人字型混凝土桥塔施工技术

摘要：松原天河大桥位于第二松花江上，大桥为自锚式钢混组合梁悬索桥，桥塔为钢筋混凝土结构，人字曲线形，全高82m，两塔肢之间通过三道横梁连接。塔柱分段施工，采用液压爬模施工工艺，模板以直代曲。大桥施工工期紧，任务重，为加快施工进度，采取塔梁分离施工方法。塔柱向内倾斜角度较大，施工过程中通过设置预偏量和施加预顶力保证塔柱线形。横梁支架采用牛腿式支架，避免与钢梁架设发生冲突。

关键词：悬索桥；人字型；桥塔；塔梁分离；预偏；预顶力；牛腿支架

中图分类号：TU74文献标识码： A

1.工程简介

松原天河大桥为100+266+100m双塔空间索面自锚式悬索桥，主塔采用人字形结构形式，索塔身采用墩塔固结的钢筋混凝土和部分施加预应力的配筋结构，塔柱全高均为82m(自承台顶)。桥塔分为上塔柱、中塔柱、下塔柱及与之对应的上、中、下三道横梁。

桥塔横向内外轮廓采用二次抛物线，以桥梁中心线与塔座顶面交点为坐标原点，桥塔横向外轮廓线方程为y=0.0019x2-0.4125x+24.561m，内轮廓线方程为y=0.0019x2-0.3792x+19.016m。两塔柱横桥向外轮廓线间距由49.032m渐变至6.928m。塔柱截面纵向外轮廓中横梁以上为6.5m，自桥塔根部至中横梁上缘31.5m范围内由10.5m渐变至6.5m；横桥向自桥塔根部至上横梁交界处60m范围内由5.5m渐变至3.5m。塔柱采用空心箱形断面，纵桥向壁厚下塔柱范围内150cm，其余壁厚100cm；横桥向壁厚下塔柱范围内120cm，其余壁厚100cm。

图1 桥塔结构示意图

2.总体施工方案

桥塔分段施工，每节段高度为4.5m，模板以直代曲，采用液压爬模施工工艺。为加快施工进度，桥塔采用塔梁分离施工方法，即先施工塔柱至横梁以上2个节段高度后开始施工横梁。塔柱施工过程中采用劲性骨架加劲，为保证塔柱曲线线形精度，在测量放样时设置预偏量。待塔柱施工到一定高度后，对塔柱施加向外的水平预顶力平衡塔柱由于自重产生向内的水平分力，防止塔柱根部应力过大，造成开裂，并在一定程度上调节塔柱线形。下横梁、中横梁采用落地式钢管、贝雷梁支架体系，中横梁采用牛腿支架，避免与底部钢顶推滑移发生冲突。

3.关键施工技术

3.1劲性骨架施工

天河大桥由于塔柱倾斜角度较大,劲性骨架设计为内外双层结构,每节段骨架高4.5m，采用100*100*10mm角钢制作,各角钢杆件通过焊接连成整体。

图2劲性骨架示意图

劲性骨架安装一般有3种方法：①塔顶散件组装焊接；②地面整体制作，整体吊装；③地面分块制作，分块吊至塔顶安装。第①种方法适合于工期要求不紧，大风天气较少的工程，角钢在地面截断后吊至塔顶通过线锤校正进行单根安装，安装速度较慢，且大风天气时，骨架难以精确定位。第②、③方法适用于工期紧的工程施工，骨架在地面可以提前制作，节约时间。但是天河大桥塔柱向内倾斜角度达20°角度较大，施工精度要求高，且东北地区常年多风。若采用分块制作，分块吊装难以保证安装精度；若采用整体吊装，单节段骨架重约2t，一台塔吊难以满足两个塔肢的吊装要求。由于骨架定位主要以外层骨架作为基准，为此，天河大桥工程采用了外层骨架整体制作、整体吊装，内层骨架塔顶散件安装的方法。

选取一片平整场作为劲性骨架加工制作场地，场地需进行硬化，硬化时严格控制混凝土表面平整度。根据每节段劲性骨架的尺寸，设计一个专用胎架用来加工制作劲性骨架，胎架高度约5m。在地面及胎架上按照设计图纸要求通过测量放样定出外层劲性骨架竖向角钢位置，然后将竖向角钢进行固定并用平联、斜撑可靠连接。劲性骨架加工时要求严格控制骨架尺寸，精确度在±3mm内。

