勁性骨架在湛江海灣大橋主塔的應用

張寶剛

摘要：本文以湛江海灣大橋主塔上塔柱施工過程為背景，介紹勁性骨架在弧線形塔柱施工中的設計及應用，對勁性骨架的施工工藝進行了研究，為勁性骨架的推廣應用提供依據。

關鍵詞：斜拉橋；勁性骨架；施工工藝

1 工程概況

湛江海灣大橋主橋為雙塔雙索面混合梁斜拉橋，全長840m，跨度組成為60+120+480+120+60m.上部構造為封閉式流線型扁平鋼箱梁和預應力混凝土箱梁混合構造。

其主塔采用鉆石形空間索塔，塔高155.1m，為鋼筋混凝土結構，由下、中、上塔柱和橫梁組成。塔柱及橫梁均采用50號混凝土。塔柱為弧線形，由于塔柱體型特殊，質量要求高，施工操作面小，工程量大，又是高空作業，同時為確保大橋的最佳合龍期，整個塔柱必須在規定時段內完工，從而塔柱施工成為全塔按質按期完工的一個重要環節。

由于索塔所處場地限制、塔柱傾斜等原因，塔柱施工通過使用勁性骨架，可以在滿足結構受力的前提下提供足夠的施工面和確保施工進度；并確保塔柱外形美觀，質量優良。

2 勁性骨架設計

勁性骨架作為索塔施工導向、鋼筋定位、模板固定之用，也是上塔柱預應力粗鋼筋和斜拉索鋼套管定位安裝必不可少的。

考慮到塔柱施工采用爬模施工，每兩節模板高(4.5m)為一個施工段.勁性骨架初步設計為4.5m高，整體吊裝.安裝時第一節預高出混凝土面0.5m，以后每塊往已安裝好的勁性骨架上接高，每次接高4.5m，澆注塔柱混凝土一次。該種勁性骨架安裝方法的缺點是：骨架整體安裝，由于自重較大，定位前不能放松吊點，占用吊點時間長，影響進度。并且整體調整位置困難，于是把骨架設計成豎向兩塊，分塊吊裝然后焊接成整體。相對以前方案是節約了時間，最后我們把每節骨架4.5m高分塊吊裝定為設計方案。

該結構采用等邊角鋼及型鋼，設計鋼材用量最后降低到30kg／m3混凝土，通過優化設計方案，不但節約了鋼材，還加快了工程進度。

勁性骨架由100×100×10、75×75×8兩種角鋼組成。整個骨架由加勁柱和平聯組成。加勁柱的截面為44×36cm。勁性骨架分為十三個節段，將整個勁性骨架作為一個空間桁架來計算，取結構受力狀態最為不利的第一節7.86×4.47m最底層骨架截面計算。計算圖式如下：

設計荷載主要考慮骨架、模板自重、 混凝土重力，同時考慮了風力的影響。設加勁柱，平聯都為梁單元。桁架計算時在節點處施加荷載，把每個面的力分解在各個節點加載，底部節點固定，加勁柱與平聯固接。

由于勁性骨架所受荷載主要為塔柱傾斜，混凝土重力產生的側壓力。實際受力情況比較復雜，以往分析勁性骨架的簡化模型可借鑒較少，所以根據實際施工情況進行簡化模型的計算。建立模型后用ansys有限元分析軟件進行計算應力和變形。

對比實際施工過程中的結果。分析模型的計算結果（變形9.6mm）和實際施工過程中的結果較接近（變形10mm）。在實際施工中加設預偏值來抵消骨架的變形。

3 勁性骨架施工工藝

3.1 骨架制作

塔柱勁性骨架的原材料選擇時，即考慮了滿足結構受力要求，又要盡量節省材料，還要考慮制作、安裝簡便。如果采用實腹式需要較大的工字鋼，浪費材料且剛度較小。經過比選，決定采用結構剛度大，材料節省，可以分塊加工安裝的角鋼桁架柱。由100×100×10、75×75×8兩種角鋼組成。整個骨架由加勁柱和平聯組成。加勁柱的截面為44×36cm。施工中考慮到骨架是塔柱施工的第一個環節，所以材料提前2個月進場，加工工作提前1個月進行。確保塔柱施工工作連續不間斷進行。

勁性骨架在制作棚按圖紙要求預先加工，加工時先加工標準節的單根桁架柱，再根據圖紙提供的數據加工好各個平聯桿件。骨架線形加工精度要求較高，要求測量人員在平整場地精確放出標準樣線，再開料焊接加工。先確定出桁架柱的位置，并安裝固定桁架柱，然后焊接平聯，組合成單節段單塊勁性骨架。前后節段的各個接頭位置要前后編號試對接，方便以后吊裝時準確快速安裝。每塊勁性骨架加工好后都要技術人員對骨架外形尺寸進行復測，控制好骨架的每個環節，確保主塔的外形準確。每節勁性骨架分兩塊加工，轉運出主墩安裝好后再加平聯連成整體。裝運過程中要注意起吊、裝車時盡量控制骨架的變形。

