南屏二橋異型主塔懸臂爬模施工關鍵技術

楊明德

(上海建工集團股份有限公司）

0 引言

奧地利工程師Josef Langer 和美國工程師Charles Bender 在十九世紀后半葉分別提出了自錨懸索橋的概念[1]，因其結構美觀、耗材較少、受力靈活以及可適應大跨度通航的需求，廣泛應用于現代橋梁建設中。自錨懸索橋與常規懸索橋的主要區別在于不設地錨，可以充分利用自身結構、材料剛度的優勢。常見的形式有獨塔雙跨、雙塔單跨。

橋塔的作用是支承大纜，隨著混凝土技術發展，特別是爬升模板問世以來，大跨度懸索橋塔開始采用混凝土結構[2]。目前大多采用爬模法或滑模法進行主塔施工[3]。

1 工程概況

南屏二橋全長474m，跨徑組合為3×30m 簡支小箱(32+40+150+40+32)m 自錨式懸索橋+3×30m 簡支小箱梁。塔柱全高（承臺頂面至上橫梁頂）55.218m，分別由塔柱、上橫梁、下橫梁、裝飾拱圈幾部分組成，采用鋼筋混凝土框架結構，塔身混凝土強度為C50，沿高度方向一共有5 道中隔板，其中塔柱、上橫梁、裝飾拱圈外表面設有景觀裝飾。

主塔橫橋向為框架結構，兩塔柱間的橫向中心間距為32.6m。塔柱為空心矩形截面；上橫梁高7.82m，寬4.0m～6.38m，采用空心矩形截面，箱室尺寸2×2.5m，四面均設有外觀裝飾，壁厚100cm～219cm；下橫梁為箱型截面，高4m，寬2.8m，采用單箱單室截面，壁厚60cm。除下橫梁為預應力混凝土結構外，其余部分為普通鋼筋混凝土結構。南屏二橋效果圖如圖1 所示。

圖1 南屏二橋效果圖

2 施工環境及地址條件

南屏二橋位于前山河上，連接榮泰路和壽豐路，北側為前山片區，南側為南屏中心城區，兩側均為成熟居住區，噪聲控制、交通疏解、工期要求高，施工環境相對復雜。

根據地勘結論并結合前期鉆孔灌注樁施工揭露，場地內埋藏的地層主要有第四系海陸交互相沉積層（Qmc）、第四系殘積層（Qel），下伏基巖為燕山期(γy)花崗巖。其中第四系海陸交互相沉積層主要由淤泥②-1 及礫砂②-3 組成，淤泥層厚度5.60～11.50m，平均8.03m，礫砂層厚2.50～4.00m，平均3.18m。第四系殘積主要以礫質粘性土③為主，層厚10.10～23.40m，平均17.71m，下臥層為燕山期花崗巖。地表水深0.50～4.00m 不等，受潮水水位的影響較大。

3 主塔施工方案選擇

3.1 主塔分節分析

主塔塔柱底面標高為-4.058，頂部為46.5090，塔柱全高50.148m，對橋主塔設計結構進行拆解，計劃分為15 節施工?？傮w施工流程為節段1～4→下橫梁及節段5→節段6～11→上拱圈、上橫梁底板、節段12～14→懸索結構安裝施工→塔冠。

圖2 主塔斷面圖

3.2 外模體系比選

通過對幾種常規塔柱施工模板工藝的對比分析，選擇后移式懸臂模板，該方案為液壓爬模的簡化版，利用懸臂挑架及預埋錨錐掛座，通過起重設備進行模板提升施工，可用于等截面及變截面主塔施工[4]。局部變截面臺階處采用牛腿鋼支架制作現澆平臺，根據分節特點，采用單面、三面或四面懸臂爬模與牛腿支架靈活組合施工。內模利用已澆筑完成節段頂部混凝土，采用維薩板＋木工字梁模板體系。兩主塔各配置1 臺7020 重型塔吊覆蓋，可滿足材料周轉、物料提升及懸臂模板爬升等施工需求。外模體系比選見表1 所示。

表1 外模體系比選分析

3.3 上下橫梁模板體系選擇

上下橫梁底模均采用鋼管工字鋼組合體系，不同之處在于，下橫梁將支撐鋼管打入河床（如圖3 所示），而上橫梁可利用已施做完成的梁板作為支撐面（如圖4 所示）。外模及內模則采用普通柱模板和腳手架。

