外海环境斜拉桥弧线形索塔施工关键技术*

毛晓斌，张 敏，刘 注，刘 健

(1.中交路桥建设有限公司，北京 100027； 2.中交路桥华东工程有限公司，上海 201210)

1 工程概况

宁波舟山港主通道公路工程主通航孔桥为三塔整幅钢箱梁斜拉桥，跨径布置为(78+187+550+550+187+78)m=1 630m，边中跨比0.482，边跨设辅助墩。斜拉桥索塔采用钻石形塔身设计，由下塔柱、中塔柱、上塔柱和下横梁组成。索塔下塔柱高46.1m，中塔柱高92.028m，上塔柱高41.872m，塔冠高3m。总体横桥向尺寸：塔顶处8m，下横梁中心处41.207m，塔底处22m。总体顺桥向尺寸：塔顶7m，塔底11.5m，结构如图1所示。

图1 索塔构造

由于索塔施工期间需经历台风期及季风期，施工环境恶劣、有效作业时间短，且索塔结构线形复杂，施工精度要求高，施工难度大。索塔的顺利施工与否将直接影响到全桥合龙的施工节点以及全桥的施工质量，因此对索塔的快速且高精度施工极为必要。

2 施工测量控制网建立

斜拉桥是超静定结构体系，它的每个节点坐标位置的变化都会影响结构内力的分配。为保证弧线形索塔线形符合设计与规范要求，首先需建立精密的施工测量控制网。施工测量控制网分为平面控制网和高程控制网。

2.1 平面坐标控制网

主通航孔桥桥址位于舟山与岱山之间的中部海域，无法通过常规的全站仪导线控制测量建立平面坐标控制网，需采用GPS静态测量[1]建立。舟山独立坐标系和桥轴线坐标系可按下式进行转换：

或

式中：a，b为两坐标系的平移参数，α为旋转参数。

根据设计提供的直线、曲线及转角表，主通航孔桥位于直线段上，中心坐标及里程如表1所示。

表1 ZT3，ZT4，ZT5墩中心坐标及里程

计算可得：a=106 684.591 0，b=622 192.285 3，α=315°46′0.4″。由这3个参数即可进行舟山独立坐标和桥轴线坐标系的相互转换。

2.2 高程控制网

高程控制网采用三角高程测量的方法进行，线路按附合线路观测，从海中的南通航孔桥优先墩附合到69号优先墩。首先用徕卡TS60全站仪三角测量的方法将优先墩上的水准点引到主通航孔桥主墩承台上，然后用徕卡NA2水准仪按三、四等水准测量要求进行。

用徕卡TS60全站仪作对向观测，以自动目标识别保证照准精度和观测速度。采用同步对向观测消除大气垂直折光影响，在两测站地形相似的情况下可将折光影响基本消除，并使其残差具有偶然性。

3 主动横撑及拉杆施工

主通航孔桥索塔为钻石形塔身，下塔柱向外延伸，中塔柱向内收缩，塔身斜率较大。为避免塔柱根部混凝土产生较大的残余应力而开裂，需在两塔柱之间设置一定数量的水平横撑[2]和拉杆[3]来降低水平分力的影响，从而减小塔柱根部外侧应力，将设计附加应力控制在允许范围。

3.1 主动横撑和拉杆设计

索塔下塔柱共设2道拉杆，上塔柱共设5道主动横撑。拉杆采用钢管包裹钢绞线的方式，防止钢绞线损伤，安装后用千斤顶施加预拉力。主动横撑采用钢管，安装时使用千斤顶施加预压力。通过主动横撑及拉杆的布置，保证塔柱施工时的不平衡侧向力由横撑与拉杆承受，防止混凝土由于拉应力过大产生裂缝从而影响塔柱施工时的安全性。

