某公路大橋項目主塔施工關鍵技術分析

吳文濤

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

H形雙塔構造的主塔橋梁項目，因施工環境復雜，施工難度大，質量要求高，施工環節需要重點考慮到安全要求，從施工準備、工藝過程多方面詳細地做好控制，才能提升橋梁建造技術水平，達到橋梁設計標準要求[1]。

1 工程概況

某大橋全長1 849 m，跨徑為“4×40 m預制T梁+1 080 m單跨鋼桁梁懸索橋+8×40 m鋼混組合梁+3×40 m預應力混凝土現澆箱梁”的雙塔雙索面懸索橋。其主塔的塔柱為H型，塔高172.1 m，塔體由塔座、下塔柱、下部橫梁、中柱、上部柱以及橫梁等組成。該橋梁施工過程中，因主塔修建難度高，施工時主要選用液壓爬模工藝。

2 施工環境及地質條件

2.1 橋位環境

主橋工程范圍內，以河流及兩岸河堤路為主線展開施工，由于橋墩、輔助墩、過渡墩均設在半山上，施工作業面狹窄，且周邊有多處居民住所和農作物，施工條件復雜，加大了施工難度[2]。

2.2 地質條件

通過主墩樁基礎的鉆孔勘探資料，橋址區覆蓋層由第四系殘坡積（Qel+dl）含礫粉質黏土、碎石土組成；下伏基巖為二疊系梁山組（P1l）泥巖、粉砂巖等碎屑巖和石炭系馬平群（C3mp）灰巖、白云質灰巖。

3 主要施工方案的確定

3.1 方案比選思路

不同的工程建設方案會對工程質量產生不同影響，具體選擇參考工程項目的技術指標和經濟效益，其中技術指標包括方案的可靠性、安全性和地質條件等，其主要取決于建筑物的構造特點和施工條件[3]。

3.2 施工技術方案比選

從以往的施工實踐分析，目前塔柱可采取的施工方式為液壓爬模施工、后移式懸臂模板施工。下部橫梁施工中，施工方案以鋼管組合支架施工和盤扣式滿堂支架施工為主。現根據現有施工環境，最終制定了以下建設方案：

（1）塔柱施工方案：液壓爬模技術。采用液壓驅動方式，通過氣缸提模、提桿雙動作，使得架體和導軌之間能夠相互攀爬，不需其他吊裝工具。該施工方法整體性強，風險系數小，能有效提高綜合效益。

（2）上、下橫梁施工方案：鋼管貝雷片組合支架。通過增大基礎面積和施打管樁，利用大直徑鋼管的接長，并利用橫向連接剪刀撐，提高抗壓能力，同時還布置了主梁、分配梁和貝雷片等結構，構成了支撐系統。該施工方案具有整體穩定性好、吊裝作業少、施工周期短等優點，但其主要缺陷是焊接質量要求高、工序復雜、受力計算精確度要求高等，可用于上、下橫梁的構造施工[4]。

4 施工技術要點

4.1 塔柱施工

4.1.1 方案確定

由于主塔高172.1 m，在高空作業中存在較大的安全隱患，因此按技術需要，選用了更加高級的液壓爬模和卓良模板工藝，既降低了施工風險，又保證了塔身的外形品質，節省了大量吊裝機械的租用成本。

4.1.2 塔柱施工方法

液壓爬模爬升施工流程如圖1。

圖1 液壓爬模爬升施工流程

預埋件安裝：用安裝螺栓將爬錐與模板連接，在爬錐孔涂上黃油后，旋緊高強度螺桿，確保混凝土不會流入爬錐螺紋，埋件板與高強度螺栓的另一端旋緊。錐面朝向模板，與爬錐方向相反。

