獨柱式變截面長圓形索塔的施工關鍵技術

饒 陽

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200433

1 工程概況

溫州市七都大橋北汊橋主橋為雙塔中央索面疊合梁斜拉橋，采用五跨連續半漂浮體系（圖1），主橋總長680 m，主跨360 m。

圖1 主橋結構形式效果圖

主塔采用鋼筋混凝土結構，高118.6 m，采用C55海工耐久性混凝土。主梁采用鋼混疊合梁形式，寬37.62 m，高3.5 m。

主塔采用獨柱形式，截面為長圓形變截面設計，分為塔座、下塔柱、中塔柱、上塔柱（拉索錨固區）。下塔柱（＋8.4～＋34.5 m）結構截面形式為沿圓曲線由根部的直徑12.0 m漸變至頂部的直徑7.5 m，底部壁厚為2.0、2.5、3.0 m。其中間＋29.5～＋34.5 m為實心“月牙形”牛腿結構，牛腿豎向呈凸型圓弧變化，牛腿頂面設置支座墊石。

中塔柱（＋34.5～＋67.0 m）為橢圓形截面，橫橋向塔寬度為5.28 m，縱橋向寬度由7.50 m漸變至6.80 m。中塔柱塔壁厚度由1.30 m漸變至1.89 m，在橫向抗風支座和阻尼器基座位置設置1道橫隔板。

上塔柱（＋67.0～＋127 m）為橢圓形截面，橫橋向塔寬度為5.28 m，縱橋向寬度由6.80 m漸變至5.80 m。上塔柱設置21節鋼錨梁和鋼牛腿，兩側斜拉索面內的平衡水平分力由鋼錨梁承受，部分不平衡水平分力和豎向分力通過鋼錨梁與鋼牛腿之間的高強螺栓連接傳遞到預埋鋼板，由索塔承受。

2 施工部署

2.1 施工節段劃分

根據下塔柱結構特點及模板配置，下塔柱劃分為4個節段，從下往上依次高5.2、7.8、7.4、5.7 m，采用模架一體化施工工藝，外模板采用鋼模板，內模板采用木模板，每層鋼模板外挑操作平臺，便于工人進行鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑等工作。

根據鋼錨梁間距、爬模架體設計，中塔柱和上塔柱劃分為20個節段，依次高0.5 m、6×5.0 m、2.0 m、12×5.0 m，常規節段高5.0 m。中塔柱和上塔柱采用液壓爬模施工工藝，起始段利用爬模模板進行施工，待澆筑第7節后，進行液壓爬升系統的安裝，之后節段模架都采用液壓爬升系統爬升施工。

2.2 垂直運輸設備布置

根據索塔高度和水上鋼平臺、鋼錨梁最大質量等因素，每個索塔配置1臺315 t·m塔吊作為垂直起重設備。塔吊布置于主塔西南側，塔吊臂長40 m，最高高度為140 m，設置6層扶墻。塔吊于17.5 m（四倍率）半徑內最大起重量為20 t，于臂端最大起重量為7.3 t。下塔柱混凝土輸送采用汽車吊泵送，中塔柱和上塔柱混凝土選用車載泵和高壓泵管泵送，泵管沿塔壁正前方固定[1]。

下塔柱采用裝配式梯籠上下通行，牛腿頂面設置中轉鋼平臺。中塔柱和上塔柱采用施工升降梯通行，采用SC200型號施工升降機，位置位于主塔側面。升降機可直接進入爬模下架體。

塔吊扶墻、泵管固定件、梯籠扶墻、升降梯扶墻均附著于主塔壁上，預埋連接件采用爬錐和開孔鋼板的形式。使用完畢后，可拆卸爬錐螺母和鋼板，塔壁外觀良好[2]。

3 下塔柱施工

3.1 勁性骨架及鋼筋施工

由于下塔柱截面為圓形，勁性骨架設計為八邊形結構，高度分別為5.40、7.80、7.40、5.15 m，邊長根據截面直徑逐步縮小。塔座施工中，塔座頂面預埋型鋼，用于首節勁性骨架定位，每一節段混凝土澆筑后，勁性骨架外露于混凝土面20 cm。勁性骨架于后場先制作4小塊，每塊現場間隔吊裝定位后，再進行骨架間連接，形成穩定八邊形結構。

