南屏二桥异型主塔悬臂爬模施工关键技术

杨明德

(上海建工集团股份有限公司）

0 引言

奥地利工程师Josef Langer 和美国工程师Charles Bender 在十九世纪后半叶分别提出了自锚悬索桥的概念[1]，因其结构美观、耗材较少、受力灵活以及可适应大跨度通航的需求，广泛应用于现代桥梁建设中。自锚悬索桥与常规悬索桥的主要区别在于不设地锚，可以充分利用自身结构、材料刚度的优势。常见的形式有独塔双跨、双塔单跨。

桥塔的作用是支承大缆，随着混凝土技术发展，特别是爬升模板问世以来，大跨度悬索桥塔开始采用混凝土结构[2]。目前大多采用爬模法或滑模法进行主塔施工[3]。

1 工程概况

南屏二桥全长474m，跨径组合为3×30m 简支小箱(32+40+150+40+32)m 自锚式悬索桥+3×30m 简支小箱梁。塔柱全高（承台顶面至上横梁顶）55.218m，分别由塔柱、上横梁、下横梁、装饰拱圈几部分组成，采用钢筋混凝土框架结构，塔身混凝土强度为C50，沿高度方向一共有5 道中隔板，其中塔柱、上横梁、装饰拱圈外表面设有景观装饰。

主塔横桥向为框架结构，两塔柱间的横向中心间距为32.6m。塔柱为空心矩形截面；上横梁高7.82m，宽4.0m～6.38m，采用空心矩形截面，箱室尺寸2×2.5m，四面均设有外观装饰，壁厚100cm～219cm；下横梁为箱型截面，高4m，宽2.8m，采用单箱单室截面，壁厚60cm。除下横梁为预应力混凝土结构外，其余部分为普通钢筋混凝土结构。南屏二桥效果图如图1 所示。

图1 南屏二桥效果图

2 施工环境及地址条件

南屏二桥位于前山河上，连接荣泰路和寿丰路，北侧为前山片区，南侧为南屏中心城区，两侧均为成熟居住区，噪声控制、交通疏解、工期要求高，施工环境相对复杂。

根据地勘结论并结合前期钻孔灌注桩施工揭露，场地内埋藏的地层主要有第四系海陆交互相沉积层（Qmc）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为燕山期(γy)花岗岩。其中第四系海陆交互相沉积层主要由淤泥②-1 及砾砂②-3 组成，淤泥层厚度5.60～11.50m，平均8.03m，砾砂层厚2.50～4.00m，平均3.18m。第四系残积主要以砾质粘性土③为主，层厚10.10～23.40m，平均17.71m，下卧层为燕山期花岗岩。地表水深0.50～4.00m 不等，受潮水水位的影响较大。

3 主塔施工方案选择

3.1 主塔分节分析

主塔塔柱底面标高为-4.058，顶部为46.5090，塔柱全高50.148m，对桥主塔设计结构进行拆解，计划分为15 节施工。总体施工流程为节段1～4→下横梁及节段5→节段6～11→上拱圈、上横梁底板、节段12～14→悬索结构安装施工→塔冠。

图2 主塔断面图

3.2 外模体系比选

通过对几种常规塔柱施工模板工艺的对比分析，选择后移式悬臂模板，该方案为液压爬模的简化版，利用悬臂挑架及预埋锚锥挂座，通过起重设备进行模板提升施工，可用于等截面及变截面主塔施工[4]。局部变截面台阶处采用牛腿钢支架制作现浇平台，根据分节特点，采用单面、三面或四面悬臂爬模与牛腿支架灵活组合施工。内模利用已浇筑完成节段顶部混凝土，采用维萨板＋木工字梁模板体系。两主塔各配置1 台7020 重型塔吊覆盖，可满足材料周转、物料提升及悬臂模板爬升等施工需求。外模体系比选见表1 所示。

表1 外模体系比选分析

3.3 上下横梁模板体系选择

上下横梁底模均采用钢管工字钢组合体系，不同之处在于，下横梁将支撑钢管打入河床（如图3 所示），而上横梁可利用已施做完成的梁板作为支撑面（如图4 所示）。外模及内模则采用普通柱模板和脚手架。

