基于液壓爬模與貝雷梁法的鋼混疊合梁懸索橋主塔施工工藝研究

杜江

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州貴陽550000）

0 引言

隨著我國基建項目建設如火如荼，遇到了一些地質條件復雜或者施工環境惡劣的工程，如狹窄山區、幽深峽谷、軟弱地基以及大跨河流等，不利的建設條件給工程技術的開展帶來了難題，傳統工藝的適用性逐漸受限。懸索橋憑借受力形式合理、跨越距離大以及造型美觀等得到了越來越多設計師的青睞，并在跨越復雜地形或特殊環境下具備較大的應用優勢[1]。

懸索橋的異形主塔施工一直是業界的重大難題之一。針對懸索橋H 形塔柱因具有傾角而存在的施工過程受自重影響較大的難題，考慮安全性和穩定性，提出采用施加有預應力的主動橫撐來控制塔柱受力的工藝，并基于有限元軟件模擬分析了受力情況。本文針對峰林特大橋的門形主塔施工難題，分析了設計難點與工藝創新點，可為類似復雜地形條件下的懸索橋主塔施工提供借鑒。

1 工程概況

貴州黔西南州興義環城高速公路1 標3 工區路線長度5.38km，設計為雙向四車道，路基全寬為24.5m。項目設計采用懸索橋形式跨越深逾約300m 的馬嶺河峽谷，小樁號義龍岸為隧道錨碇，大樁號興義岸為重力式錨碇。峰林特大橋中心樁號為K16+093.000，主橋為550m 的簡支鋼-混疊合梁懸索橋，垂跨比1/10。峰林特大橋在峽谷兩岸各設計有門形主塔，采用薄壁空心結構。上構采用鋼-混疊合梁形式，共78 個節段，分段尺寸為9m+76×7m+9m。圖1 為峰林特大橋整體效果圖。

圖1 峰林特大橋整體效果圖

2 主塔設計與難點分析

義龍岸（3 號主塔）左右塔柱高均為160m；順橋向按100∶1 雙向收坡，橫橋向塔柱向橋中線方向傾斜度為14.555∶1，塔底尺寸為5.2m×9.7m，塔頂尺寸為5.2m×6.5m。興義岸（4 號主塔）左塔柱高135m，塔底尺寸為5.5m×9.20m，塔頂尺寸為5.2m×6.5m；右塔柱高153m，塔底尺寸為5.2m×9.56m，塔頂尺寸為5.2m×6.5m；順橋向按100∶1 雙向收坡，橫橋向塔柱向橋中線方向傾斜度為14.5∶1。塔柱的傾斜度控制及高墩泵送混凝土性能控制是一大難點，同時施工中塔柱的臨時支撐，保證塔柱穩定性極為重要。

3 主塔施工關鍵技術

3.1 主塔施工流程

第一階段：施工下塔柱，按要求布設臨時橫撐；第二階段：施工至中塔柱，爬架超出下橫梁頂面以上，搭設下橫梁施工支架；第三階段：分兩次澆筑下橫梁；第四階段：施工中塔柱，按要求布設臨時橫撐；第五階段：施工至上塔柱，爬架超出中橫梁頂面以上，搭設中橫梁施工支架；第六階段：分兩次澆筑中橫梁；第七階段：完成塔柱施工封頂，并按要求布設臨時橫撐；第八階段：拆除爬架，并安裝上橫梁施工支架；第九階段：分兩次澆筑上橫梁。

3.2 塔吊配置

根據主塔結構特點、安裝高度，索塔施工選取兩臺中聯重工TC6015A-10 型塔吊，最大吊重為5t，滿足主塔施工要求。根據現場布置及施工需要，為同時保證吊裝距離滿足兩塔肢施工，左幅塔吊臂長選擇為60m，右幅塔吊臂長選擇為50m。

3.3 施工電梯配置

采用SC200/200 型升降機供施工人員上、下使用。在塔柱施工時，根據施工電梯使用說明按規定間距安裝附墻支撐預埋件。電梯安裝時利用塔吊安吊裝電梯標準節段和電梯附著，使電梯始終能滿足施工人員到達墩柱施工液壓爬架上。

施工電梯布置在索塔兩肢的正立面靠外側，每個塔肢布置1 臺，基礎直接安裝在的承臺上。導軌架標準節采用直接附墻式設計。為增強升降機的穩定性，附墻間距為6m 一道。附墻撐桿件由升降機生產廠家根據電梯附著要求在工廠制作成型。