在塔座施工时根据设计图纸先将劲性骨架竖向角钢预埋在塔座混凝土中，骨架露出塔座混凝土顶面50cm。后续劲性骨架安装时将制作完成的外层骨架整体吊装至塔顶与上一节骨架进行焊接，内层骨架采用塔顶散件安装的方式安装。

3.2液压爬模施工技术

液压爬模系统主要由大面积模板体系、爬升主体及爬架平台组成。在1、2节塔柱施工时，提前预埋爬锥，待施工至第3节段时开始开始安装爬模体系。爬模系统设有6层平台，平台既可以作为施工人员的操作平台，又可以堆放部分小型材料机具。每节段塔柱钢筋施工完成后，通过后移装置将模板向前推移进行合模，待混凝土浇筑完成后再将模板向后拉开、拆模，一个节段塔柱施工完成后通过爬升系统，将整个爬模系统向上爬升一个节段的高度，采用同样方法进行下一节段塔柱施工。

图3爬模系统爬升一个流程示意图

3.3塔梁分离施工技术

塔柱施工至横梁位置，拆除靠横梁一侧的爬模系统，重新采用竹胶板拼装靠近横梁一侧的塔柱模板，在模板上钻孔预埋横梁钢筋，塔柱模板拆除后对靠横梁侧的塔柱混凝土进行凿毛。待塔柱施工至横梁顶面以上重新开始安装内侧爬模系统。在塔柱施工的同时，进行横梁支架施工，待塔柱施工至横梁以上两个节段后开始进行横梁施工。横梁施工的同时，塔柱继续向上施工，两者互不影响，加快施工进度。

3.4塔柱预偏放样

塔柱内倾角度较大，悬臂施工距离较长，为避免塔柱施工过程中向内发生位移，导致线形偏差，在塔柱测量放样时，对每节段塔柱进行一个向外1cm的预偏放样。每节段塔柱施工完成后再对塔柱轴线进行测量复核，确定预偏量是否合理。

3.5预顶力施工技术

塔柱施工过程中在自重作用下会产生向内的水平分力，导致塔柱根部应力过大，进而导致根部混凝土出现裂缝。施工过程中通过施加预顶力的方法抵消塔柱产生向内的水平分力，预顶力施加位置及大小由监控单位通过Midas建模计算得出。

预顶力以横梁支架为平台，通过2根钢管施加，使用穿心千斤顶，在钢管中部顶推，钢管梁段与塔柱预埋钢板焊接固定。沿着钢管轴线方向每隔3m设置一道限位装置，使得钢管只能沿着轴线方向移动。顶推过程中采用全站仪观测塔偏情况，顶推完成后在顶推位置焊接内撑装置，推出千斤顶，待上面一道横梁施工完成后，拆除预顶力装置。

图4预顶力施加示意图

3.6牛腿支架施工

大桥钢梁落在桥塔下横梁上面，为保证施工工期，下横梁施工完成后必须尽快开始钢梁架设，钢梁架设采用顶推滑移施工方案。中横梁支架若直接落在下横梁顶面将导致钢梁顶推滑移时无法过塔，为此中横梁施工采用牛腿支架。

图4牛腿直接结构图

1#牛腿采用预埋钢板的方式制作，钢板厚度为20m，在钢板上开孔，采用塞焊方式焊接锚固钢筋，预埋钢板安装时钢板表面略低于混凝土面。2#牛腿采用20mm厚钢板焊接而成，在塔柱施工时提前预留槽口和预应力筋孔道，槽口底部设置钢筋网，塔柱模板拆除完成，清理出槽口后安装2#牛腿，采用精轧螺纹钢将其锚固在塔柱上。两种牛腿安装完成后开始安装钢管支撑系统，各个钢构件之间焊接牢固可靠。

4.结语

松原市天河大桥桥塔为人字曲线形，与国内其他大型桥梁相比，桥塔线形较为特殊，施工难度大，施工过中通过液压爬模、预顶力施加、预偏放样等多项措施保证了桥塔施工线形。大桥工期紧、任务重主梁与桥塔同步施工，存在交叉作业，通过采用塔梁分离施工方法加快了施工进度，通过牛腿支架的设计与应用，成功解决了钢梁与塔柱同时施工的技术难题。