由于勁性骨架未參與結構受力，僅用于鋼筋施工、鋼錨梁安裝定位等，對勁性骨架進行結構優化。根據計算分析，勁性骨架水平及斜向型鋼采用∠75型鋼，豎向型鋼采用∠63型鋼。

下塔柱鋼筋主筋為外側3支φ32 mm＋內側2支φ32 mm的形式，箍筋為φ28 mm，鋼筋安裝難度大。鋼筋施工利用勁性骨架內外側多道定位鋼圈依次進行安裝。外側3支鋼筋為2＋1形式，安裝需由內至外，確保鋼筋由機械套筒緊密連接。下塔柱牛腿為月牙形構造，每根弧形鋼筋的長度、弧度、角度都不同。通過三維建模，計算每根鋼筋長度、弧度、角度，于加工場內定型彎曲，確保鋼筋保護層厚度滿足要求[3-4]。

3.2 模板施工

下塔柱外模板采用整套定型鋼模板，空心結構按圓周分為6塊，面板為厚6 mm鋼板，面板豎向背肋采用10#槽鋼，間距為30 cm，橫向圍帶為16#槽鋼，間距為80 cm，鋼模板連接邊為14 mm×180 mm。

為了方便模板從下往上拆除，底節模板長度較節段長度短3 cm，其余節段模板與節段長度相同，節段長度在5.15～7.80 m之間，高度上分為2層或3層，單塊高度為2.60 m。

內模板采用竹膠板＋方木（豎肋）＋鋼管（水平背楞）＋雙拼槽鋼（豎向背楞）的形式。空心段塔柱鋼模和木模之間設置對拉螺桿，螺桿布置為1.3 m（圓周）×1.0 m（高度），頂部實心段采用一端固定的螺桿。木模內側按2 m一層設置十字形腳手支撐，頂部實心段牛腿，外側鋼模板分4塊，底模采用竹膠板＋小型鋼（分配梁）＋型鋼（承重梁）的形式。

在第3節澆筑時，預埋鋼板于內壁側，承重梁兩側與預埋鋼板焊接，承受上部混凝土質量。

3.3 混凝土澆筑施工

索塔采用C55海工耐久性混凝土，單次澆筑量分別為365.2、378.1、289.7、401.7 m3。下塔柱混凝土采用汽車泵泵送，混凝土通過串筒澆筑，施工人員進入塔壁進行振搗，同時安排專人注意檢查內模接口及對拉螺桿振搗松緊情況，防止出現爆模現象。

拆模后模板周轉至另一主塔，并及時采用薄膜＋土工織物的形式淋水養護。針對預埋錐形螺母，分2次修補留下的螺栓孔，確保外觀質量良好[5]。

4 中塔柱和上塔柱施工

中塔柱和上塔柱施工采用液壓爬模施工，利用下塔柱模板平臺，進行起始段（第5、第6節）施工，于第6節安裝液壓爬模承重架，第7節及之后節段都采用液壓爬模系統施工。上塔柱施工中，鋼錨梁和鋼牛腿采用整體吊裝定位安裝的工藝。

4.1 液壓爬模結構

爬模采用ZMP-100型模架整體式液壓自爬模，塔身外側布置8套爬升機位。架體寬度為主平臺寬2.8 m，高16.8 m，液壓油缸額定荷載125 kN，油缸行程400 mm，泵站功率為15～18 kW。

