范繼紅

（中鐵二十局集團第三工程有限公司，重慶 400065）

0 引言

為了更好地控制主塔在合龍前懸臂狀態(tài)下的受力狀況，提高塔柱施工的安全性與穩(wěn)定性。下塔柱施工時，在兩根塔肢之間設置主動拉桿系統(tǒng)，將中塔柱的四根塔肢和臨時橫撐一起形成整體框架，以平衡塔柱水平分力。以西村港跨海大橋主塔為例，對大斜度鉆石型塔柱主動拉桿與橫撐的位置、頂推力確定等設計問題與監(jiān)測控制方式進行探討，并提出施工方法。

1 工程概況

西村港跨海大橋主橋為雙塔雙索面斜拉橋，主橋跨徑455.8m，橋面功能寬度37m，設2%雙向橫坡。主塔采取類似于“寶石型”的橋塔，塔高為83.5m，橋面以上高度60.5m，橋面以下高23m，拉索區(qū)上塔柱擴展開來，采用雙索面布置，造型取自北海銅鳳燈造型。索塔塔身順橋向在拉索區(qū)以下由單肢變?yōu)殡p肢，橋面附近順橋方向設置兩道橫梁，橋面以上橋塔設置各兩道橫梁。下塔柱順橋向分為兩肢，單肢采用空心箱型截面和單箱雙室，中部布置2.8m 的墻式墩腹板，橫橋向塔柱內收角度較大，傾斜度1.579∶1。其中，中塔柱為四個塔肢，采用空心箱型斷面，單箱單室，橫向內傾角度較大，斜度1∶2.207。上塔柱中橫梁以上橫橋向有兩根塔肢，順橋方向在拉索區(qū)域下橋塔由兩肢變?yōu)閱沃?，拉索段塔柱尺寸?.8773×4.5m 變化到8.4×4.5m。

2 外傾下塔柱主動拉桿設計

下塔柱內勁性骨架從橫橋到塔柱兩側實心段內形成強大的空間桁架，作為模板的對拉體系。為抵抗混凝土自重，需要勁性骨架來承擔一部分節(jié)段混凝土的重力，仰爬面模板上中下均與結構內側勁性骨架拉結。順橋向的兩肢，首先單肢由空間桁架骨架作為支撐，模板由對拉拉桿體系約束，形成相對獨立的一肢空間體系，兩肢之間順橋向設置三道對拉桿對拉兩肢，形成完整的下塔柱主動對拉體系。外傾架構傾角度32.3°，必將產生外傾扭矩和外傾移位，使模板體系失去平衡（見圖1）。為了保證在施工時模板體系不發(fā)生傾覆移位，必須為模板體系提供強大的主動拉力。最不利受力面布置在橫橋向仰爬面，混凝土和鋼筋的自重產生的自重力均分部到架體和模板，受到的力最大。

圖1 下塔柱向勁性骨架示意圖

按最不利工況，整個節(jié)段澆筑混凝土及鋼筋三角部分的自重都作用于模板上。混凝土一部分自重作用于已完成澆筑的混凝土，故只需考慮梯形部分的混凝土及鋼筋自重[1]。此區(qū)域梯形部分的混凝土側壓力以三角形荷載加載遞增，仰爬面最大角為32.3°，最大混凝土自重的線荷載標準值最大值：P=H×D×cos2α×γc=4.95×2.4×cos232.3°×25=84.8kN/m，荷載分項系數取1.2，則計算組合值P=84.8×1.2=101.76kN/m，此壓力通過模板以三角形遞增的分布力的形式傳到上桁架主背楞上，方向為垂直模板方向。

為克服下塔柱內傾位移和內傾力，為鋼筋及模板體系提供了強大的空間支撐體系，結合施工工藝及自重受力分析，首先在傾角較大的橫橋向兩側按設計要求設置豎向空間桁架。再由橫桿∠100×100×8 角鋼，豎桿∠125×125×10 角鋼組成2m×2m 雙層網格骨架片，橫橋向連接位于橫橋向兩側的空間加強桁架片，模板通過對拉桿與現場勁性骨架對拉，共同構成一個塔肢的空間桁架骨架。同時，豎向2I25a 工字鋼h1=1.815m、h2=3.102m、h3=5.05m 處和已澆筑混凝土自下而上L1=8.05m、L2=10.06m、L3=11.93m 拉結三根φ32 螺紋鋼筋，從而保證結構具有較大約束力，有效地控制模板偏位（見圖2）。

