某公路大桥项目主塔施工关键技术分析

吴文涛

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

H形双塔构造的主塔桥梁项目，因施工环境复杂，施工难度大，质量要求高，施工环节需要重点考虑到安全要求，从施工准备、工艺过程多方面详细地做好控制，才能提升桥梁建造技术水平，达到桥梁设计标准要求[1]。

1 工程概况

某大桥全长1 849 m，跨径为“4×40 m预制T梁+1 080 m单跨钢桁梁悬索桥+8×40 m钢混组合梁+3×40 m预应力混凝土现浇箱梁”的双塔双索面悬索桥。其主塔的塔柱为H型，塔高172.1 m，塔体由塔座、下塔柱、下部横梁、中柱、上部柱以及横梁等组成。该桥梁施工过程中，因主塔修建难度高，施工时主要选用液压爬模工艺。

2 施工环境及地质条件

2.1 桥位环境

主桥工程范围内，以河流及两岸河堤路为主线展开施工，由于桥墩、辅助墩、过渡墩均设在半山上，施工作业面狭窄，且周边有多处居民住所和农作物，施工条件复杂，加大了施工难度[2]。

2.2 地质条件

通过主墩桩基础的钻孔勘探资料，桥址区覆盖层由第四系残坡积（Qel+dl）含砾粉质黏土、碎石土组成；下伏基岩为二叠系梁山组（P1l）泥岩、粉砂岩等碎屑岩和石炭系马平群（C3mp）灰岩、白云质灰岩。

3 主要施工方案的确定

3.1 方案比选思路

不同的工程建设方案会对工程质量产生不同影响，具体选择参考工程项目的技术指标和经济效益，其中技术指标包括方案的可靠性、安全性和地质条件等，其主要取决于建筑物的构造特点和施工条件[3]。

3.2 施工技术方案比选

从以往的施工实践分析，目前塔柱可采取的施工方式为液压爬模施工、后移式悬臂模板施工。下部横梁施工中，施工方案以钢管组合支架施工和盘扣式满堂支架施工为主。现根据现有施工环境，最终制定了以下建设方案：

（1）塔柱施工方案：液压爬模技术。采用液压驱动方式，通过气缸提模、提杆双动作，使得架体和导轨之间能够相互攀爬，不需其他吊装工具。该施工方法整体性强，风险系数小，能有效提高综合效益。

（2）上、下横梁施工方案：钢管贝雷片组合支架。通过增大基础面积和施打管桩，利用大直径钢管的接长，并利用横向连接剪刀撑，提高抗压能力，同时还布置了主梁、分配梁和贝雷片等结构，构成了支撑系统。该施工方案具有整体稳定性好、吊装作业少、施工周期短等优点，但其主要缺陷是焊接质量要求高、工序复杂、受力计算精确度要求高等，可用于上、下横梁的构造施工[4]。

4 施工技术要点

4.1 塔柱施工

4.1.1 方案确定

由于主塔高172.1 m，在高空作业中存在较大的安全隐患，因此按技术需要，选用了更加高级的液压爬模和卓良模板工艺，既降低了施工风险，又保证了塔身的外形品质，节省了大量吊装机械的租用成本。

4.1.2 塔柱施工方法

液压爬模爬升施工流程如图1。

图1 液压爬模爬升施工流程

预埋件安装：用安装螺栓将爬锥与模板连接，在爬锥孔涂上黄油后，旋紧高强度螺杆，确保混凝土不会流入爬锥螺纹，埋件板与高强度螺栓的另一端旋紧。锥面朝向模板，与爬锥方向相反。

导轨提升：将上下两个换向箱的换向设备同步调节，使换向器的上端抵靠导轨，使导轨上升，导轨到位后再进行紧固。

架体爬升：升降式液压控制台由专门人员进行，每个榀架都应有安装人员负责监控，如有异动，可通过液压阀调节。

在导轨上升后，应拆掉下部的附墙设备，以便于周转利用。

4.2 下横梁施工

4.2.1 方案确定

下横梁支架选择为贝雷梁－型钢－托架－钢管柱组合，下部主要承重构件为钢管柱及托架结构，上部承重横梁采用双拼I56工字钢组合，纵梁采用上下加强贝雷梁，分配梁采用I20工字钢，分配梁上铺20 cm×5 cm方木。

该贝雷片复合支架能够充分利用现有施工条件，确保实用性、安全性和经济性，可有效提升主墩承重的可靠性，满足工程需要。

4.2.2 支架构造设计

下横梁支架顶部设I20a工钢分配梁按50 cm间距布置，以支撑横梁底模；分配梁下设贝雷梁，顺桥向共设16片，间距为（3×45+92.5+3×45+90+3×45+92.5+3×45）cm，横桥向共设10片，支点最大间距1 041 cm。贝雷片采用上下加强，并在腹板下方各支点处采用2[10槽钢加强；贝雷片下设双拼I56a工钢承重横梁将荷载分配给托架与钢管柱，托架采用双拼I40a槽钢制作，横梁单端设3支托架，布置间距为2×340 cm；立柱顺桥向设3排，间距2×340 cm，横桥向设两列，间距1 041 cm；立柱共 6 根，采用Φ1 000 mm×12 mm钢管制作，底部采用栓接+焊接方式与预埋件连接。钢管立柱横向以φ325 mm×8 mm钢管作为横联、纵向以I20a型钢作为横联增强整体稳定性。使用300 t砂桶作为下横梁支架的卸架装置，砂桶布置在托架及钢管柱顶部。