3.2 主动横撑和拉杆Midas仿真验算

依据现场实际施工情况对索塔使用Midas Civil/Fea软件进行建模，主要考虑塔柱自重、爬模结构自重及拉杆、横撑对塔座的作用力，对各工况条件下塔柱进行受力分析，确定塔柱最大位移及混凝土最大拉应力，以确保塔柱施工期间的安全性，塔柱模型如图2所示。

图2 塔柱模型

各工况条件下塔柱最大位移及混凝土最大拉应力如表2所示。可知索塔施工过程中，塔柱变形及混凝土拉应力均不大，塔身结构处于安全状态。

表2 各工况下塔柱最大位移及混凝土最大拉应力

3.3 主动横撑和拉杆施工控制要点

1)索塔混凝土施工时，拉杆牛腿预埋爬锥位置需准确，必要时使用定位盘安装。否则可能出现部分爬锥位置不准确导致牛腿无法安装的情况。

2)拉杆牛腿加工时，切勿随意开爬锥孔。若牛腿面板开孔较大，安装时需加垫板，确保所有爬锥受力，防止部分爬锥受力过大被拉出混凝土面。为防止爬锥松动，爬锥安装完成后焊接限位钢板。

3)拉杆钢绞线张拉完成后，端部留50cm，然后用胶带包裹密实。

4)为避免因主动横撑和拉杆安装而延误混凝土浇筑、耽误工期，主动横撑钢管和操作平台均采取后场预制、货船转运至现场整体吊装的施工方法。

5)主动横撑预埋钢板应在爬模架体爬升前安装完成，避免爬模后无操作平台导致安装困难。

6)主动横撑和拉杆操作平台的电梯通道均应设置在左幅塔柱上，避免索塔合龙后右幅电梯停运而上下困难。

4 索道管和钢锚梁安装

底节钢锚梁安装时需搭设支撑架，底节以上钢锚梁安装时可直接架设在底节钢锚梁上，精调合格后使用钢板焊接固定[4]。钢锚梁初步定位后，按照标高调整→横桥向位置偏差调整→顺桥向位置偏差调整的顺序进行精调，最终使钢锚梁锚固点和索道管出塔点4个测量点满足设计要求。

4.1 索道管和钢锚梁锚固点定位盘加工

为便于索道管及钢锚梁锚固点处棱镜架设，可根据索道管及钢锚梁锚固点尺寸加工定位盘。定位盘加工如图3所示，首先加工管口的全圆板模具，随后使用4块小钢板焊在模具四周，以便在测量时固定模具。实际测量时只需将模具放置于索道管口和钢锚梁锚固点处，即可直接测量其中心。

图3 定位盘加工示意

4.2 索道管定位安装

钢筋绑扎完成后，索道管安装前，测量员进行索道管初步放样定位。避免初步定位偏差大导致精调缓慢。索道管初步定位后，在索道管两端四周焊接螺杆(见图4)。通过松紧螺杆对索道管平面位置进行精调，将精度控制在3mm以内。精调合格后，将索道管固定在混凝土预埋件上，防止后期施工发生碰撞而移动。

图4 索道管定位安装

4.3 钢锚梁定位安装

上一节索塔混凝土浇筑完成后，索道管已埋于混凝土内。待混凝土强度达到75%设计强度后，搭设钢锚梁支撑架，进行钢锚梁精确定位安装[5](见图5)。钢锚梁精调时，为避免调整一个参数而影响另一个参数，调整完成后应焊接相应限位，避免循环调整3个参数。钢锚梁安装完成后，需确保钢锚梁与已预埋索道管连接处无错台，否则将影响后期斜拉索安装。

图5 钢锚梁定位安装

5 结语

随着桥梁技术的发展，海上大跨径曲线斜拉桥索塔的建设将越来越多。宁波舟山港主通道主通航孔桥通过GPS静态测量技术、钢管主动横撑和预应力拉杆设计以及加工制造钢锚梁索道管定位盘等措施，解决了弧线形索塔施工中的重难点问题，在质量提升和进度控制方面取得了良好的效果，代表了国内索塔施工先进水平，为今后类似外海环境弧线形索塔施工提供了经验。