图3 下横梁施工

图4 拱圈施工

4 模板体系设计

悬臂模板广泛应用于建筑、桥梁、水利等行业，王轶等通过某公路悬索大桥悬臂模板施工进行分析，首选主塔液压式爬模方案在异型主塔施工中无法设置轨道而受到限制，从而选择悬臂模板[5]，且悬臂模板具有施工简单、拆卸方便、施工迅速、经济可行等优点，同时成型混凝土表面光洁美观。悬臂模板系统主要由背楞、后移装置、斜支撑、模板、预埋件和吊平台等几个部分组合而成[6]。其结构详见图5，主要设计如下：

图5 CB-240 悬臂模板总成图

⑴主背楞采用钢背楞，上斜撑采用φ89×3.5mm，下斜撑80×80×4mm，受力螺栓为M36 螺纹35#碳钢，承重销为φ25 圆钢，材质为45#钢。

⑵外模面板采用进口维萨板，规格为2440×1000×18mm，竖楞为H20 的木工字梁（木梁高度为200mm，翼缘宽度为80mm，翼缘厚度为40mm，间距为300mm）间距280mm，横楞为双14#槽钢，最大间距为1350mm，拉杆采用D20 高强螺杆，竖向间距1350mm，横向最大间距1200mm。

⑶上平台宽度0.70m，主平台宽度2.420m，吊平台宽度0.77m。平台上铺设40mm厚抗滑木板，平台四周架设标准化防护栏杆及防火密目网。

墩身爬模从1 层（步）预埋，2 层（步）开始安装，标准层高度4.5m，标配模板高4.65m，模板朝下部混凝土搭接100mm，向上预留50mm，防浮浆溢出。

5 塔柱悬臂爬模施工技术

5.1 塔柱测量控制及变形观测

⑴异型主塔相比普通主塔而言，施工精度更加难以控制[5]。桥梁施工前建立控制范围包括全桥在内的首级平面和高程控制网，首级控制网还可作为墩身和承台在施工过程中受外界环境影响（风和温度）和自身荷载作用下的振动变形、扭转变形、挠度变形和沉降变形监测的基准网。除此之外，为保证主塔施工精度以及起到相互校核的作用，还建立了更直观的能够在主塔承台面上直接控制主塔施工的相对控制网。控制网采用全站仪极坐标控制法。

⑵随着荷载增加，混凝土弹性压缩及收缩徐变，施工过程中受风力、日照、温度等外界因素的影响，主塔可能产生位移，故在施工过程中监测主塔的相对及绝对沉降和水平位移，以能确切反映主塔实际变形程度或变形趋势，确保塔顶高程的正确并分析主塔的稳定性。垂直位移变形观测点设立在现浇外凸装饰台阶上能反映变形特征的位置。垂直位移及水平位移的测量，为施工抛高值的确定建立依据。

5.2 塔柱标准节施工方法

塔柱底节施工完成后，即可安装爬模系统，除了装饰台阶段及靠近横梁一侧模板，其余均采用爬模体系施工。第一次提升安装施工顺序为：安装三角架→安装三角架平台→固定三角架→安装主背楞、斜撑→上下架体组装。第一次浇筑使用的模板为悬臂模板，在第二次浇筑前注意要在模板的规定位置安装悬臂模板施工专用的爬锥等预埋件，供悬臂支架的安装，采用对拉螺栓以满足混凝土侧向压力要求。在完成第一次浇筑之后可安装悬臂支架，进入正常的悬臂模板施工，进行第二次，第三次…浇筑。结合其他工程经验，塔身混凝土强度达到15MPa 即可吊爬。

模板采用塔吊吊升，吊爬最大重量5t，塔吊工作半径起重量为6t。手动葫芦配合翻动内模。模板每翻动一次4.5m，同时接高内脚架平台。首先利用后移装置将模板脱离混凝土面，在预埋的爬锥上用受力螺栓安装支座；然后使用塔吊分片提升模板挂于支座之上（后移装置、三角架、主平台、吊平台等是实体段浇筑脱模后拼装上的）；最后利用后移装置将模板靠紧混凝土，即完成提升工作。

5.3 其他节段施工方法

如遇台阶段和塔冠底板段，外模体系则采用预埋牛腿钢支架平台施工。拱圈、上下横梁均采用钢管工字钢组合体系构建平台施工。其具体方法不再详述。

6 结论

南屏二桥主塔因其造型独特、截面变化较多，传统液压爬模使用受限。通过不断优化架体方案设计，将悬臂爬模、牛腿钢支架平台以及钢管工字钢组合体系充分结合，灵活运用于主塔施工，使得主塔施工比预计工期提前一个月。