独柱式变截面长圆形索塔的施工关键技术

饶 阳

上海市基础工程集团有限公司 上海 200433

1 工程概况

温州市七都大桥北汊桥主桥为双塔中央索面叠合梁斜拉桥，采用五跨连续半漂浮体系（图1），主桥总长680 m，主跨360 m。

图1 主桥结构形式效果图

主塔采用钢筋混凝土结构，高118.6 m，采用C55海工耐久性混凝土。主梁采用钢混叠合梁形式，宽37.62 m，高3.5 m。

主塔采用独柱形式，截面为长圆形变截面设计，分为塔座、下塔柱、中塔柱、上塔柱（拉索锚固区）。下塔柱（＋8.4～＋34.5 m）结构截面形式为沿圆曲线由根部的直径12.0 m渐变至顶部的直径7.5 m，底部壁厚为2.0、2.5、3.0 m。其中间＋29.5～＋34.5 m为实心“月牙形”牛腿结构，牛腿竖向呈凸型圆弧变化，牛腿顶面设置支座垫石。

中塔柱（＋34.5～＋67.0 m）为椭圆形截面，横桥向塔宽度为5.28 m，纵桥向宽度由7.50 m渐变至6.80 m。中塔柱塔壁厚度由1.30 m渐变至1.89 m，在横向抗风支座和阻尼器基座位置设置1道横隔板。

上塔柱（＋67.0～＋127 m）为椭圆形截面，横桥向塔宽度为5.28 m，纵桥向宽度由6.80 m渐变至5.80 m。上塔柱设置21节钢锚梁和钢牛腿，两侧斜拉索面内的平衡水平分力由钢锚梁承受，部分不平衡水平分力和竖向分力通过钢锚梁与钢牛腿之间的高强螺栓连接传递到预埋钢板，由索塔承受。

2 施工部署

2.1 施工节段划分

根据下塔柱结构特点及模板配置，下塔柱划分为4个节段，从下往上依次高5.2、7.8、7.4、5.7 m，采用模架一体化施工工艺，外模板采用钢模板，内模板采用木模板，每层钢模板外挑操作平台，便于工人进行钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑等工作。

根据钢锚梁间距、爬模架体设计，中塔柱和上塔柱划分为20个节段，依次高0.5 m、6×5.0 m、2.0 m、12×5.0 m，常规节段高5.0 m。中塔柱和上塔柱采用液压爬模施工工艺，起始段利用爬模模板进行施工，待浇筑第7节后，进行液压爬升系统的安装，之后节段模架都采用液压爬升系统爬升施工。

2.2 垂直运输设备布置

根据索塔高度和水上钢平台、钢锚梁最大质量等因素，每个索塔配置1台315 t·m塔吊作为垂直起重设备。塔吊布置于主塔西南侧，塔吊臂长40 m，最高高度为140 m，设置6层扶墙。塔吊于17.5 m（四倍率）半径内最大起重量为20 t，于臂端最大起重量为7.3 t。下塔柱混凝土输送采用汽车吊泵送，中塔柱和上塔柱混凝土选用车载泵和高压泵管泵送，泵管沿塔壁正前方固定[1]。

下塔柱采用装配式梯笼上下通行，牛腿顶面设置中转钢平台。中塔柱和上塔柱采用施工升降梯通行，采用SC200型号施工升降机，位置位于主塔侧面。升降机可直接进入爬模下架体。

塔吊扶墙、泵管固定件、梯笼扶墙、升降梯扶墙均附着于主塔壁上，预埋连接件采用爬锥和开孔钢板的形式。使用完毕后，可拆卸爬锥螺母和钢板，塔壁外观良好[2]。

3 下塔柱施工

3.1 劲性骨架及钢筋施工

由于下塔柱截面为圆形，劲性骨架设计为八边形结构，高度分别为5.40、7.80、7.40、5.15 m，边长根据截面直径逐步缩小。塔座施工中，塔座顶面预埋型钢，用于首节劲性骨架定位，每一节段混凝土浇筑后，劲性骨架外露于混凝土面20 cm。劲性骨架于后场先制作4小块，每块现场间隔吊装定位后，再进行骨架间连接，形成稳定八边形结构。

由于劲性骨架未参与结构受力，仅用于钢筋施工、钢锚梁安装定位等，对劲性骨架进行结构优化。根据计算分析，劲性骨架水平及斜向型钢采用∠75型钢，竖向型钢采用∠63型钢。

下塔柱钢筋主筋为外侧3支φ32 mm＋内侧2支φ32 mm的形式，箍筋为φ28 mm，钢筋安装难度大。钢筋施工利用劲性骨架内外侧多道定位钢圈依次进行安装。外侧3支钢筋为2＋1形式，安装需由内至外，确保钢筋由机械套筒紧密连接。下塔柱牛腿为月牙形构造，每根弧形钢筋的长度、弧度、角度都不同。通过三维建模，计算每根钢筋长度、弧度、角度，于加工场内定型弯曲，确保钢筋保护层厚度满足要求[3-4]。

3.2 模板施工

下塔柱外模板采用整套定型钢模板，空心结构按圆周分为6块，面板为厚6 mm钢板，面板竖向背肋采用10#槽钢，间距为30 cm，横向围带为16#槽钢，间距为80 cm，钢模板连接边为14 mm×180 mm。

为了方便模板从下往上拆除，底节模板长度较节段长度短3 cm，其余节段模板与节段长度相同，节段长度在5.15～7.80 m之间，高度上分为2层或3层，单块高度为2.60 m。

