朱興云 馬熙倫 林永捷

(1.中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610000; 2.福建工程學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

0 引言

對于斜拉橋，橋塔是其外觀及受力性能的重要組成部分。斜拉橋的分類方法有許多，根據(jù)橋塔個(gè)數(shù)可以將斜拉橋分為獨(dú)塔斜拉橋、雙塔斜拉橋以及多塔斜拉橋[1]。獨(dú)塔斜拉橋，顧名思義，就是橋塔數(shù)量只有一個(gè)的斜拉橋。因只有一個(gè)橋塔，獨(dú)塔斜拉橋不僅有著布跨方式靈活多變，兩跨不對稱布置的情況下有利于受力等特點(diǎn)，并且相比起雙跨和多跨斜拉橋，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用[2]。

一般的獨(dú)塔斜拉橋的橋塔通常采用A字形、Y字形或H形等形狀，塔身保持為直線，而異型橋塔則形狀各異，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整橋塔形狀，具有更好的觀賞性和空間感，目前已建成的異型橋塔類型主要有無背索橋塔，傾斜線形塔，空間曲線型塔，拱型塔，V型塔，三角形塔等。

異型橋塔空間視覺效果好，造型獨(dú)特，在城市中能夠有效提升市貌，但由于其受力復(fù)雜，空間結(jié)構(gòu)易于受到外界影響，在一些關(guān)鍵部位上容易成為破壞點(diǎn)，但由于目前關(guān)于異型橋塔的施工研究還較少，因此需要對其施工技術(shù)及施工方案進(jìn)行研究，尤其是對于其橋塔的施工特點(diǎn)更成為研究的重點(diǎn)，為我國斜拉橋的發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。

1 工程概況

四川省成都市高新區(qū)府河大橋主橋?yàn)?30+85 m的獨(dú)塔單索面斜拉橋[3-5]。橋塔側(cè)面為“人”字形獨(dú)塔體系。塔高89.5 m,其中橋面以上72.7 m為上塔柱，橋面以下16.8 m為下塔柱。根據(jù)是否主要受力，索塔又分為主塔和副塔兩部分，主塔斷面為等寬度矩形截面，縱橋向均為7.0 m，橫橋向?qū)挾葮蛎嬉陨蠟?.5 m、橋面以下為9.0 m；副塔斷面為變寬度矩形截面，縱橋向?qū)挾茸畲鬄?.0 m，最小寬度為2.85 m，橫橋向?qū)挾染鶠?.5 m。為了減輕索塔自重，橋面以下下塔柱中采用空心鋼內(nèi)模，橋面以上上塔柱中錨固區(qū)采用鋼錨箱的錨固形式，并作為上塔柱內(nèi)模。上塔柱鋼錨箱共分為10節(jié)，由下至上依次為M1節(jié)～M10節(jié)，總高度為32.2 m。鋼錨箱最重節(jié)段M1為35 t，最輕節(jié)段M8為21 t。“人”字形橋塔及鋼錨箱三維圖如圖1所示。索塔的整體造型既考慮了受力方面的要求，同時(shí)又考慮了景觀設(shè)計(jì)的要求。

“人”字形索塔樁基基礎(chǔ)采用了32根直徑2.0 m的C30鉆孔灌注樁作為承臺承重樁，樁長為25 m，樁底標(biāo)高為443.413 m，按8×4布置。縱橋向樁基間距為5.0 m，橫橋向樁基間距為5.0 m。施工采用旋挖鉆成孔，下放鋼筋籠后以水下灌注樁施工工藝成樁。索塔基礎(chǔ)承臺設(shè)計(jì)尺寸為39 m長×19 m寬×6 m高，承臺主要位于砂層和卵石層中。承臺頂標(biāo)高474.513 m，承臺底標(biāo)高468.513 m。