圖2 下塔柱兩肢對拉加固示意圖

由于下塔柱兩肢屬于獨立體系，且外傾角度較大，須同步澆筑混凝土，且兩個俯趴面之間形成間接對拉。對拉系統(tǒng)主要是內外模通過φ25 精軋螺紋鋼對拉2[14a 背楞，內模利用∠100×100×10 角鋼連接，既傳遞了拉桿拉力，又為內模結構提供強大支撐，下塔柱兩肢對拉，主要依靠模板自帶2[14a 背楞，利用芯帶銷將自制的鋼板與模板雙背楞連接，連接鋼板一頭焊接法蘭螺絲；一頭焊接φ32 鋼筋，互相對拉三道，通過調節(jié)法蘭螺絲距從而對拉牢固模板體系。模板上口背靠背對稱增加手拉葫蘆（見圖3）。

圖3 下塔柱主動拉桿系統(tǒng)施工工況

在兩肢變形超過定位鋼筋時拉緊，形成對拉體系[2]。經計算，上拉點拉接力為61.98kN，中拉結點1的拉接力為127.93kN，中拉結點2 的拉接力為97.72kN，下拉點的拉接力為15.88kN，以上所有混凝土自重均通過空間對拉體系，由勁性骨架承擔，模板不承擔此荷載。

3 內傾中塔柱主動橫撐系統(tǒng)設計

中塔柱四肢塔柱設計為向內傾斜結構，在塔柱施工時混凝土自重產生內傾力最大。為克服塔柱內傾位移和內傾力，結合同類工程施工技術及自重受力分析，根據主塔分層及施工順序，中塔柱共布置四道主動橫撐和一道縱撐。每道橫撐產生不同的推力，分別在第一道橫撐10m 以上范圍內，主動頂推力為1000kN；第二道橫撐在橫梁以上15.5m 范圍內，主動頂推力1500kN；第三道橫撐位于下橫梁頂面以上21m處，主動頂推力為1400kN；第四道橫撐位于下橫梁頂面以上31m 處，主動頂推力為1600kN。水平縱撐位于順橋向橫梁頂面16.5m 處，主動頂推力1200kN。

4 中塔柱主動橫撐施工

4.1 施工方法

在塔柱段施工時，依據主動橫撐和塔柱的連接位置，提前將預埋件與橫撐端部鋼板進行連接。鋼管橫撐在鋼筋加工廠先行對接加長焊接，保證中心軸線順直，不可錯臺焊接，橫撐鋼管頂推段提前焊接頂推反力座及液壓千斤頂固定支座。通過已預裝的40t 塔吊安裝水平橫撐(橫撐最重為8.742t，符合塔吊安全工作重量），先將固定端與預埋鋼板焊接牢固，用型鋼連接鋼管端部時，然后使用2 臺150t 的液壓千斤頂在橫撐鋼管上施加頂推力，再焊接不少于8 塊加勁板。在監(jiān)測水平橫撐撓度與塔柱變形下時，水平鋼管施加定力且滿足設計要求后方可停止施頂，再將鋼管和橫撐支座與連接鋼板將其焊接固定，并焊接勁板加強焊接質量。水平鋼管焊接鎖定后再施工斜撐，大小里程雙側水平鋼管及斜撐焊接固定完成后，最后焊接水平連接325×8mm 鋼管，當完成橫橋向第9 階段橫撐后，根據縱撐預埋件位置，安裝順橋向縱撐（塔柱第8 節(jié)），共同構成水平主動橫撐系統(tǒng)，見圖4。

圖4 中塔柱主動橫撐施工示意圖

4.2 施工步驟

步驟一：施工主塔第5～7 節(jié)段混凝土，爬模爬升到8 節(jié)段過程中在下橫梁梁面上，將兩根630mm×10mm 鋼管搭設在第一道橫撐支架，用千斤頂在第一道橫撐施加頂推力，再將其鎖定。拆除豎向支撐管，焊接斜撐，大小里程側水平橫撐鋼管及斜撐鋼管焊接完成后，在采用325mm×8mm 鋼管連接大小里程側鋼管橫撐[3]。