立撑钢管柱既要承担荷载和弯矩作用，又要考虑其稳定度，所以必须按弯压构件的稳定度来加以计算（计算如果如表1）。

表1 计算结果

钢管立柱整体稳定性验算：

下横梁支架钢管立柱外径1 000 mm，内径976 mm，壁厚12 mm，材质为Q235钢，外径与壁厚之比：

D/t=1 000/12=83.3＜902kε=90×(235/fy)2=90

钢管柱板件宽厚比满足S3级要求：

钢管立柱横向每12 m设置一道横联，计算长度lx=12 m；纵向每6 m设置一道横联，计算长度ly=6 m；立柱视为一端铰接，一端固接，故计算长度系数取建议值μ=0.8。

钢管立柱其余参数如下：

Φ1000钢管（壁厚12 mm）截面面积：

Φ1000钢管（壁厚12 mm）回转半径为：

根据《钢结构设计规范》，截面为双轴对称的构件，其长细比按式下式计算：

则该设计钢管立柱长细比为：

λx=μlx/ix=0.8×12 000/349.34=27.48

λy=μly/iy=0.8×6 000/349.34=13.74

因λx＞λy，且在钢管柱X向存在偏心压力荷载，钢管柱沿绕Y轴失稳的可能性最大，故该计算选取钢管柱绕Y轴的屈曲进行验算，根据《钢结构设计规范》（GB5007—2017），弯矩作用在主平面内的压弯构件，其稳定性按下式进行计算；

式中，N'Ex=π2EA/(1.1λ2)；E=2.0×105MPa；f——钢 材抗压强度设计值，f=215 MPa；N——所计算范围内轴心压力设计值（N）；φ——弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；M——计算构件范围内的最大弯矩；W——构件的截面模量；β——等效弯矩系数，该计算取1.0；γ——截面塑性发展系数，该钢管柱满足S3级要求，取γ=1.15。

该钢管柱为a类截面，对于X向，查得轴心受压构架稳定性系数φ=0.967。

根据Midas Civil计算结果可知，标准组合状态下，钢管柱所受最大轴心压力为：

该支架砂桶与钢管柱中心间距为79.5 cm，则偏心压力对钢管柱所产生的最大弯矩为：

计算可得：

则有：

故钢管柱稳定性满足规范要求。

4.3 上横梁施工

4.3.1 方案确定思路

上横梁长22.724～22.104 m，宽7.3 m，高9～6.5 m，梁顶标高1 185.825。上横梁顶板水平，底板设计为半径22 m的圆弧结构，顶底板及腹板厚度均为100 cm。在上横梁跨中位置设置一道横隔板，板厚80 cm。因此选用“钢架+贝雷梁+型钢+托架”组合。

4.3.2 支架构造

由于上横梁底板为半径22 m的圆弧，为保证梁底线形顺畅，使用L70×5等边角钢焊制定型钢架作为上横梁底膜支撑结构。钢架顶部以1 m长度作为弦长，采用以直代曲方式实现横梁底部线形调和，实际线形与理论线形最大弧高0.6 mm。支架主纵梁采用上下加强型贝雷梁，并在腹板下方各支点处设2[10槽钢加强；贝雷梁顺桥向设11片，间距（2×45+6×90+2×45）cm；横桥向设7片，支点最大间距12 m。主横梁为双拼I56a型钢。设托架于两侧塔柱上，每侧设6榀托架，布置间距为（67.5+3×180+67.5）cm，托架主梁及托架斜撑均为2I40a工字钢组合截面，每个托架设置两根2[20a箱型加强腹杆，托架与托架间使用[10槽钢作为横联。上横梁托架预埋件与下横梁托架预埋件一致。

5 组合支架关键施工技术

5.1 施工前准备

在预埋件安装时，要先确定预埋件的安装位置，再保证预埋件的垂直、横向和标高达到设计的高度，保证上下轴一致。

5.2 搭设上下梯步

在垂直方向上焊上、下简易爬梯，使用φ25钢筋在对接口处进行焊接，并设置护栏防护网。

5.3 上横梁斜撑下料

根据设计斜撑的长度和角度，在保持顶部主梁水平的前提下焊接横向的腹杆和顶部对称的钢管，在斜撑两端安装支撑的补强筋板，提升应力集中抗压水平。

5.4 吊装立柱

采用分离吊装方式，使一台塔吊同时进行吊装，将其固定在承台的预埋件上，然后进行焊接。直立柱采用先下料，后单梁吊装的方式进行施工[5]。

5.5 安装双拼I56a

在安装之前，应先对立柱的顶部进行处理（焊接内十字形钢板，在平整后再加盖板）。将工字钢置于盖板上，其盖板由2 cm厚的1 m×1 m钢板与钢管端部焊接，并在周围加上4个1 cm厚的三角劲板，保持水平，以确保主梁横向受力均衡。在工字钢两端和中部各增加1 cm的厚板，提高主梁的抗弯能力，再将其整体吊装到钢管端板的位置，用限位钢板进行焊接。

5.6 吊装贝雷架

贝雷架采用分节式整体吊装，并与邻近的贝雷片横向花窗或[10槽钢相连。

5.7 支架预压

其下横梁支架采取使用钢绞线反拉加载的方式进行分级预压。上横梁支架采用堆载钢筋原材或钢绞线的加载方式进行预压。下横梁支架预压在分配梁安装完成后进行，上横梁支架预压在底模铺装完成后进行。经检验，其最大弹性变形值与无弹性变形值均满足模板的计算结果和技术规范的要求。

6 结论

综上所述，该桥梁项目主塔施工环节，针对现有施工环境条件的优缺点，对施工方案进行了优选，并突破传统方案，创新了施工工艺，克服了悬索桥小斜度主塔施工外观质量不容易控制、下横梁施工中大净间距分离支座施工支架搭设不易操作、深埋锚预应力施工难度大等施工技术难点，从而降低了施工费用，提升了综合效益。