2 索塔施工方案

索塔施工共分23節(jié)段，塔柱分節(jié)澆筑施工如圖2所示。塔柱基座混凝土澆筑前，需預(yù)埋好橋塔下塔柱鋼筋、勁性骨架。橋塔下塔柱1號～3號節(jié)段采用模板+支架法進(jìn)行施工。下塔柱施工完成后于承臺上安裝鋼管支架施工塔梁固結(jié)段，塔梁固結(jié)段采用梁柱式支架法進(jìn)行施工。塔柱5節(jié)～6節(jié)段主塔、副塔人字形內(nèi)側(cè)及副塔順橋向采用模板+支架法進(jìn)行施工，主塔其余三面及副塔橫橋向外面采用爬模法進(jìn)行施工。塔柱7節(jié)～10節(jié)段人字形交匯處底模采用小塊鋼模拼裝而成，支架采用滿堂支架法進(jìn)行施工，橋塔外側(cè)施工方法與5節(jié)～6節(jié)段相同。塔柱11節(jié)～20節(jié)段全部采用爬模施工，施工前需進(jìn)行鋼錨箱安裝，鋼錨箱安裝采用300 t履帶吊進(jìn)行，20節(jié)段施工時(shí)需預(yù)埋塔頂橫隔板支架牛腿。塔柱21節(jié)～23節(jié)段采用爬模施工，其中21節(jié)段橫隔板采用支架法進(jìn)行施工。橋塔除第11節(jié)～20節(jié)段內(nèi)模利用鋼錨箱作為內(nèi)模外，其余需設(shè)置內(nèi)模的節(jié)段均采用工地自購模板作為內(nèi)模，內(nèi)模背楞采用10×10方木+雙拼φ48×3.5鋼管。橋塔實(shí)心段拉桿采用φ22的圓鋼，空心段拉桿采用D15螺桿外套φ25×2 PVC管。

預(yù)應(yīng)力先安裝管道，管道設(shè)置PVC內(nèi)襯管，內(nèi)襯管采用φ80聚乙烯管，管道長度依據(jù)塔柱不同施工節(jié)段長度而配置，穿束前抽出內(nèi)襯管，利用塔吊、卷揚(yáng)機(jī)和人工配合穿束。橋塔環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋按設(shè)計(jì)尺寸在廠內(nèi)加工制作運(yùn)輸至施工現(xiàn)場安裝?；炷敛捎贸啥坚航韬险旧唐坊炷?，罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，采用天泵和地泵澆筑。

3 施工計(jì)算分析

3.1 基礎(chǔ)

基礎(chǔ)基坑根據(jù)基本信息、放坡信息、超載信息、附加水平力信息、土層信息、土層參數(shù)、支錨信息、工況信息對基坑要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)計(jì)算，主要有整體穩(wěn)定驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗隆起驗(yàn)算、嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗(yàn)算[4]，經(jīng)計(jì)算結(jié)果可知各工序整體穩(wěn)定驗(yàn)算抗傾覆安全系數(shù)均大于最小系數(shù)1.250，滿足要求；支護(hù)底部處，驗(yàn)算抗隆起安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果為2.245，大于最小系數(shù)1.80，深度20.300 m處，驗(yàn)算抗隆起安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果為2.246，大于最小系數(shù)1.80，坑底處，驗(yàn)算抗隆起安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果為2.619，大于最小系數(shù)2.200；各工序嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力計(jì)算結(jié)果均小于容許值。

3.2 橋塔勁性骨架

橋塔周圍布置勁性骨架，如圖3所示。勁性骨架由∠100×10，∠75×8，∠50×5等邊角鋼和400×100×10鋼板組成，整個(gè)骨架由加勁柱、主弦和聯(lián)接組成。加勁柱分為三角加勁柱和矩形加勁柱。三角加勁柱采用3根∠100×10角鋼作為立柱，∠75×8角鋼做主弦，∠50×5角鋼做聯(lián)接。矩形加勁柱采用4根∠100×10角鋼作為立柱，∠75×8角鋼做主弦，∠50×5角鋼做聯(lián)接。

由于環(huán)境溫度對懸臂側(cè)和現(xiàn)澆段側(cè)的高程影響不一致，勁性骨架連接后，隨著環(huán)境溫度的變化，不但承擔(dān)軸向力，還需承擔(dān)相應(yīng)的剪力,故橋塔勁性骨架受力較為復(fù)雜，且勁性骨架抗彎剛度相較于混凝土主梁剛度較小，各個(gè)部位受力情況不同，故可取最不利位置進(jìn)行檢算[5]。三角加勁柱最不利荷載情況：立柱縱向間距4.686 m，橫向間距1.56 m，豎向間距1.25 m，塔柱傾斜角度68°，骨架立柱高度5 m，共計(jì)148根C32主筋。經(jīng)Midas計(jì)算結(jié)果可知?jiǎng)判怨羌茏畈焕恢玫妮S應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為29.7 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為24 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值125 MPa。綜合分析，塔柱勁性骨架在最不利情況下，強(qiáng)度、穩(wěn)定性、變形均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。變形有些偏大，模型計(jì)算只是按單榀分析，實(shí)際聯(lián)成整體后變形量會小一些，在實(shí)際施工中可以通過加設(shè)預(yù)偏值來抵消骨架的變形。根據(jù)Midas檢算結(jié)果，各項(xiàng)參數(shù)均能滿足規(guī)范和施工要求。

