘭螺絲距從而對(duì)拉牢固模板體系。模板上口背靠背對(duì)稱增加手拉葫蘆（見圖3）。

圖3 下塔柱主動(dòng)拉桿系統(tǒng)施工工況

在兩肢變形超過定位鋼筋時(shí)拉緊，形成對(duì)拉體系[2]。經(jīng)計(jì)算，上拉點(diǎn)拉接力為61.98kN，中拉結(jié)點(diǎn)1的拉接力為127.93kN，中拉結(jié)點(diǎn)2 的拉接力為97.72kN，下拉點(diǎn)的拉接力為15.88kN，以上所有混凝土自重均通過空間對(duì)拉體系，由勁性骨架承擔(dān)，模板不承擔(dān)此荷載。

3 內(nèi)傾中塔柱主動(dòng)橫撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中塔柱四肢塔柱設(shè)計(jì)為向內(nèi)傾斜結(jié)構(gòu)，在塔柱施工時(shí)混凝土自重產(chǎn)生內(nèi)傾力最大。為克服塔柱內(nèi)傾位移和內(nèi)傾力，結(jié)合同類工程施工技術(shù)及自重受力分析，根據(jù)主塔分層及施工順序，中塔柱共布置四道主動(dòng)橫撐和一道縱撐。每道橫撐產(chǎn)生不同的推力，分別在第一道橫撐10m 以上范圍內(nèi)，主動(dòng)頂推力為1000kN；第二道橫撐在橫梁以上15.5m 范圍內(nèi)，主動(dòng)頂推力1500kN；第三道橫撐位于下橫梁頂面以上21m處，主動(dòng)頂推力為1400kN；第四道橫撐位于下橫梁頂面以上31m 處，主動(dòng)頂推力為1600kN。水平縱撐位于順橋向橫梁頂面16.5m 處，主動(dòng)頂推力1200kN。

4 中塔柱主動(dòng)橫撐施工

4.1 施工方法

在塔柱段施工時(shí)，依據(jù)主動(dòng)橫撐和塔柱的連接位置，提前將預(yù)埋件與橫撐端部鋼板進(jìn)行連接。鋼管橫撐在鋼筋加工廠先行對(duì)接加長(zhǎng)焊接，保證中心軸線順直，不可錯(cuò)臺(tái)焊接，橫撐鋼管頂推段提前焊接頂推反力座及液壓千斤頂固定支座。通過已預(yù)裝的40t 塔吊安裝水平橫撐(橫撐最重為8.742t，符合塔吊安全工作重量），先將固定端與預(yù)埋鋼板焊接牢固，用型鋼連接鋼管端部時(shí)，然后使用2 臺(tái)150t 的液壓千斤頂在橫撐鋼管上施加頂推力，再焊接不少于8 塊加勁板。在監(jiān)測(cè)水平橫撐撓度與塔柱變形下時(shí)，水平鋼管施加定力且滿足設(shè)計(jì)要求后方可停止施頂，再將鋼管和橫撐支座與連接鋼板將其焊接固定，并焊接勁板加強(qiáng)焊接質(zhì)量。水平鋼管焊接鎖定后再施工斜撐，大小里程雙側(cè)水平鋼管及斜撐焊接固定完成后，最后焊接水平連接325×8mm 鋼管，當(dāng)完成橫橋向第9 階段橫撐后，根據(jù)縱撐預(yù)埋件位置，安裝順橋向縱撐（塔柱第8 節(jié)），共同構(gòu)成水平主動(dòng)橫撐系統(tǒng)，見圖4。

圖4 中塔柱主動(dòng)橫撐施工示意圖

4.2 施工步驟

步驟一：施工主塔第5～7 節(jié)段混凝土，爬模爬升到8 節(jié)段過程中在下橫梁梁面上，將兩根630mm×10mm 鋼管搭設(shè)在第一道橫撐支架，用千斤頂在第一道橫撐施加頂推力，再將其鎖定。拆除豎向支撐管，焊接斜撐，大小里程側(cè)水平橫撐鋼管及斜撐鋼管焊接完成后，在采用325mm×8mm 鋼管連接大小里程側(cè)鋼管橫撐[3]。

步驟二：懸臂澆筑塔身第8、第9 節(jié)段，爬模至第10 節(jié)段，第二層橫撐鋼管所在節(jié)段（第8 節(jié)段）澆筑完退模后，固定橫撐鋼管、施加頂力再將第二道橫撐固定，大小里程側(cè)水平橫撐鋼管完成后，進(jìn)行第三步，再采用325×8mm 鋼管連接大小里程側(cè)橫撐鋼管。