導軌提升：將上下兩個換向箱的換向設備同步調節，使換向器的上端抵靠導軌，使導軌上升，導軌到位后再進行緊固。

架體爬升：升降式液壓控制臺由專門人員進行，每個榀架都應有安裝人員負責監控，如有異動，可通過液壓閥調節。

在導軌上升后，應拆掉下部的附墻設備，以便于周轉利用。

4.2 下橫梁施工

4.2.1 方案確定

下橫梁支架選擇為貝雷梁－型鋼－托架－鋼管柱組合，下部主要承重構件為鋼管柱及托架結構，上部承重橫梁采用雙拼I56工字鋼組合，縱梁采用上下加強貝雷梁，分配梁采用I20工字鋼，分配梁上鋪20 cm×5 cm方木。

該貝雷片復合支架能夠充分利用現有施工條件，確保實用性、安全性和經濟性，可有效提升主墩承重的可靠性，滿足工程需要。

4.2.2 支架構造設計

下橫梁支架頂部設I20a工鋼分配梁按50 cm間距布置，以支撐橫梁底模；分配梁下設貝雷梁，順橋向共設16片，間距為（3×45+92.5+3×45+90+3×45+92.5+3×45）cm，橫橋向共設10片，支點最大間距1 041 cm。貝雷片采用上下加強，并在腹板下方各支點處采用2[10槽鋼加強；貝雷片下設雙拼I56a工鋼承重橫梁將荷載分配給托架與鋼管柱，托架采用雙拼I40a槽鋼制作，橫梁單端設3支托架，布置間距為2×340 cm；立柱順橋向設3排，間距2×340 cm，橫橋向設兩列，間距1 041 cm；立柱共 6 根，采用Φ1 000 mm×12 mm鋼管制作，底部采用栓接+焊接方式與預埋件連接。鋼管立柱橫向以φ325 mm×8 mm鋼管作為橫聯、縱向以I20a型鋼作為橫聯增強整體穩定性。使用300 t砂桶作為下橫梁支架的卸架裝置，砂桶布置在托架及鋼管柱頂部。

立撐鋼管柱既要承擔荷載和彎矩作用，又要考慮其穩定度，所以必須按彎壓構件的穩定度來加以計算（計算如果如表1）。

表1 計算結果

鋼管立柱整體穩定性驗算：

下橫梁支架鋼管立柱外徑1 000 mm，內徑976 mm，壁厚12 mm，材質為Q235鋼，外徑與壁厚之比：

D/t=1 000/12=83.3＜902kε=90×(235/fy)2=90

鋼管柱板件寬厚比滿足S3級要求：

鋼管立柱橫向每12 m設置一道橫聯，計算長度lx=12 m；縱向每6 m設置一道橫聯，計算長度ly=6 m；立柱視為一端鉸接，一端固接，故計算長度系數取建議值μ=0.8。

鋼管立柱其余參數如下：

Φ1000鋼管（壁厚12 mm）截面面積：

Φ1000鋼管（壁厚12 mm）回轉半徑為：

根據《鋼結構設計規范》，截面為雙軸對稱的構件，其長細比按式下式計算：

則該設計鋼管立柱長細比為：

λx=μlx/ix=0.8×12 000/349.34=27.48

λy=μly/iy=0.8×6 000/349.34=13.74

因λx＞λy，且在鋼管柱X向存在偏心壓力荷載，鋼管柱沿繞Y軸失穩的可能性最大，故該計算選取鋼管柱繞Y軸的屈曲進行驗算，根據《鋼結構設計規范》（GB5007—2017），彎矩作用在主平面內的壓彎構件，其穩定性按下式進行計算；

式中，N'Ex=π2EA/(1.1λ2)；E=2.0×105MPa；f——鋼 材抗壓強度設計值，f=215 MPa；N——所計算范圍內軸心壓力設計值（N）；φ——彎矩作用平面內的軸心受壓構件穩定系數；M——計算構件范圍內的最大彎矩；W——構件的截面模量；β——等效彎矩系數，該計算取1.0；γ——截面塑性發展系數，該鋼管柱滿足S3級要求，取γ=1.15。