圖3 下橫梁施工

圖4 拱圈施工

4 模板體系設計

懸臂模板廣泛應用于建筑、橋梁、水利等行業，王軼等通過某公路懸索大橋懸臂模板施工進行分析，首選主塔液壓式爬模方案在異型主塔施工中無法設置軌道而受到限制，從而選擇懸臂模板[5]，且懸臂模板具有施工簡單、拆卸方便、施工迅速、經濟可行等優點，同時成型混凝土表面光潔美觀。懸臂模板系統主要由背楞、后移裝置、斜支撐、模板、預埋件和吊平臺等幾個部分組合而成[6]。其結構詳見圖5，主要設計如下：

圖5 CB-240 懸臂模板總成圖

⑴主背楞采用鋼背楞，上斜撐采用φ89×3.5mm，下斜撐80×80×4mm，受力螺栓為M36 螺紋35#碳鋼，承重銷為φ25 圓鋼，材質為45#鋼。

⑵外模面板采用進口維薩板，規格為2440×1000×18mm，豎楞為H20 的木工字梁（木梁高度為200mm，翼緣寬度為80mm，翼緣厚度為40mm，間距為300mm）間距280mm，橫楞為雙14#槽鋼，最大間距為1350mm，拉桿采用D20 高強螺桿，豎向間距1350mm，橫向最大間距1200mm。

⑶上平臺寬度0.70m，主平臺寬度2.420m，吊平臺寬度0.77m。平臺上鋪設40mm厚抗滑木板，平臺四周架設標準化防護欄桿及防火密目網。

墩身爬模從1 層（步）預埋，2 層（步）開始安裝，標準層高度4.5m，標配模板高4.65m，模板朝下部混凝土搭接100mm，向上預留50mm，防浮漿溢出。

5 塔柱懸臂爬模施工技術

5.1 塔柱測量控制及變形觀測

⑴異型主塔相比普通主塔而言，施工精度更加難以控制[5]。橋梁施工前建立控制范圍包括全橋在內的首級平面和高程控制網，首級控制網還可作為墩身和承臺在施工過程中受外界環境影響（風和溫度）和自身荷載作用下的振動變形、扭轉變形、撓度變形和沉降變形監測的基準網。除此之外，為保證主塔施工精度以及起到相互校核的作用，還建立了更直觀的能夠在主塔承臺面上直接控制主塔施工的相對控制網?？刂凭W采用全站儀極坐標控制法。

⑵隨著荷載增加，混凝土彈性壓縮及收縮徐變，施工過程中受風力、日照、溫度等外界因素的影響，主塔可能產生位移，故在施工過程中監測主塔的相對及絕對沉降和水平位移，以能確切反映主塔實際變形程度或變形趨勢，確保塔頂高程的正確并分析主塔的穩定性。垂直位移變形觀測點設立在現澆外凸裝飾臺階上能反映變形特征的位置。垂直位移及水平位移的測量，為施工拋高值的確定建立依據。

5.2 塔柱標準節施工方法

塔柱底節施工完成后，即可安裝爬模系統，除了裝飾臺階段及靠近橫梁一側模板，其余均采用爬模體系施工。第一次提升安裝施工順序為：安裝三角架→安裝三角架平臺→固定三角架→安裝主背楞、斜撐→上下架體組裝。第一次澆筑使用的模板為懸臂模板，在第二次澆筑前注意要在模板的規定位置安裝懸臂模板施工專用的爬錐等預埋件，供懸臂支架的安裝，采用對拉螺栓以滿足混凝土側向壓力要求。在完成第一次澆筑之后可安裝懸臂支架，進入正常的懸臂模板施工，進行第二次，第三次…澆筑。結合其他工程經驗，塔身混凝土強度達到15MPa 即可吊爬。

模板采用塔吊吊升，吊爬最大重量5t，塔吊工作半徑起重量為6t。手動葫蘆配合翻動內模。模板每翻動一次4.5m，同時接高內腳架平臺。首先利用后移裝置將模板脫離混凝土面，在預埋的爬錐上用受力螺栓安裝支座；然后使用塔吊分片提升模板掛于支座之上（后移裝置、三角架、主平臺、吊平臺等是實體段澆筑脫模后拼裝上的）；最后利用后移裝置將模板靠緊混凝土，即完成提升工作。

5.3 其他節段施工方法

如遇臺階段和塔冠底板段，外模體系則采用預埋牛腿鋼支架平臺施工。拱圈、上下橫梁均采用鋼管工字鋼組合體系構建平臺施工。其具體方法不再詳述。

6 結論

南屏二橋主塔因其造型獨特、截面變化較多，傳統液壓爬模使用受限。通過不斷優化架體方案設計，將懸臂爬模、牛腿鋼支架平臺以及鋼管工字鋼組合體系充分結合，靈活運用于主塔施工，使得主塔施工比預計工期提前一個月。