高耸花瓶型斜拉桥索塔施工关键技术研究

朱 军

（上海市基础工程集团有限公司，上海 201204）

0 引 言

索塔作为斜拉桥主要的关键结构，通常建筑高耸，混凝土方量大，塔索施工测量控制及塔柱裂缝控制难度大，索塔施工复杂风险高难度大。

结合辰塔大型斜拉桥花瓶型索塔测量控制，塔柱合理分段分节，塔柱爬模施工、上下横梁合理分段及劲性骨架设置裂缝控制等关键施工技术进行系统分析总结，以期对类似工程施工提供一定的参考借鉴。

1 工程案例

1.1 总体概况

辰塔大桥为辰塔公路横跨黄浦江的一个重要节点。主桥桥型为双塔双索面混凝土斜拉桥，基本结构体系采用半漂浮体系［1］。主桥跨径 296 m，索塔总高 93.7 m，索塔共设两道横梁。斜拉索纵向立面采用扇形布置，全桥共 84 对索（见图1）。

图1 工程总体结构示意图

1.2 索塔结构概况

辰塔大桥 P9、P10 主墩塔柱总高 93.7 m，塔冠高 2.0 m，桥面以下索塔高 78.0 m。索塔设两道横梁，塔柱分为上、中、下三段，索塔横向为花瓶形索塔。两个下塔柱之间用两道间距 5 m，厚度 1 m 的墙连接。下横梁横向长度 45 m，下塔柱坡度 1∶4，中塔柱坡度 1∶5.026。

索塔混凝土标号：C50，混凝土总方量10 390.6 m3。

2 施工主要难点及解决措施

1）斜拉索混凝土主塔高 93.7m，高塔施工质量控制是工程的重点。主塔下塔柱采用整体大模板施工，中塔柱和上塔柱爬模施工工艺，上横梁和下横梁均采用支架现浇施工。

2）下塔柱裂缝控制：主塔下横梁易在预应力作用下引起开裂，主塔下塔柱的高度比较小，相对刚度较大。张拉预应力时将在下塔柱与下横梁的顶板及竖向板之间按照刚度分配。如果一次性完成下塔柱整体结构之后张拉必将引起下塔柱的开裂。可通过预应力分次张拉解决下塔柱的开裂问题。

3）约束裂缝：采取设置腹板后浇带和下横梁合龙段，并在合龙段上设置预顶措施，控制索塔下塔柱与承台浇筑时间间隔等措施解决约束裂缝问题。

4）斜塔柱施工过程控制：由于中塔柱为向内倾斜的结构（向内倾斜约 10°），因此在施工时需要布置水平横向支撑以抵消其水平荷载，增强稳定性，横向支撑根据爬模施工进度分段安装，并施加横向预顶力。

3 主塔施工总体流程

3.1 主塔分段

结合索塔结构，将主塔沿高度方向分为 26 个节段，包括：下塔柱（T-01、T-02）、下横梁（T-03）、中塔柱（T-04～T-12）、中横梁（T-13、T-14）；上塔柱（T-15～T-26，包括塔冠）。结合各分段分别对应相应施工方法（见表1、图2）。

表1 索塔塔柱分段及施工方法汇总表

图2 主塔塔柱分段示意图

3.2 主塔施工总体流程

主塔节段的主要施工流程为：下塔柱施工→施工下横梁（T-04、T-05）→安装爬模，顺序施工 T-06～T-12→分两次施工上横梁（T-13、T-14）→顺序施工 T-16～T-25（穿插钢锚梁安装）→待主梁完成施工后，施工塔冠（T-26）。

4 主塔施工关键技术控制

4.1 主塔施工测量控制

塔柱施工采用天顶角控制法。测量控制原理：用全站仪在承台顶面分别放样出主塔的纵、横向中心线和塔柱的纵横向中心线，合成一小型的控制网。在控制网的基础上分别在主塔每个转角处设置一个斜率控制点对塔柱进行测量定位。为了方便操作，每个斜率控制点设定在具有一定高度的仪器架设平台（有足够的刚度）的预埋钢板上，在每只塔柱角布置一个测站，仪器每次架设在固定于平台上的对中装置上（见图3）。