該鋼管柱為a類截面，對于X向，查得軸心受壓構架穩定性系數φ=0.967。

根據Midas Civil計算結果可知，標準組合狀態下，鋼管柱所受最大軸心壓力為：

該支架砂桶與鋼管柱中心間距為79.5 cm，則偏心壓力對鋼管柱所產生的最大彎矩為：

計算可得：

則有：

故鋼管柱穩定性滿足規范要求。

4.3 上橫梁施工

4.3.1 方案確定思路

上橫梁長22.724～22.104 m，寬7.3 m，高9～6.5 m，梁頂標高1 185.825。上橫梁頂板水平，底板設計為半徑22 m的圓弧結構，頂底板及腹板厚度均為100 cm。在上橫梁跨中位置設置一道橫隔板，板厚80 cm。因此選用“鋼架+貝雷梁+型鋼+托架”組合。

4.3.2 支架構造

由于上橫梁底板為半徑22 m的圓弧，為保證梁底線形順暢，使用L70×5等邊角鋼焊制定型鋼架作為上橫梁底膜支撐結構。鋼架頂部以1 m長度作為弦長，采用以直代曲方式實現橫梁底部線形調和，實際線形與理論線形最大弧高0.6 mm。支架主縱梁采用上下加強型貝雷梁，并在腹板下方各支點處設2[10槽鋼加強；貝雷梁順橋向設11片，間距（2×45+6×90+2×45）cm；橫橋向設7片，支點最大間距12 m。主橫梁為雙拼I56a型鋼。設托架于兩側塔柱上，每側設6榀托架，布置間距為（67.5+3×180+67.5）cm，托架主梁及托架斜撐均為2I40a工字鋼組合截面，每個托架設置兩根2[20a箱型加強腹桿，托架與托架間使用[10槽鋼作為橫聯。上橫梁托架預埋件與下橫梁托架預埋件一致。

5 組合支架關鍵施工技術

5.1 施工前準備

在預埋件安裝時，要先確定預埋件的安裝位置，再保證預埋件的垂直、橫向和標高達到設計的高度，保證上下軸一致。

5.2 搭設上下梯步

在垂直方向上焊上、下簡易爬梯，使用φ25鋼筋在對接口處進行焊接，并設置護欄防護網。

5.3 上橫梁斜撐下料

根據設計斜撐的長度和角度，在保持頂部主梁水平的前提下焊接橫向的腹桿和頂部對稱的鋼管，在斜撐兩端安裝支撐的補強筋板，提升應力集中抗壓水平。

5.4 吊裝立柱

采用分離吊裝方式，使一臺塔吊同時進行吊裝，將其固定在承臺的預埋件上，然后進行焊接。直立柱采用先下料，后單梁吊裝的方式進行施工[5]。

5.5 安裝雙拼I56a

在安裝之前，應先對立柱的頂部進行處理（焊接內十字形鋼板，在平整后再加蓋板）。將工字鋼置于蓋板上，其蓋板由2 cm厚的1 m×1 m鋼板與鋼管端部焊接，并在周圍加上4個1 cm厚的三角勁板，保持水平，以確保主梁橫向受力均衡。在工字鋼兩端和中部各增加1 cm的厚板，提高主梁的抗彎能力，再將其整體吊裝到鋼管端板的位置，用限位鋼板進行焊接。

5.6 吊裝貝雷架

貝雷架采用分節式整體吊裝，并與鄰近的貝雷片橫向花窗或[10槽鋼相連。

5.7 支架預壓

其下橫梁支架采取使用鋼絞線反拉加載的方式進行分級預壓。上橫梁支架采用堆載鋼筋原材或鋼絞線的加載方式進行預壓。下橫梁支架預壓在分配梁安裝完成后進行，上橫梁支架預壓在底模鋪裝完成后進行。經檢驗，其最大彈性變形值與無彈性變形值均滿足模板的計算結果和技術規范的要求。

6 結論

綜上所述，該橋梁項目主塔施工環節，針對現有施工環境條件的優缺點，對施工方案進行了優選，并突破傳統方案，創新了施工工藝，克服了懸索橋小斜度主塔施工外觀質量不容易控制、下橫梁施工中大凈間距分離支座施工支架搭設不易操作、深埋錨預應力施工難度大等施工技術難點，從而降低了施工費用，提升了綜合效益。