步驟三：待完成第二道大小里程水平鋼管橫撐后，安裝順橋向橫撐（縱撐，塔柱第8 節(jié)順橋向），對(duì)稱焊接布置兩根630mm×10mm 鋼管，施加預(yù)頂力1200kN，鎖定縱撐[4]。

步驟四：施工塔身第10 節(jié)段，爬模爬升到11 節(jié)段，后安裝第三道橫撐，第三層橫撐鋼管所在節(jié)段（第9 節(jié)段），在依托千斤頂施加頂推力，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，將第四道橫撐固定，后面重復(fù)第二道工序。

步驟五：施工塔身第10、11 節(jié)段，先將爬模的內(nèi)側(cè)模板和支架拆除掉，安裝最后一道（第四道）橫撐，再依托千斤頂施加頂推力，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，將第四道橫撐固定。

步驟六：中橫梁施工完成后，待混凝土強(qiáng)度合格，報(bào)監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，下達(dá)拆除指令，完成主塔施工。

4.3 橫撐施工控制重點(diǎn)

4.3.1 橫撐工場(chǎng)加工控制

在工場(chǎng)將橫撐加工成型，將其分為兩端，加工使用的材料符合設(shè)計(jì)要求且質(zhì)量合格，試驗(yàn)室應(yīng)對(duì)焊接質(zhì)量、橫撐焊縫等點(diǎn)進(jìn)行控制性檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，使用爬模平臺(tái)和預(yù)埋件進(jìn)行橫撐精確度定位，保證安裝質(zhì)量（見圖5）。焊接全部采用坡口焊，并在預(yù)埋鋼板處加焊勁板，雙鋼管橫撐利用槽鋼及馬鞍鋼板焊接豎向約束為整體受力[5]。

圖5 2φ630×10 鋼管連接示意圖

4.3.2 線形控制

橫撐預(yù)埋鋼板外露面應(yīng)與周圍的混凝土面齊平，預(yù)埋爬錐必須與塔柱主筋焊接牢固。埋設(shè)的方法為在鋼筋骨架上測(cè)量出預(yù)埋件的平面位置，放入預(yù)埋件鋼板，預(yù)埋爬錐錨板及定位螺絲，與預(yù)埋鋼板焊接牢固，在模板安裝完成后，預(yù)埋鋼板應(yīng)緊頂著模板。

4.3.3 頂推力施加控制

為保證頂推力準(zhǔn)確可靠，液壓千斤頂必須校準(zhǔn)后施加頂推。焊接吊點(diǎn)時(shí)可采用千斤頂將支座固定在橫撐上，再利用倒鏈進(jìn)行安裝和調(diào)平、保證頂推力作用線與鋼管橫撐作用線同一直線[6]。頂推時(shí)機(jī)應(yīng)在最低氣溫時(shí)段，早晨至9：30 之前（大幅度降溫則有可能導(dǎo)致橫撐受拉，所以要在相對(duì)較低溫度的時(shí)候鎖定，或者用磨光頂緊而非焊接的方式）。橫撐在整個(gè)頂推過程中，必須由塔吊輔助。另外，將臨時(shí)防護(hù)設(shè)置在橫撐上，防止高處墜落，確保施工安全。頂推力應(yīng)按照0～10%～30%～60%～100%逐級(jí)加載，隨時(shí)監(jiān)控鋼管橫撐應(yīng)力，如遇鋼管變形，應(yīng)停止頂推，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在兩段橫撐中間及時(shí)焊接固定，確保頂推力不損失[7]。待鋼管橫撐鎖定后，再回油，防止主動(dòng)推力損失，完成四根橫撐施工后，需要對(duì)懸臂端應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)橫撐監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，待數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求后再施工下端塔柱。

5 結(jié)語

西村港跨海大橋大斜度主塔結(jié)構(gòu)幾何尺寸和線性均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，結(jié)合施工最不利點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，成功解決了外傾下塔柱主動(dòng)拉桿系統(tǒng)、內(nèi)傾中塔柱主動(dòng)臨時(shí)橫撐對(duì)塔柱最不利工況問題。同時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注和明確索塔各節(jié)段關(guān)鍵施工順序，充分利用既有周轉(zhuǎn)材料和工裝設(shè)備，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理與應(yīng)力監(jiān)測(cè)控制，確保主塔施工質(zhì)量安全受控。