朱 軍

（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 201204）

0 引 言

索塔作為斜拉橋主要的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，通常建筑高聳，混凝土方量大，塔索施工測(cè)量控制及塔柱裂縫控制難度大，索塔施工復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)高難度大。

結(jié)合辰塔大型斜拉橋花瓶型索塔測(cè)量控制，塔柱合理分段分節(jié)，塔柱爬模施工、上下橫梁合理分段及勁性骨架設(shè)置裂縫控制等關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析總結(jié)，以期對(duì)類似工程施工提供一定的參考借鑒。

1 工程案例

1.1 總體概況

辰塔大橋?yàn)槌剿窓M跨黃浦江的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。主橋橋型為雙塔雙索面混凝土斜拉橋，基本結(jié)構(gòu)體系采用半漂浮體系［1］。主橋跨徑 296 m，索塔總高 93.7 m，索塔共設(shè)兩道橫梁。斜拉索縱向立面采用扇形布置，全橋共 84 對(duì)索（見圖1）。

圖1 工程總體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 索塔結(jié)構(gòu)概況

辰塔大橋 P9、P10 主墩塔柱總高 93.7 m，塔冠高 2.0 m，橋面以下索塔高 78.0 m。索塔設(shè)兩道橫梁，塔柱分為上、中、下三段，索塔橫向?yàn)榛ㄆ啃嗡魉?。兩個(gè)下塔柱之間用兩道間距 5 m，厚度 1 m 的墻連接。下橫梁橫向長(zhǎng)度 45 m，下塔柱坡度 1∶4，中塔柱坡度 1∶5.026。

索塔混凝土標(biāo)號(hào)：C50，混凝土總方量10 390.6 m3。

2 施工主要難點(diǎn)及解決措施

1）斜拉索混凝土主塔高 93.7m，高塔施工質(zhì)量控制是工程的重點(diǎn)。主塔下塔柱采用整體大模板施工，中塔柱和上塔柱爬模施工工藝，上橫梁和下橫梁均采用支架現(xiàn)澆施工。

2）下塔柱裂縫控制：主塔下橫梁易在預(yù)應(yīng)力作用下引起開裂，主塔下塔柱的高度比較小，相對(duì)剛度較大。張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)將在下塔柱與下橫梁的頂板及豎向板之間按照剛度分配。如果一次性完成下塔柱整體結(jié)構(gòu)之后張拉必將引起下塔柱的開裂?？赏ㄟ^預(yù)應(yīng)力分次張拉解決下塔柱的開裂問題。

3）約束裂縫：采取設(shè)置腹板后澆帶和下橫梁合龍段，并在合龍段上設(shè)置預(yù)頂措施，控制索塔下塔柱與承臺(tái)澆筑時(shí)間間隔等措施解決約束裂縫問題。

4）斜塔柱施工過程控制：由于中塔柱為向內(nèi)傾斜的結(jié)構(gòu)（向內(nèi)傾斜約 10°），因此在施工時(shí)需要布置水平橫向支撐以抵消其水平荷載，增強(qiáng)穩(wěn)定性，橫向支撐根據(jù)爬模施工進(jìn)度分段安裝，并施加橫向預(yù)頂力。

3 主塔施工總體流程

3.1 主塔分段

結(jié)合索塔結(jié)構(gòu)，將主塔沿高度方向分為 26 個(gè)節(jié)段，包括：下塔柱（T-01、T-02）、下橫梁（T-03）、中塔柱（T-04～T-12）、中橫梁（T-13、T-14）；上塔柱（T-15～T-26，包括塔冠）。結(jié)合各分段分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)施工方法（見表1、圖2）。

表1 索塔塔柱分段及施工方法匯總表

圖2 主塔塔柱分段示意圖

3.2 主塔施工總體流程

主塔節(jié)段的主要施工流程為：下塔柱施工→施工下橫梁（T-04、T-05）→安裝爬模，順序施工 T-06～T-12→分兩次施工上橫梁（T-13、T-14）→順序施工 T-16～T-25（穿插鋼錨梁安裝）→待主梁完成施工后，施工塔冠（T-26）。

4 主塔施工關(guān)鍵技術(shù)控制

4.1 主塔施工測(cè)量控制

塔柱施工采用天頂角控制法。測(cè)量控制原理：用全站儀在承臺(tái)頂面分別放樣出主塔的縱、橫向中心線和塔柱的縱橫向中心線，合成一小型的控制網(wǎng)。在控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上分別在主塔每個(gè)轉(zhuǎn)角處設(shè)置一個(gè)斜率控制點(diǎn)對(duì)塔柱進(jìn)行測(cè)量定位。為了方便操作，每個(gè)斜率控制點(diǎn)設(shè)定在具有一定高度的儀器架設(shè)平臺(tái)（有足夠的剛度）的預(yù)埋鋼板上，在每只塔柱角布置一個(gè)測(cè)站，儀器每次架設(shè)在固定于平臺(tái)上的對(duì)中裝置上（見圖3）。

