外海環境斜拉橋弧線形索塔施工關鍵技術*

毛曉斌，張 敏，劉 注，劉 健

(1.中交路橋建設有限公司，北京 100027； 2.中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

1 工程概況

寧波舟山港主通道公路工程主通航孔橋為三塔整幅鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為(78+187+550+550+187+78)m=1 630m，邊中跨比0.482，邊跨設輔助墩。斜拉橋索塔采用鉆石形塔身設計，由下塔柱、中塔柱、上塔柱和下橫梁組成。索塔下塔柱高46.1m，中塔柱高92.028m，上塔柱高41.872m，塔冠高3m?？傮w橫橋向尺寸：塔頂處8m，下橫梁中心處41.207m，塔底處22m?？傮w順橋向尺寸：塔頂7m，塔底11.5m，結構如圖1所示。

圖1 索塔構造

由于索塔施工期間需經歷臺風期及季風期，施工環境惡劣、有效作業時間短，且索塔結構線形復雜，施工精度要求高，施工難度大。索塔的順利施工與否將直接影響到全橋合龍的施工節點以及全橋的施工質量，因此對索塔的快速且高精度施工極為必要。

2 施工測量控制網建立

斜拉橋是超靜定結構體系，它的每個節點坐標位置的變化都會影響結構內力的分配。為保證弧線形索塔線形符合設計與規范要求，首先需建立精密的施工測量控制網。施工測量控制網分為平面控制網和高程控制網。

2.1 平面坐標控制網

主通航孔橋橋址位于舟山與岱山之間的中部海域，無法通過常規的全站儀導線控制測量建立平面坐標控制網，需采用GPS靜態測量[1]建立。舟山獨立坐標系和橋軸線坐標系可按下式進行轉換：

或

式中：a，b為兩坐標系的平移參數，α為旋轉參數。

根據設計提供的直線、曲線及轉角表，主通航孔橋位于直線段上，中心坐標及里程如表1所示。

表1 ZT3，ZT4，ZT5墩中心坐標及里程

計算可得：a=106 684.591 0，b=622 192.285 3，α=315°46′0.4″。由這3個參數即可進行舟山獨立坐標和橋軸線坐標系的相互轉換。

2.2 高程控制網

高程控制網采用三角高程測量的方法進行，線路按附合線路觀測，從海中的南通航孔橋優先墩附合到69號優先墩。首先用徠卡TS60全站儀三角測量的方法將優先墩上的水準點引到主通航孔橋主墩承臺上，然后用徠卡NA2水準儀按三、四等水準測量要求進行。

用徠卡TS60全站儀作對向觀測，以自動目標識別保證照準精度和觀測速度。采用同步對向觀測消除大氣垂直折光影響，在兩測站地形相似的情況下可將折光影響基本消除，并使其殘差具有偶然性。

3 主動橫撐及拉桿施工

主通航孔橋索塔為鉆石形塔身，下塔柱向外延伸，中塔柱向內收縮，塔身斜率較大。為避免塔柱根部混凝土產生較大的殘余應力而開裂，需在兩塔柱之間設置一定數量的水平橫撐[2]和拉桿[3]來降低水平分力的影響，從而減小塔柱根部外側應力，將設計附加應力控制在允許范圍。

3.1 主動橫撐和拉桿設計

索塔下塔柱共設2道拉桿，上塔柱共設5道主動橫撐。拉桿采用鋼管包裹鋼絞線的方式，防止鋼絞線損傷，安裝后用千斤頂施加預拉力。主動橫撐采用鋼管，安裝時使用千斤頂施加預壓力。通過主動橫撐及拉桿的布置，保證塔柱施工時的不平衡側向力由橫撐與拉桿承受，防止混凝土由于拉應力過大產生裂縫從而影響塔柱施工時的安全性。

3.2 主動橫撐和拉桿Midas仿真驗算

依據現場實際施工情況對索塔使用Midas Civil/Fea軟件進行建模，主要考慮塔柱自重、爬模結構自重及拉桿、橫撐對塔座的作用力，對各工況條件下塔柱進行受力分析，確定塔柱最大位移及混凝土最大拉應力，以確保塔柱施工期間的安全性，塔柱模型如圖2所示。