模板體系采用鋼模板（圓弧處）＋木模板（直線段），標準節段澆筑高度5.00 m，模板設計高度5.15 m，其中模板下包已澆混凝土面100 mm以保證澆筑質量，模板上口挑出50 mm防止混凝土外溢。

塔柱結構由2.64 m半徑圓弧和中間收縮直線段組成，模板布置為8塊圓弧鋼模板加上2塊木模板，圓弧段截面不變，直線段每次收縮時裁切木模板。模板之間拼縫均采用子母口縫設計，兩塊模板通過芯帶連接，鋼模板與木模板通過鉤栓連接[6]。

4.2 鋼錨梁及鋼牛腿安裝

根據鋼錨梁、鋼牛腿以及索導管的結構形式，在工廠內將鋼錨梁作為一個制作單元，鋼牛腿與索導管作為一個制作單元。為了確保鋼錨梁和鋼牛腿的加工空間精度，鋼錨梁與鋼牛腿制造完成后，在廠內對所有的鋼錨梁、鋼牛腿進行單個鋼錨梁整體節段的平面試拼裝，并組焊鋼牛腿與索導管（圖2）。

圖2 鋼錨梁＋鋼牛腿結構

工廠內預拼驗收合格后，再散件陸運至現場，利用現場定制胎架將三者拼裝成整體，吊裝定位安裝。

結構陸運至現場后，于承臺頂面制作拼裝胎架，依次吊裝鋼牛腿＋索導管結構、鋼錨梁結構。鋼錨梁和鋼牛腿的連接采用高強螺栓，現場拼裝過程中，需采用定位銷將鋼錨梁和鋼牛腿臨時連接，待測量復核方位和角度準確后，依次將定位銷更換為高強螺栓。

鋼錨梁施工主要分為首節鋼錨梁安裝和其他節段鋼錨梁安裝，鋼錨梁安裝與節段混凝土施工異步進行，首節鋼錨梁支撐需在中塔柱和上塔柱橫隔板上布置臨時鋼管支撐，安裝勁性骨架，吊裝首節鋼錨梁。后續鋼錨梁為每一節段2套鋼錨梁，利用下部鋼牛腿側壁支撐，若需調整，可通過臨時型鋼框架支撐進行精調。鋼錨梁的測量定位主要通過鋼牛腿側壁、鋼錨梁中心點、索導管端頭的標高及平面位置來精確定位。

全塔施工完畢后，需解除鋼牛腿和鋼錨梁的連接螺栓，確保鋼錨梁處于自由滑移狀態[7-8]。

4.3 鋼筋及混凝土施工

鋼錨梁安裝完成后，進行鋼筋施工，上塔柱鋼筋施工過程中，豎向主筋需避開索導口位置，水平鋼筋需穿束于鋼牛腿剪力鋼板中。鋼筋安裝過程中避免造成鋼錨梁移位，并于鋼筋模板施工完畢后，再一次復核鋼錨梁高程及平面位置[9]。

中塔柱和上塔柱混凝土采用汽車固定泵進行泵送，于塔頂采用布料機進行混凝土澆筑。由于泵送高度較高且混凝土中含玄武巖纖維，施工時嚴格控制混凝土配比和坍落度，上塔柱混凝澆筑時，嚴格觀察內模板與鋼錨梁壁板連接處，防止混凝土外溢[10]。

5 結語

在溫州市七都大橋北汊橋工程主通航孔索塔施工中，勁性骨架安裝及鋼筋綁扎、鋼模板及爬模架設計、鋼錨梁定位、混凝土澆筑以及垂直設備的布置，都是關鍵的技術環節。通過對各類工序的優化及合理組織，主塔平均施工工期為7～8 d/節段。

同時，通過對鋼筋的制作及安裝，混凝土攪拌、運輸及澆筑，鋼錨梁的制作、預拼及安裝等各分部分項工程嚴格把關，確保主塔施工達到高質量標準，為后期主梁、斜拉索安裝打下了堅實的基礎。本文所總結的施工經驗可供類似工程參考。