府河大橋人字形橋塔施工關鍵技術

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.福建工程學院土木工程學院，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，根據橋塔個數可以將斜拉橋分為獨塔斜拉橋、雙塔斜拉橋以及多塔斜拉橋[1]。獨塔斜拉橋，顧名思義，就是橋塔數量只有一個的斜拉橋。因只有一個橋塔，獨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，并且相比起雙跨和多跨斜拉橋，更加經濟實用[2]。

一般的獨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，可以根據實際需求調整橋塔形狀，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，造型獨特，在城市中能夠有效提升市貌，但由于其受力復雜，空間結構易于受到外界影響，在一些關鍵部位上容易成為破壞點，但由于目前關于異型橋塔的施工研究還較少，因此需要對其施工技術及施工方案進行研究，尤其是對于其橋塔的施工特點更成為研究的重點，為我國斜拉橋的發展提供經驗與技術。

1 工程概況

四川省成都市高新區府河大橋主橋為130+85 m的獨塔單索面斜拉橋[3-5]。橋塔側面為“人”字形獨塔體系。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，橫橋向寬度橋面以上為3.5 m、橋面以下為9.0 m；副塔斷面為變寬度矩形截面，縱橋向寬度最大為7.0 m，最小寬度為2.85 m，橫橋向寬度均為3.5 m。為了減輕索塔自重，橋面以下下塔柱中采用空心鋼內模，橋面以上上塔柱中錨固區采用鋼錨箱的錨固形式，并作為上塔柱內模。上塔柱鋼錨箱共分為10節，由下至上依次為M1節～M10節，總高度為32.2 m。鋼錨箱最重節段M1為35 t，最輕節段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，同時又考慮了景觀設計的要求。

“人”字形索塔樁基基礎采用了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。索塔基礎承臺設計尺寸為39 m長×19 m寬×6 m高，承臺主要位于砂層和卵石層中。承臺頂標高474.513 m，承臺底標高468.513 m。

2 索塔施工方案

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

預應力先安裝管道，管道設置PVC內襯管，內襯管采用φ80聚乙烯管，管道長度依據塔柱不同施工節段長度而配置，穿束前抽出內襯管，利用塔吊、卷揚機和人工配合穿束。橋塔環向預應力筋按設計尺寸在廠內加工制作運輸至施工現場安裝。混凝土采用成都岷江拌合站商品混凝土，罐車運輸至施工現場，采用天泵和地泵澆筑。

3 施工計算分析

3.1 基礎

基礎基坑根據基本信息、放坡信息、超載信息、附加水平力信息、土層信息、土層參數、支錨信息、工況信息對基坑要求進行設計和結構計算，主要有整體穩定驗算、抗傾覆穩定性驗算、抗隆起驗算、嵌固段基坑內側土反力驗算[4]，經計算結果可知各工序整體穩定驗算抗傾覆安全系數均大于最小系數1.250，滿足要求；支護底部處，驗算抗隆起安全系數計算結果為2.245，大于最小系數1.80，深度20.300 m處，驗算抗隆起安全系數計算結果為2.246，大于最小系數1.80，坑底處，驗算抗隆起安全系數計算結果為2.619，大于最小系數2.200；各工序嵌固段基坑內側土反力計算結果均小于容許值。

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，整個骨架由加勁柱、主弦和聯接組成。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角鋼做聯接。

由于環境溫度對懸臂側和現澆段側的高程影響不一致，勁性骨架連接后，隨著環境溫度的變化，不但承擔軸向力，還需承擔相應的剪力,故橋塔勁性骨架受力較為復雜，且勁性骨架抗彎剛度相較于混凝土主梁剛度較小，各個部位受力情況不同，故可取最不利位置進行檢算[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148根C32主筋。經Midas計算結果可知勁性骨架最不利位置的軸應力計算結果為29.7 MPa，小于強度設計值215 MPa，剪應力計算結果為24 MPa，小于強度設計值125 MPa。綜合分析，塔柱勁性骨架在最不利情況下，強度、穩定性、變形均滿足設計及規范要求。變形有些偏大，模型計算只是按單榀分析，實際聯成整體后變形量會小一些，在實際施工中可以通過加設預偏值來抵消骨架的變形。根據Midas檢算結果，各項參數均能滿足規范和施工要求。

3.3 模板

由Midas計算結果可知面板最大應力計算結果為8.5 N/mm2，小于強度設計值13 N/mm2，撓度計算結果為0.55 mm，小于撓度容許值0.75 mm；木字工梁最大應力計算結果為6.55 N/mm2，小于強度設計值13 N/mm2，撓度計算結果為0.7 mm，小于撓度容許值3 mm；槽鋼背楞最大應力計算結果為32.92 N/mm2，小于強度設計值215 N/mm2，撓度計算結果為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計值計算結果為100.8 kN，小于強度設計值130 kN。在對強度和撓度進行驗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，強度要求不低于標準定型鋼模板；側模采用下塔柱木模拼裝而成，轉角、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計算結果可知[12槽鋼軸應力計算結果為16.2 MPa，小于強度設計值215 MPa，剪應力計算結果為15.6 MPa，小于強度設計值125 MPa，撓度計算結果為0.81 mm，小于強度設計值2.25 mm；[14雙拼槽鋼軸應力計算結果為113 MPa，小于強度設計值215 MPa，剪應力計算結果為14.1 MPa，小于強度設計值125 MPa，撓度計算結果為0.63 mm，小于強度設計值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計算結果可知工字鋼軸應力計算結果為76.1 MPa，小于強度設計值215 MPa，剪應力計算結果為61.2 MPa，小于強度設計值125 MPa，∠75角鋼上部支架軸應力計算結果為38.6 MPa，小于強度設計值215 MPa，剪應力計算結果為0.75 MPa，小于強度設計值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算可知受力滿足要求。

4 結語

本文通過對府河大橋施工文件及相關文獻進行研究，對于異形橋塔施工技術要點可歸納為以下幾點：

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

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際受力需求，并且能夠極大程度地節約資源，降低造價，與現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，經過精密計算后采用了勁性骨架爬模施工，滿足了橋塔施工力學性能與安全性，為此后斜拉橋的設計和施工提供了寶貴經驗。