圖3 主塔塔柱關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)布置示意圖

索塔施工過程中，斜率測(cè)量控制點(diǎn)在下塔柱、中塔柱、上塔柱起始施工時(shí)分別布置。主塔施工測(cè)量重點(diǎn)是：保證塔柱、錨固鋼橫梁、索套管等各部分結(jié)構(gòu)的傾斜度、外形幾何尺寸、平面位置、高程滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

塔柱內(nèi)腔結(jié)構(gòu)側(cè)面的斜率控制為常規(guī)控制方法：利用勁性骨架的水平限位（勁性骨架斜率事先已經(jīng)測(cè)量定位），在保證鋼筋主筋及水平分布筋的保護(hù)層后，按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)平距用水平鋼尺丈距方法控制驗(yàn)收。

外模斜率控制同樣采用天頂法控制，標(biāo)尺從模板頂部?jī)?nèi)側(cè)水平伸出去，根據(jù)既定標(biāo)尺上控制標(biāo)志來(lái)掌握測(cè)量視線與模板內(nèi)側(cè)面之間的距離，進(jìn)而調(diào)整模板斜率；內(nèi)模斜率控制采用勁性骨架限位及鋼尺水平丈距的方法進(jìn)行定位。

鋼錨梁的安裝穿插在上塔柱施工中進(jìn)行，鋼錨梁利用主塔的勁性骨架定位，在完成塔柱節(jié)段混凝土施工后，將鋼錨梁下落到牛腿上的預(yù)埋板上時(shí)再次微調(diào)鋼錨梁的位置，確保精確就位。

同時(shí)施工過程中結(jié)合BIM技術(shù)運(yùn)用，建立塔柱骨架驅(qū)動(dòng)模型。骨架驅(qū)動(dòng)模型技術(shù)可將將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到表格中，模型會(huì)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)比分析，得出實(shí)際的偏差值。測(cè)量過程實(shí)施對(duì)比分析及糾偏，以減少偏差（見圖4）。

圖4 塔柱測(cè)量結(jié)合 BIM 實(shí)時(shí)分析控制

4.2 下塔柱和下橫梁施工

下塔柱第1、2 節(jié)段施工腳手支架搭設(shè)采用φ48mm 腳手管，外部環(huán)繞塔柱四周成環(huán)狀。根據(jù)施工需要支架分節(jié)段進(jìn)行搭設(shè)，搭設(shè)間距為1.8 m×1.5 m×1.5 m，支架利用“H”型螺母與塔柱拉結(jié)固定。

下橫梁約束裂縫控制：采取設(shè)置腹板后澆帶和下橫梁合龍段，并在合龍段上設(shè)置勁性骨架預(yù)頂措施。根據(jù)塔柱澆筑分段高度，勁性骨架標(biāo)準(zhǔn)加工長(zhǎng)度為 8.0 m。勁性骨架由 ［20a 槽鋼組層的桁架體系，施工過程注意于后澆帶兩端口預(yù)留預(yù)埋件，并通過水平型鋼聯(lián)系桿將各個(gè)單個(gè)骨架焊連，形成整體框架（見圖5）。

圖5 下橫梁合攏段設(shè)置及勁性骨架結(jié)構(gòu)圖

在后澆段 2 施工前，安裝進(jìn)勁性骨架，并施加約 200 t 水平預(yù)頂力。

4.3 中塔柱液壓爬模施工

4.3.1 施工關(guān)鍵點(diǎn)

中塔柱的施工主要采用液壓爬模進(jìn)行，爬模需要待到完成 T-06 節(jié)段，具備一定的安裝高度后，再進(jìn)行安裝。

由于中塔柱為向內(nèi)傾斜的結(jié)構(gòu)（向內(nèi)傾斜約 10°），因此在施工時(shí)需要布置水平橫向支撐以抵消其水平荷載，增強(qiáng)穩(wěn)定性，橫向支撐根據(jù)爬模施工進(jìn)度分段安裝，并施加橫向預(yù)頂力。

4.3.2 液壓爬模板主要結(jié)構(gòu)［2］

液壓爬模系統(tǒng)包括承重結(jié)構(gòu)、爬升系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)等部分組成（見圖6），具體參數(shù)如表2所示。

圖6 爬模立面圖

表2 液壓爬模系統(tǒng)主要性能參數(shù)

1）架體結(jié)構(gòu)：主要由主操作平臺(tái)、三角支撐架、綁筋操作平臺(tái)以及懸掛施工平臺(tái)組成。

2）爬升及附墻系統(tǒng)：主要由承重掛鉤、爬升導(dǎo)軌和防墜裝置組成。附墻包括附墻支座及附墻靴，作為支承爬架的受力點(diǎn)，也是導(dǎo)軌的支承構(gòu)件。

3）液壓動(dòng)力系統(tǒng)：液壓動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力泵、千斤頂以及相應(yīng)同步控制閥等組成。

4）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)主要由電氣控制系統(tǒng)和電腦控制系統(tǒng)，其中電氣控制系統(tǒng)包括同步控制箱和同步控制操作手柄。