3.2 骨架安裝

勁性骨架的安裝用16T塔吊吊裝就位，首節勁性骨架與調平段預埋鋼板連接，調平段預埋鋼板焊接錨固鋼筋預先埋入混凝土中。由于調平段預埋鋼板是各階段勁性骨架的基礎，需要嚴格控制調平鋼板的平面位置和標高。上、下勁性骨架之間先用螺絲連接，待測量精確定位后，再行焊接連接。勁性骨架安裝時先安裝梯形桁架，最后連接平聯。勁性骨架安裝即相當于鋼筋、模板位置的確定，所以勁性骨架安裝定位時測量組必須實時跟蹤測量，以免造成耗工巨大的返工。首節勁性骨架定位時，先按設計位置放樣出勁性骨架底部邊線，同時測出四個角點的標高，接后按照設計傾斜度安裝第一節骨架，然后在第一節骨架上端4個角點位置進行三維測量，并按測量結果進行調整，直到符合設計位置。如果實際安裝勁性骨架時骨架上端角點的標高由于各種原因和設計有所偏離（最大出現過3cm），需要根據實測標高計算出相對應的平面位置坐標，按調整過的平面坐標對骨架進行實際控制。在第一節段混凝土澆注完畢后還要對第一節段勁性骨架進行復測，實際測量中骨架標高基本未發生變化（小于3mm），平面位置變化較小（小于10mm），且已經對骨架頂端平面設計坐標加設預偏值，確保塔柱外形的準確性。第二節勁性骨架在第一節骨架上直接安裝，然后進行測量調整，直到符合設計位置，其余類推。

勁性骨架安裝完成后，就為塔柱的其他施工工作提供了堅實的支撐和工作平臺。骨架結構為空間桁架，本身就是個簡易的工作平臺架構，其他各項后續施工工作都可以以骨架為依托順利展開。

由于骨架提供的工作面大，勁性骨架安裝完成后可以同時安裝斜拉索套筒和綁扎鋼筋。綁扎鋼筋時以勁性骨架為附著定位支架，鋼筋接長后綁在勁性骨架上如果個別主筋與勁性骨架有沖突，可適當調整鋼筋的位置。鋼筋綁扎完成后，進行安裝預應力粗鋼筋。

斜拉索套筒安裝工作也以骨架為依托，先在骨架橫聯位置初步放樣出套筒的位置，然后在橫聯中間焊接槽鋼，作為套筒的底托。再按照設計坐標精確防樣出套筒底軸線上的兩個點（平面位置、高程），然后用塔吊吊裝已經畫出上下軸線的套筒，底部軸線固定在放樣出的兩個點上，上部用5個手拉葫蘆臨時固定在勁性骨架的桁架柱和橫聯上，測量上軸線上兩個點的空間坐標，對比設計坐標，利用5個手拉葫蘆進行位置調整，最后調整到偏差滿足規范要求。進行初步焊接固定，套筒用槽鋼點焊在骨架結構上，再復測套筒的位置，滿足要求后進行套筒的完全固定，焊接時候注意多點分布整體施焊，避免局部焊接溫度過高引起鋼結構的變形而引起套筒的空間位置變化。

鋼筋、套筒安裝完成后，安裝外模板。由于外模板控制著塔柱的外形線型，所以還要對外模板的空間位置進行測量控制。測量方法同勁性骨架測量類似，測量結果可以同骨架的測量數據進行對比，二次檢驗骨架空間位置的準確性。滿足要求后澆注塔柱混凝土。完成一個節段的塔柱施工。

由于塔柱高度高（150m以上），搭設支架支撐困難，且塔柱傾斜，在空中沒有可以提供依托的受力點。所以傾斜、高大的斜拉橋主塔塔柱施工采用勁性骨架施工是必要的。同時，斜拉橋塔柱施工工藝復雜，需要控制測量、控制質量的地方較多，對塔柱的外形要求很高，具有足夠剛度的勁性骨架作為塔柱施工的支撐體系，能很好的控制住塔柱的外形，提供堅實的基礎，為其他工作能夠高質量完成提供平臺。湛江海灣大橋采用勁性骨架進行塔柱的施工，施工工作在高標準、高質量的前提下順利進行，高速度地完成了外型獨特的鉆石型塔柱，且外形美觀、質量優良，滿足要求，受到了各方的好評。

勁性骨架的實際施工過程需要考慮到機械使用情況，以及工程進度要求，還可以進行適當調整。

結束語。高塔施工除了進行嚴密的勞動組織外，關鍵要根據實際情況，在施工工藝上進行突破，在技術上對方案進行謹慎分析比較，高空、立體、平行、交叉作業才有可靠保證。湛江海灣大橋斜拉橋索塔施工充分發揮先進設備的特殊功效和新技術新工藝的特殊作用，達到了塔柱節段周期最快4天的速度。勁性骨架為湛江海灣大橋索塔高速度、高標準建成做出了很大的貢獻。

參考文獻

[1]《公路橋涵施工技術規范》（JTJ 041-2000），人民交通出版社，2000年10月第一版；

[2]《橋梁工程》，范立礎，人民交通出版社，1993年7月.