3.4 下塔柱與下橫梁施工

第一，下塔柱高55m，共分12 個節段進行澆筑。

塔柱采用液壓爬架翻模施工技術，模板設計為由工廠定制生產的VISA 模板加鋼模組合，除起步段第一模按6m 高澆筑外，其余節段均為4.5m 一模澆筑。塔柱內部設置勁性骨架。在施工中，為保證柱體不發生傾倒和偏移，保證受力穩定性，沿高度方向間隔一定距離布設2 道水平桿，用以與塔柱體形成頂撐，平衡相應的塔體應力。每道水平桿由2 根Φ630×10mm的鋼管組成，鋼管之間采用Φ630×10mm 鋼管做水平連接系。每一道水平撐桿兩端均設置施工平臺及人行通道，水平撐桿在下橫梁預應力筋張拉壓漿施工完畢后，方可依次解除。每一道水平撐桿安裝時應施工水平向外的頂推力，再固定焊接水平撐桿，撐桿水平頂推力大小應根據計算所得。下塔柱施工時注意塔內爬梯、下橫梁支架牛腿、水平撐桿、預應力操作平臺等預埋件的安裝[2]。

第二，下橫梁為箱形截面，梁高5m，寬6m，長約35.4m，腹板及頂、底板壁厚均為0.8m。

下橫梁整體分為三次澆筑：第一次澆筑1.5m，約為200m3；第二次澆筑2.7m，約為250m3；第三次澆筑0.8m，約為200m3。下橫梁擬采用鋼管+牛腿+貝雷梁法進行施工，鋼管立柱支撐于原地面鋼筋混凝土基礎上。鋼管和貝雷架體支設結束后，根據下橫梁設計荷載開展預壓工作，預壓時分級加載，以充分消除非彈性變形，并合理設計下橫梁支模的預拱值。下橫梁等爬架施工通過下橫梁頂面后再進行施工。下橫梁鋼管+牛腿+貝雷片支架中：鋼管采用Φ630×14mm 鋼管；貝雷片采用3m 長標準貝雷片及1m 長異型貝雷片進行組合，并全部設有上下加強弦桿；牛腿采用裝卸式牛腿，通過精軋螺紋鋼錨固于墩柱上；鋼管立柱之間設28# 槽鋼橫向聯系；牛腿及鋼管頂均設置2HN500×199 組合鋼箱作為支撐貝雷梁的主橫梁；主橫梁與牛腿/鋼管立柱之間均設承載不小于250t 的卸荷砂箱；貝雷梁順橋向的間距為0.45m、0.225m 等，共23 排；貝雷梁頂部布設20#工字鋼分配梁，間距75cm，其上再鋪設下橫梁底模。下橫梁支架所需鋼材合計約265t[3]。

3.5 中塔柱與中橫梁施工

第一，中塔柱高44m，共分10 個節段進行澆筑。

中塔柱采用液壓爬架翻模施工技術，模板設計為由工廠定制生產的VISA 模板加鋼模組合，節段均按4.5m/模施工，柱體里面增設勁性骨架。為保證柱體不發生傾倒和偏移，保證受力穩定性，沿高度方向間隔一定距離布設2 道水平桿，用以與塔柱體形成頂撐，平衡相應的塔體應力。每道水平桿由2 根Φ630×10mm 的鋼管組成，鋼管之間采用Φ630×10mm 鋼管做水平連接系。每一道水平撐桿兩端均設置施工平臺及人行通道，水平撐桿在中橫梁預應力筋張拉壓漿施工完畢后，方可依次解除。每一道水平撐桿安裝時應施工水平向外的頂推力，再固定焊接水平撐桿，撐桿水平頂推力大小應根據計算所得。中塔柱施工時注意塔內爬梯、下橫梁支架牛腿、水平撐桿、預應力操作平臺等預埋件的安裝[4]。

第二，中橫梁為箱形截面，梁高6m，寬6m，長約29.5m，腹板壁厚為0.9m，頂、底板壁厚為0.8m。

中橫梁分兩次施工，底板和局部腹板部分為第一次，共約3m，局部腹板及頂板為第二次澆筑，共約3m。中橫梁擬采用鋼管+牛腿+貝雷梁法進行施工，鋼管立柱支撐于頂面混凝土上。鋼管和貝雷架體支設結束后，根據中橫梁設計荷載開展預壓工作，預壓時分級加載，以充分消除非彈性變形，并合理設計中橫梁支模的預拱值。

中橫梁等爬架施工通過中橫梁頂面后再進行施工。中橫梁鋼管+牛腿+貝雷片支架中：鋼管采用型號為Φ630×14mm 鋼管；貝雷片采用3m 長標準貝雷片及1m 長異型貝雷片進行組合，并全部設有上下加強弦桿；牛腿采用裝卸式牛腿，通過精軋螺紋鋼錨固于墩柱上；鋼管立柱之間設[28 橫向聯系；牛腿及鋼管頂均設置3HN500×199 組合鋼箱作為支撐貝雷梁的主橫梁；主橫梁與牛腿/鋼管立柱之間均設承載不小于250t 的卸荷砂箱；貝雷梁順橋向的間距為0.45m、0.225m 等，共23 排；貝雷梁頂部布設20#工字鋼分配梁，間距75cm，其上再鋪設中橫梁底模。中橫梁支架所需鋼材合計重量約210t。