步驟二：懸臂澆筑塔身第8、第9 節(jié)段，爬模至第10 節(jié)段，第二層橫撐鋼管所在節(jié)段（第8 節(jié)段）澆筑完退模后，固定橫撐鋼管、施加頂力再將第二道橫撐固定，大小里程側水平橫撐鋼管完成后，進行第三步，再采用325×8mm 鋼管連接大小里程側橫撐鋼管。

步驟三：待完成第二道大小里程水平鋼管橫撐后，安裝順橋向橫撐（縱撐，塔柱第8 節(jié)順橋向），對稱焊接布置兩根630mm×10mm 鋼管，施加預頂力1200kN，鎖定縱撐[4]。

步驟四：施工塔身第10 節(jié)段，爬模爬升到11 節(jié)段，后安裝第三道橫撐，第三層橫撐鋼管所在節(jié)段（第9 節(jié)段），在依托千斤頂施加頂推力，達到設計要求后，將第四道橫撐固定，后面重復第二道工序。

步驟五：施工塔身第10、11 節(jié)段，先將爬模的內側模板和支架拆除掉，安裝最后一道（第四道）橫撐，再依托千斤頂施加頂推力，達到設計要求后，將第四道橫撐固定。

步驟六：中橫梁施工完成后，待混凝土強度合格，報監(jiān)控單位監(jiān)測結構穩(wěn)定后，下達拆除指令，完成主塔施工。

4.3 橫撐施工控制重點

4.3.1 橫撐工場加工控制

在工場將橫撐加工成型，將其分為兩端，加工使用的材料符合設計要求且質量合格，試驗室應對焊接質量、橫撐焊縫等點進行控制性檢測，檢測合格后方可運至現場，使用爬模平臺和預埋件進行橫撐精確度定位，保證安裝質量（見圖5）。焊接全部采用坡口焊，并在預埋鋼板處加焊勁板，雙鋼管橫撐利用槽鋼及馬鞍鋼板焊接豎向約束為整體受力[5]。

圖5 2φ630×10 鋼管連接示意圖

4.3.2 線形控制

橫撐預埋鋼板外露面應與周圍的混凝土面齊平，預埋爬錐必須與塔柱主筋焊接牢固。埋設的方法為在鋼筋骨架上測量出預埋件的平面位置，放入預埋件鋼板，預埋爬錐錨板及定位螺絲，與預埋鋼板焊接牢固，在模板安裝完成后，預埋鋼板應緊頂著模板。

4.3.3 頂推力施加控制

為保證頂推力準確可靠，液壓千斤頂必須校準后施加頂推。焊接吊點時可采用千斤頂將支座固定在橫撐上，再利用倒鏈進行安裝和調平、保證頂推力作用線與鋼管橫撐作用線同一直線[6]。頂推時機應在最低氣溫時段，早晨至9：30 之前（大幅度降溫則有可能導致橫撐受拉，所以要在相對較低溫度的時候鎖定，或者用磨光頂緊而非焊接的方式）。橫撐在整個頂推過程中，必須由塔吊輔助。另外，將臨時防護設置在橫撐上，防止高處墜落，確保施工安全。頂推力應按照0～10%～30%～60%～100%逐級加載，隨時監(jiān)控鋼管橫撐應力，如遇鋼管變形，應停止頂推，當達到設計要求后，在兩段橫撐中間及時焊接固定，確保頂推力不損失[7]。待鋼管橫撐鎖定后，再回油，防止主動推力損失，完成四根橫撐施工后，需要對懸臂端應力變化進行監(jiān)測，對橫撐監(jiān)測相關數據進行分析，待數據符合設計要求后再施工下端塔柱。

5 結語

西村港跨海大橋大斜度主塔結構幾何尺寸和線性均符合設計及規(guī)范要求，結合施工最不利點應力計算和監(jiān)控數據分析，成功解決了外傾下塔柱主動拉桿系統(tǒng)、內傾中塔柱主動臨時橫撐對塔柱最不利工況問題。同時，需重點關注和明確索塔各節(jié)段關鍵施工順序，充分利用既有周轉材料和工裝設備，加強現場管理與應力監(jiān)測控制，確保主塔施工質量安全受控。