图3 主塔塔柱关键测点布置示意图

索塔施工过程中，斜率测量控制点在下塔柱、中塔柱、上塔柱起始施工时分别布置。主塔施工测量重点是：保证塔柱、锚固钢横梁、索套管等各部分结构的倾斜度、外形几何尺寸、平面位置、高程满足规范及设计要求。

塔柱内腔结构侧面的斜率控制为常规控制方法：利用劲性骨架的水平限位（劲性骨架斜率事先已经测量定位），在保证钢筋主筋及水平分布筋的保护层后，按照设计结构平距用水平钢尺丈距方法控制验收。

外模斜率控制同样采用天顶法控制，标尺从模板顶部内侧水平伸出去，根据既定标尺上控制标志来掌握测量视线与模板内侧面之间的距离，进而调整模板斜率；内模斜率控制采用劲性骨架限位及钢尺水平丈距的方法进行定位。

钢锚梁的安装穿插在上塔柱施工中进行，钢锚梁利用主塔的劲性骨架定位，在完成塔柱节段混凝土施工后，将钢锚梁下落到牛腿上的预埋板上时再次微调钢锚梁的位置，确保精确就位。

同时施工过程中结合BIM技术运用，建立塔柱骨架驱动模型。骨架驱动模型技术可将将测量数据导入到表格中，模型会自动进行对比分析，得出实际的偏差值。测量过程实施对比分析及纠偏，以减少偏差（见图4）。

图4 塔柱测量结合 BIM 实时分析控制

4.2 下塔柱和下横梁施工

下塔柱第1、2 节段施工脚手支架搭设采用φ48mm 脚手管，外部环绕塔柱四周成环状。根据施工需要支架分节段进行搭设，搭设间距为1.8 m×1.5 m×1.5 m，支架利用“H”型螺母与塔柱拉结固定。

下横梁约束裂缝控制：采取设置腹板后浇带和下横梁合龙段，并在合龙段上设置劲性骨架预顶措施。根据塔柱浇筑分段高度，劲性骨架标准加工长度为 8.0 m。劲性骨架由 ［20a 槽钢组层的桁架体系，施工过程注意于后浇带两端口预留预埋件，并通过水平型钢联系杆将各个单个骨架焊连，形成整体框架（见图5）。

图5 下横梁合拢段设置及劲性骨架结构图

在后浇段 2 施工前，安装进劲性骨架，并施加约 200 t 水平预顶力。

4.3 中塔柱液压爬模施工

4.3.1 施工关键点

中塔柱的施工主要采用液压爬模进行，爬模需要待到完成 T-06 节段，具备一定的安装高度后，再进行安装。

由于中塔柱为向内倾斜的结构（向内倾斜约 10°），因此在施工时需要布置水平横向支撑以抵消其水平荷载，增强稳定性，横向支撑根据爬模施工进度分段安装，并施加横向预顶力。