圖2 塔柱模型

各工況條件下塔柱最大位移及混凝土最大拉應力如表2所示?？芍魉┕み^程中，塔柱變形及混凝土拉應力均不大，塔身結構處于安全狀態。

表2 各工況下塔柱最大位移及混凝土最大拉應力

3.3 主動橫撐和拉桿施工控制要點

1)索塔混凝土施工時，拉桿牛腿預埋爬錐位置需準確，必要時使用定位盤安裝。否則可能出現部分爬錐位置不準確導致牛腿無法安裝的情況。

2)拉桿牛腿加工時，切勿隨意開爬錐孔。若牛腿面板開孔較大，安裝時需加墊板，確保所有爬錐受力，防止部分爬錐受力過大被拉出混凝土面。為防止爬錐松動，爬錐安裝完成后焊接限位鋼板。

3)拉桿鋼絞線張拉完成后，端部留50cm，然后用膠帶包裹密實。

4)為避免因主動橫撐和拉桿安裝而延誤混凝土澆筑、耽誤工期，主動橫撐鋼管和操作平臺均采取后場預制、貨船轉運至現場整體吊裝的施工方法。

5)主動橫撐預埋鋼板應在爬模架體爬升前安裝完成，避免爬模后無操作平臺導致安裝困難。

6)主動橫撐和拉桿操作平臺的電梯通道均應設置在左幅塔柱上，避免索塔合龍后右幅電梯停運而上下困難。

4 索道管和鋼錨梁安裝

底節鋼錨梁安裝時需搭設支撐架，底節以上鋼錨梁安裝時可直接架設在底節鋼錨梁上，精調合格后使用鋼板焊接固定[4]。鋼錨梁初步定位后，按照標高調整→橫橋向位置偏差調整→順橋向位置偏差調整的順序進行精調，最終使鋼錨梁錨固點和索道管出塔點4個測量點滿足設計要求。

4.1 索道管和鋼錨梁錨固點定位盤加工

為便于索道管及鋼錨梁錨固點處棱鏡架設，可根據索道管及鋼錨梁錨固點尺寸加工定位盤。定位盤加工如圖3所示，首先加工管口的全圓板模具，隨后使用4塊小鋼板焊在模具四周，以便在測量時固定模具。實際測量時只需將模具放置于索道管口和鋼錨梁錨固點處，即可直接測量其中心。

圖3 定位盤加工示意

4.2 索道管定位安裝

鋼筋綁扎完成后，索道管安裝前，測量員進行索道管初步放樣定位。避免初步定位偏差大導致精調緩慢。索道管初步定位后，在索道管兩端四周焊接螺桿(見圖4)。通過松緊螺桿對索道管平面位置進行精調，將精度控制在3mm以內。精調合格后，將索道管固定在混凝土預埋件上，防止后期施工發生碰撞而移動。

圖4 索道管定位安裝

4.3 鋼錨梁定位安裝

上一節索塔混凝土澆筑完成后，索道管已埋于混凝土內。待混凝土強度達到75%設計強度后，搭設鋼錨梁支撐架，進行鋼錨梁精確定位安裝[5](見圖5)。鋼錨梁精調時，為避免調整一個參數而影響另一個參數，調整完成后應焊接相應限位，避免循環調整3個參數。鋼錨梁安裝完成后，需確保鋼錨梁與已預埋索道管連接處無錯臺，否則將影響后期斜拉索安裝。

圖5 鋼錨梁定位安裝

5 結語

隨著橋梁技術的發展，海上大跨徑曲線斜拉橋索塔的建設將越來越多。寧波舟山港主通道主通航孔橋通過GPS靜態測量技術、鋼管主動橫撐和預應力拉桿設計以及加工制造鋼錨梁索道管定位盤等措施，解決了弧線形索塔施工中的重難點問題，在質量提升和進度控制方面取得了良好的效果，代表了國內索塔施工先進水平，為今后類似外海環境弧線形索塔施工提供了經驗。