3.3 模板

由Midas計(jì)算結(jié)果可知面板最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為8.5 N/mm2，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13 N/mm2，撓度計(jì)算結(jié)果為0.55 mm，小于撓度容許值0.75 mm；木字工梁最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為6.55 N/mm2，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13 N/mm2，撓度計(jì)算結(jié)果為0.7 mm，小于撓度容許值3 mm；槽鋼背楞最大應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為32.92 N/mm2，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 N/mm2，撓度計(jì)算結(jié)果為0.16 mm，小于撓度容許值3.375 mm；面板、木梁、槽鋼背楞的組合撓度為1.41 mm，小于撓度容許值3 mm；對拉螺栓承受拉力設(shè)計(jì)值計(jì)算結(jié)果為100.8 kN，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值130 kN。在對強(qiáng)度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算后可知模板的面板，木工字梁，槽鋼背楞，面板、木梁、槽鋼背楞的組合，拉螺栓的受力和變形性能均滿足要求[6]。

3.4 人字形交匯處模板支架

3.4.1模板

塔柱人字形交匯處底模采用小塊鋼模組合而成，面板加工采用δ=6 mm鋼板，間距0.2 m的[12槽鋼作為模板豎肋和邊框，間距0.9 m的[14雙拼槽鋼作為模板橫向大背楞，強(qiáng)度要求不低于標(biāo)準(zhǔn)定型鋼模板；側(cè)模采用下塔柱木模拼裝而成，轉(zhuǎn)角、倒角為木模，人字形交匯處混凝土與相連塔柱同步施工[7]。

由Midas計(jì)算結(jié)果可知[12槽鋼軸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為16.2 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為15.6 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值125 MPa，撓度計(jì)算結(jié)果為0.81 mm，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2.25 mm；[14雙拼槽鋼軸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為113 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為14.1 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值125 MPa，撓度計(jì)算結(jié)果為0.63 mm，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.5 mm。

3.4.2支架

塔柱人字形交匯位置處底模支撐采用組合式支架。支架下部采用碗扣支架，碗扣支架步距60 cm；上部采用型鋼焊接而成的梯形支架，梯形支架由6塊主桁架通過∠75×75×5 mm的腹桿角鋼焊接成整體，主桁架由豎向Ⅰ10工字鋼弦桿以及∠75×75×5 mm角鋼腹桿焊接而成。由Midas計(jì)算結(jié)果可知工字鋼軸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為76.1 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為61.2 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值125 MPa，∠75角鋼上部支架軸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為38.6 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215 MPa，剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果為0.75 MPa，小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值125 MPa。上部支架及鋼模板縱橫背楞采用Midas軟件整體建模分析計(jì)算可知受力滿足要求。

4 結(jié)語

本文通過對府河大橋施工文件及相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行研究，對于異形橋塔施工技術(shù)要點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：

1)為了保證施工能夠滿足使用需求，在橋塔創(chuàng)新性地運(yùn)用了體內(nèi)鋼錨箱技術(shù)，與一般的獨(dú)塔斜拉橋相比，在減輕橋塔自重的同時(shí)有利于斜拉索錨固。

2)在保證了安全性能的情況下，對橋塔形式采用了空心橋塔的形式，這不僅能夠充分滿足實(shí)際受力需求，并且能夠極大程度地節(jié)約資源，降低造價(jià)，與現(xiàn)今存在的大部分斜拉橋橋塔類型有所不同，因此值得被推廣和參考。

3)在橋塔的整體施工方案中，經(jīng)過精密計(jì)算后采用了勁性骨架爬模施工，滿足了橋塔施工力學(xué)性能與安全性，為此后斜拉橋的設(shè)計(jì)和施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。