4.3.2 液压爬模板主要结构［2］

液压爬模系统包括承重结构、爬升系统、平台系统等部分组成（见图6），具体参数如表2所示。

图6 爬模立面图

表2 液压爬模系统主要性能参数

1）架体结构：主要由主操作平台、三角支撑架、绑筋操作平台以及悬挂施工平台组成。

2）爬升及附墙系统：主要由承重挂钩、爬升导轨和防坠装置组成。附墙包括附墙支座及附墙靴，作为支承爬架的受力点，也是导轨的支承构件。

3）液压动力系统：液压动力系统主要由动力泵、千斤顶以及相应同步控制阀等组成。

4）控制系统：控制系统主要由电气控制系统和电脑控制系统，其中电气控制系统包括同步控制箱和同步控制操作手柄。

5）模板系统：模板采用全钢大模，约 100 kg/m2。模板的安装、拆卸采用导轮吊装。

4.3.3 施工流程及具体步骤

1）搭设支架：完成 T-03、T-04 节段施工→安装液压爬模系统→利用爬模顺序施工 T-05～T-12 节段，同步施工上横梁支撑以及横向对撑。

2）爬模安装：液压爬模的组装在施工中塔柱第3施工段（即完成 10.5 m）时，开始埋置液压爬模的固定螺栓，在混凝土浇筑完成后，在已浇筑的 3 号施工段安装爬模操作平台、液压动力系统等。

3）液压爬模固定：液压爬模的固定利用在塔柱上预埋的固定螺栓固定，并须确保预埋件的埋入锚固长度大于 40 d。

4）液压爬模调整：对于塔柱顺桥向索塔截面的变化，通过调整模板悬挂支架的伸长量以及间距来调整模板的位置，爬模系统主体结构不发生变化。

5）液压爬模系统拆除：在混凝土施工至结构顶面后，需要在高空拆除，拆除利用塔吊进行。

爬模施工具体步骤如图7表示。

图7 爬模施工步骤图

①步骤一：完成混凝土养护后，卸下模板，并清理模板；安装悬挂靴，并解除爬轨的固定，准备爬升；

②步骤二：爬模液压爬升轨道向上爬升一个节段；轨道爬升就位后，完成体系转化，并固定；

③步骤三：平台及支架利用爬轨向上爬升一个节段；爬升就位后进行平台位置纠偏、调整并固定；塔柱内平台同步向上搭设一个节段；

④步骤四：完成塔柱节段的劲性钢骨架、钢筋、预埋件等施工；利用爬模上的提升系统，安装模板；同步完成塔柱内模板的安装；测量验收，准备进行混凝土施工。

4.4 上横梁施工［3］

中塔柱施工时，随着塔柱逐步升高，水平分力产生的弯矩也逐步增大。为了使塔柱不产生裂缝，考虑在中塔柱设置横向支撑，在标高+25.9、+35.9以及+45.9 m 位置布置 3 道，一端与塔柱壁的埋件焊牢，另一端在钢平台上安放千斤顶，分别对中塔柱施加 120、140 以及 160 t 预顶力。

上横梁施工时，为支撑混凝土自重以及设置平台，需要搭设竖向支撑系统，支撑分为立柱、横梁以及连接系部分，立柱采用 8 根 φ609×10 钢管，立柱顶部布置双榀 HW588 型钢分配梁，在其上布置横梁，横梁采用 3 m×1.5 m 标准贝雷片+型钢桁架的形式（见图8）。

考虑到弹性及非弹性变形、温度、日照以及支撑变形的影响，在上横梁支撑立柱顶端布置竖向调节千斤顶，在每次混凝土施工前进行调节。

图8 上横梁施工临时支架和支撑布置图

5 结 语

本文以辰塔大桥工程为背景（目前该桥已通车，施工效果如图9所示），结合本工程花瓶型斜拉桥索塔技术研究同时兼顾实际施工的工况衔接，做到安全、经济、合理，主要成果如下。

图9 施工效果图

1）针对高耸花瓶型斜拉桥索塔施工，合理分段分区综合采用临时支架及液压爬模施工工艺，减短了工期和节约了成本，并确保了索塔施工过程中的安全。

2）对高耸斜拉桥索塔上、下横梁施工，通过合理设置后浇带，增设劲性骨架及临时支撑并适当施加预顶力，有效地控制了索塔大体积混凝土施工裂缝，并确保了塔索施工过程中的安全与稳定。

3）对高耸斜拉桥索塔测量控制，结合 BIM 技术运用，建立塔柱骨架驱动模型。测量过程实施对比分析及纠偏，以减少偏差。