内模板采用竹胶板＋方木（竖肋）＋钢管（水平背楞）＋双拼槽钢（竖向背楞）的形式。空心段塔柱钢模和木模之间设置对拉螺杆，螺杆布置为1.3 m（圆周）×1.0 m（高度），顶部实心段采用一端固定的螺杆。木模内侧按2 m一层设置十字形脚手支撑，顶部实心段牛腿，外侧钢模板分4块，底模采用竹胶板＋小型钢（分配梁）＋型钢（承重梁）的形式。

在第3节浇筑时，预埋钢板于内壁侧，承重梁两侧与预埋钢板焊接，承受上部混凝土质量。

3.3 混凝土浇筑施工

索塔采用C55海工耐久性混凝土，单次浇筑量分别为365.2、378.1、289.7、401.7 m3。下塔柱混凝土采用汽车泵泵送，混凝土通过串筒浇筑，施工人员进入塔壁进行振捣，同时安排专人注意检查内模接口及对拉螺杆振捣松紧情况，防止出现爆模现象。

拆模后模板周转至另一主塔，并及时采用薄膜＋土工织物的形式淋水养护。针对预埋锥形螺母，分2次修补留下的螺栓孔，确保外观质量良好[5]。

4 中塔柱和上塔柱施工

中塔柱和上塔柱施工采用液压爬模施工，利用下塔柱模板平台，进行起始段（第5、第6节）施工，于第6节安装液压爬模承重架，第7节及之后节段都采用液压爬模系统施工。上塔柱施工中，钢锚梁和钢牛腿采用整体吊装定位安装的工艺。

4.1 液压爬模结构

爬模采用ZMP-100型模架整体式液压自爬模，塔身外侧布置8套爬升机位。架体宽度为主平台宽2.8 m，高16.8 m，液压油缸额定荷载125 kN，油缸行程400 mm，泵站功率为15～18 kW。

模板体系采用钢模板（圆弧处）＋木模板（直线段），标准节段浇筑高度5.00 m，模板设计高度5.15 m，其中模板下包已浇混凝土面100 mm以保证浇筑质量，模板上口挑出50 mm防止混凝土外溢。

塔柱结构由2.64 m半径圆弧和中间收缩直线段组成，模板布置为8块圆弧钢模板加上2块木模板，圆弧段截面不变，直线段每次收缩时裁切木模板。模板之间拼缝均采用子母口缝设计，两块模板通过芯带连接，钢模板与木模板通过钩栓连接[6]。

4.2 钢锚梁及钢牛腿安装

根据钢锚梁、钢牛腿以及索导管的结构形式，在工厂内将钢锚梁作为一个制作单元，钢牛腿与索导管作为一个制作单元。为了确保钢锚梁和钢牛腿的加工空间精度，钢锚梁与钢牛腿制造完成后，在厂内对所有的钢锚梁、钢牛腿进行单个钢锚梁整体节段的平面试拼装，并组焊钢牛腿与索导管（图2）。

图2 钢锚梁＋钢牛腿结构

工厂内预拼验收合格后，再散件陆运至现场，利用现场定制胎架将三者拼装成整体，吊装定位安装。

结构陆运至现场后，于承台顶面制作拼装胎架，依次吊装钢牛腿＋索导管结构、钢锚梁结构。钢锚梁和钢牛腿的连接采用高强螺栓，现场拼装过程中，需采用定位销将钢锚梁和钢牛腿临时连接，待测量复核方位和角度准确后，依次将定位销更换为高强螺栓。

钢锚梁施工主要分为首节钢锚梁安装和其他节段钢锚梁安装，钢锚梁安装与节段混凝土施工异步进行，首节钢锚梁支撑需在中塔柱和上塔柱横隔板上布置临时钢管支撑，安装劲性骨架，吊装首节钢锚梁。后续钢锚梁为每一节段2套钢锚梁，利用下部钢牛腿侧壁支撑，若需调整，可通过临时型钢框架支撑进行精调。钢锚梁的测量定位主要通过钢牛腿侧壁、钢锚梁中心点、索导管端头的标高及平面位置来精确定位。

全塔施工完毕后，需解除钢牛腿和钢锚梁的连接螺栓，确保钢锚梁处于自由滑移状态[7-8]。

4.3 钢筋及混凝土施工

钢锚梁安装完成后，进行钢筋施工，上塔柱钢筋施工过程中，竖向主筋需避开索导口位置，水平钢筋需穿束于钢牛腿剪力钢板中。钢筋安装过程中避免造成钢锚梁移位，并于钢筋模板施工完毕后，再一次复核钢锚梁高程及平面位置[9]。

中塔柱和上塔柱混凝土采用汽车固定泵进行泵送，于塔顶采用布料机进行混凝土浇筑。由于泵送高度较高且混凝土中含玄武岩纤维，施工时严格控制混凝土配比和坍落度，上塔柱混凝浇筑时，严格观察内模板与钢锚梁壁板连接处，防止混凝土外溢[10]。

5 结语

在温州市七都大桥北汊桥工程主通航孔索塔施工中，劲性骨架安装及钢筋绑扎、钢模板及爬模架设计、钢锚梁定位、混凝土浇筑以及垂直设备的布置，都是关键的技术环节。通过对各类工序的优化及合理组织，主塔平均施工工期为7～8 d/节段。

同时，通过对钢筋的制作及安装，混凝土搅拌、运输及浇筑，钢锚梁的制作、预拼及安装等各分部分项工程严格把关，确保主塔施工达到高质量标准，为后期主梁、斜拉索安装打下了坚实的基础。本文所总结的施工经验可供类似工程参考。