3.6 上塔柱與上橫梁施工

第一，上塔柱高61m，共分為14 個節段。

上塔柱采用液壓爬架翻模施工技術，模板設計為由工廠定制生產的VISA 木模和鋼模組合，節段均按4.5m/模施工，柱內布置勁性骨架。為保證柱體不發生傾倒和偏移，保證受力穩定性，沿高度方向間隔一定距離布設2 道水平桿，用以與塔柱體形成頂撐，平衡相應的塔體應力。每道水平桿由2 根Φ630×10mm的鋼管組成，鋼管之間采用Φ630×10mm 鋼管做水平連接系。每一道水平撐桿兩端均設置施工平臺及人行通道，水平對撐在上橫梁預應力筋張拉壓漿施工完畢后，方可依次解除。每一道水平支撐安裝時應施加水平向外的頂推力，再固定焊接水平支撐，內撐水平頂推力大小應根據計算所得。

第二，上橫梁為箱形截面，梁高6m，寬6m，長約21.3m，腹板、頂底板壁厚均為0.8m。

上橫梁分兩次施工，底板和局部腹板部分為第一次，共約3m，局部腹板及頂板為第二次澆筑，共約3m。上橫梁擬采用牛腿+貝雷梁托架法進行施工。鋼管和貝雷架體支設結束后，根據上橫梁設計荷載開展預壓工作，預壓時分級加載，以充分消除非彈性變形，并合理設計上橫梁支模的預拱值。上橫梁等塔柱施工完成封頂并拆除完爬架后，再進行施工。上橫梁牛腿+貝雷片支架中：貝雷片采用3m 長標準貝雷片組合（橫橋向7×3m），并全部設有上下加強弦桿；牛腿采用裝卸式牛腿，通過精軋螺紋鋼錨固于墩柱上；牛腿頂設置3HN500×199 組合鋼箱作為支撐貝雷梁的主橫梁；主橫梁與牛腿之間均設承載不小于250t 的卸荷砂箱；貝雷梁順橋向的間距為0.45m、0.225m 等，共23 排；貝雷梁頂部布設20#工字鋼分配梁，間距75cm，其上再鋪設上橫梁底模。上橫梁支架所需鋼材重量合計約為125t。

4 工藝創新分析

在懸索橋的門形主塔施工過程中，傳統的滑模、翻模、滿堂支架施工工藝對工程質量、安全、工期難以保證。滿堂支架搭設高度高，難以滿足安全、規范要求，施工周期較長，不經濟不合理；而對塔柱采取整體大鋼模工藝時，不易施工，則措施費用增加很多，且現場布置的塔吊和施工電梯均難以滿足鋼模吊裝與拼裝施工的要求。

在保證峰林特大橋義龍岸和興義岸兩岸主塔安全施工的前提下，保障混凝土結構成型質量，考慮該橋位于峽谷兩岸、無法滿足現場支模的實際情況，本著盡量避免模板轉運和降低塔吊工作量的原則，創新設計并實施了液壓爬架翻模工藝，既保證了工期和安全性，也降低了措施費用，同時能有效保證結構成型質量，其主要工藝流程總結如下[5]：

流程一：澆筑起始節段混凝土編號（i），根據設計位置精確預埋錨錐。

流程二：混凝土達到強度要求后翻模至(i+1)節段，以(i)節段中預埋的錨錐為依托，繼續向上開展爬架系統的拼裝。

流程三：調整（i+1）節段模板位置，控制偏移誤差，灌注混凝土并埋設錨錐。

流程四：拆模并翻模至(i+2)節段；通過啟動動力系統將軌道進行爬升，使其上部與掛在(i+1)節段預埋錨錐上的懸掛件連接固定，最終形成爬升軌道。

流程五：啟動動力系統將爬架進行爬升，從而使爬架系統提升至（i+1）節段。

流程六：澆筑（i+2）節段混凝土，并重復上述工作流程。

5 結語

貴州省黔西南州興義環城高速公路項目中的鋼混疊合梁懸索橋——峰林特大橋跨越深逾約300m 的馬嶺河峽谷，現場施工條件較差，其兩岸設計有門形結構的鋼筋混凝土主塔，傳統的滑模、翻模等措施方案存在各種各樣的弊端，無法滿足施工要求。基于此，借助液壓爬模機理與牛腿+工字鋼+貝雷梁等方法，創新提出了基于液壓爬模與貝雷梁法的鋼混疊合梁懸索橋主塔施工工藝，有效克服了塔柱自重影響下的受力與變形問題，通過設置由兩根鋼管組成的橫向撐桿，保證了塔柱在施工中的穩定性，在保證工期和安全的前提下，順利完成了塔柱和橫梁的施工，且施工成型質量良好，為類似工程項目建設積累了寶貴經驗。