5）模板系統(tǒng)：模板采用全鋼大模，約 100 kg/m2。模板的安裝、拆卸采用導(dǎo)輪吊裝。

4.3.3 施工流程及具體步驟

1）搭設(shè)支架：完成 T-03、T-04 節(jié)段施工→安裝液壓爬模系統(tǒng)→利用爬模順序施工 T-05～T-12 節(jié)段，同步施工上橫梁支撐以及橫向?qū)巍?/p>

2）爬模安裝：液壓爬模的組裝在施工中塔柱第3施工段（即完成 10.5 m）時(shí)，開始埋置液壓爬模的固定螺栓，在混凝土澆筑完成后，在已澆筑的 3 號(hào)施工段安裝爬模操作平臺(tái)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)等。

3）液壓爬模固定：液壓爬模的固定利用在塔柱上預(yù)埋的固定螺栓固定，并須確保預(yù)埋件的埋入錨固長(zhǎng)度大于 40 d。

4）液壓爬模調(diào)整：對(duì)于塔柱順橋向索塔截面的變化，通過調(diào)整模板懸掛支架的伸長(zhǎng)量以及間距來(lái)調(diào)整模板的位置，爬模系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。

5）液壓爬模系統(tǒng)拆除：在混凝土施工至結(jié)構(gòu)頂面后，需要在高空拆除，拆除利用塔吊進(jìn)行。

爬模施工具體步驟如圖7表示。

圖7 爬模施工步驟圖

①步驟一：完成混凝土養(yǎng)護(hù)后，卸下模板，并清理模板；安裝懸掛靴，并解除爬軌的固定，準(zhǔn)備爬升；

②步驟二：爬模液壓爬升軌道向上爬升一個(gè)節(jié)段；軌道爬升就位后，完成體系轉(zhuǎn)化，并固定；

③步驟三：平臺(tái)及支架利用爬軌向上爬升一個(gè)節(jié)段；爬升就位后進(jìn)行平臺(tái)位置糾偏、調(diào)整并固定；塔柱內(nèi)平臺(tái)同步向上搭設(shè)一個(gè)節(jié)段；

④步驟四：完成塔柱節(jié)段的勁性鋼骨架、鋼筋、預(yù)埋件等施工；利用爬模上的提升系統(tǒng)，安裝模板；同步完成塔柱內(nèi)模板的安裝；測(cè)量驗(yàn)收，準(zhǔn)備進(jìn)行混凝土施工。

4.4 上橫梁施工［3］

中塔柱施工時(shí)，隨著塔柱逐步升高，水平分力產(chǎn)生的彎矩也逐步增大。為了使塔柱不產(chǎn)生裂縫，考慮在中塔柱設(shè)置橫向支撐，在標(biāo)高+25.9、+35.9以及+45.9 m 位置布置 3 道，一端與塔柱壁的埋件焊牢，另一端在鋼平臺(tái)上安放千斤頂，分別對(duì)中塔柱施加 120、140 以及 160 t 預(yù)頂力。

上橫梁施工時(shí)，為支撐混凝土自重以及設(shè)置平臺(tái)，需要搭設(shè)豎向支撐系統(tǒng)，支撐分為立柱、橫梁以及連接系部分，立柱采用 8 根 φ609×10 鋼管，立柱頂部布置雙榀 HW588 型鋼分配梁，在其上布置橫梁，橫梁采用 3 m×1.5 m 標(biāo)準(zhǔn)貝雷片+型鋼桁架的形式（見圖8）。

考慮到彈性及非彈性變形、溫度、日照以及支撐變形的影響，在上橫梁支撐立柱頂端布置豎向調(diào)節(jié)千斤頂，在每次混凝土施工前進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖8 上橫梁施工臨時(shí)支架和支撐布置圖

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以辰塔大橋工程為背景（目前該橋已通車，施工效果如圖9所示），結(jié)合本工程花瓶型斜拉橋索塔技術(shù)研究同時(shí)兼顧實(shí)際施工的工況銜接，做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理，主要成果如下。

圖9 施工效果圖

1）針對(duì)高聳花瓶型斜拉橋索塔施工，合理分段分區(qū)綜合采用臨時(shí)支架及液壓爬模施工工藝，減短了工期和節(jié)約了成本，并確保了索塔施工過程中的安全。

2）對(duì)高聳斜拉橋索塔上、下橫梁施工，通過合理設(shè)置后澆帶，增設(shè)勁性骨架及臨時(shí)支撐并適當(dāng)施加預(yù)頂力，有效地控制了索塔大體積混凝土施工裂縫，并確保了塔索施工過程中的安全與穩(wěn)定。

3）對(duì)高聳斜拉橋索塔測(cè)量控制，結(jié)合 BIM 技術(shù)運(yùn)用，建立塔柱骨架驅(qū)動(dòng)模型。測(cè)量過程實(shí)施對(duì)比分析及糾偏，以減少偏差。