分析斜拉桥劲性骨架在索塔施工的研究

摘要：本文以某大桥主塔柱施工过程为案例，介绍劲性骨架在变截面塔柱施工中的设计及应用，对劲性骨架的施工工艺进行了研究，为劲性骨架的推广应用提供依据。

关键词：斜拉桥；劲性骨架；索塔；施工工艺

中图分类号： U215.14 文献标识码： A

一、工程案例

本工程为独塔双索面斜拉桥，拉索采用了同截面回转的受力体系。主跨为246m 的分离式钢箱梁，副跨为125m 的分离式混凝土箱梁，基础采用圆形承台18 根直径2.5m 的群桩基础。塔高151m。其中下塔柱高27.776m，中塔柱高59.224m，上塔柱高64m(含塔尖)。桥塔采用方尖碑式桥塔，塔尖为四棱锥形，索鞍区塔身为7.4m(顺桥向)*6.4m（横桥向）的八边形，渐变为7.8m*8m，空心断面。桥面以上塔高124m，斜拉索锚固区范围内空腔断面为直径2m 的圆孔，中塔柱壁厚为1.2m。下塔柱壁厚为1.5m。塔柱及横梁均采用50 号混凝土。由于塔柱体型特殊，质量要求高，施工操作面小，工程量大，又是高空作业，同时为确保大桥的最佳合拢期，整个塔柱必须在规定时段内完工，从而塔柱施工成为全塔按质按期完工的一个重要环节。由于索塔所处场地限制、塔柱倾斜等原因，塔柱施工采用了劲性骨架，在满足结构受力的前提下提供足够的施工面，确保施工顺利进行；采用劲性骨架施工，确保塔柱外形美观，质量优良。

二、劲性骨架设计

劲性骨架作为索塔施工导向、钢筋定位、模板固定之用，也是上塔柱斜拉索鞍定位安装必不可少的。考虑到塔柱施工采用爬模施工，每节模板高(4.5m)为一个施工段.故中下塔柱间劲性骨架标准节段高按4.5m/ 节分节设置，局部节段随塔柱单次浇注调整。标准节段施工中，劲性骨架加劲柱外露预留长度为20cm，骨架每次安装4.5m 与基础节塔身砼浇注后外露劲性骨架加劲柱预留长度搭接后，劲性骨架总高度为4.7m。该种劲性骨架安装方法的缺点是：骨架整体安装，由于自重较大，定位前不能放松吊点，占用吊点时间长，影响进度。并且整体调整位置困难，于是把骨架设计成骨架支撑、钢筋骨架两部分，分块吊装然后焊接成整体。相对以前方案是节约了时间，最后把每节骨架4.7m 高分块吊装定为设计方案。

该结构采用等边角钢及槽钢，设计钢材用量最后降低到15kg／m3 混凝土，通过优化设计方案，不但节约了钢材，还加快了工程进度。劲性骨架由100×100×10、75×75×8 两种角钢、[20 槽钢组成。整个骨架由加劲柱（[20 槽钢）和平联（角钢）组成。劲性骨架分为三十二节段，将整个劲性骨架作为一个空间桁架来计算，取结构受力状态最为不利的第一节最底层骨架截面计算。设计荷载主要考虑骨架、模板自重、混凝土重力，同时考虑了风力的影响。设加劲柱，平联都为梁单元。桁架计算时在节点处施加荷载，把每个面的力分解在各个节点加载，底部节点固定，加劲柱与平联固接。

本工程承台为三节圆锥形承台，每节高度依次为3m、2m、1m、在浇筑第一节承台（3m）时四方各对称预埋三根[20 槽钢作为劲性骨架的“基础”，第二节承台施工时，为了保证劲性主塔钢筋在承台中的预埋要求（要求主筋预埋长度为1.5m），应在第一节混凝土面上，预埋高度为1.5m，间距为2m 的[20 槽钢，上端由100×100×10 的角钢把槽钢焊接起来做为主塔预埋钢筋的底托劲性骨架，以保证主塔钢筋预埋钢筋的顺利绑扎及劲性骨架的整体稳定性。

图3 承台内预埋劲性骨架 图4 钢筋在预埋骨架托架上的安装定位

三、劲性骨架施工工艺

3.1劲性骨架安装

劲性骨架的安装用12T 塔吊吊装就位，首节劲性骨架与在承台中预埋槽钢连接，由于预埋槽钢是各阶段劲性骨架的基础，需要严格控制预埋槽钢的平面位置和标高。上、下劲性骨架之间先用螺丝连接，待测量精确定位后，再行焊接连接。劲性骨架安装时先安装下端骨架，最后连接骨架和刚筋顶托。劲性骨架安装即相当于钢筋、模板位置的确定，所以劲性骨架安装定位时测量组必须实时跟踪测量，以免造成耗工巨大的返工。首节劲性骨架定位时，先按设计位置放样出劲性骨架底部边线，同时测出四个角点的标高，接后按照设计高度安装第一节骨架，然后在第一节骨架上端4 个角点位置进行三维测量，并按测量结果进行调整，直到符合设计位置。如果实际安装劲性骨架时骨架上端角点的标高由于各种原因和设计有所偏离（最大出现过3cm），需要根据实测标高计算出相对应的平面位置坐标，按调整过的平面坐标对骨架进行实际控制。在第一节段混凝土浇注完毕后还要对第一节段劲性骨架进行复测，实际测量中骨架标高基本未发生变化（小于3mm），平面位置变化较小（小于10mm），且已经对骨架顶端平面设计坐标加设预偏值，确保塔柱外形的准确性。第二节劲性骨架在第一节骨架上直接安装，然后进行测量调整，直到符合设计位置，其余类推。劲性骨架安装完成后，就为塔柱的其他施工工作提供了坚实的支撑和工作平台。骨架结构为空间桁架，本身就是个简易的工作平台架构，其他各项后续施工工作都可以以骨架为依托顺利展开。由于骨架提供的工作面大，劲性骨架安装完成后可以同时安装斜拉索套筒和绑扎钢筋。绑扎钢筋时以劲性骨架为附着定位支架，钢筋接长后绑在劲性骨架上如果个别主筋与劲性骨架有冲突，可适当调整钢筋的位置。主筋绑扎完成后，进行箍筋的绑扎。

3.2 索鞍定位

斜拉索鞍安装工作也以骨架为依托，先在骨架横联位置初步放样出索鞍的位置，然后在横联中间焊接槽钢做成“马凳”，作为索鞍的底托。再按照设计坐标精确放样出索鞍底轴线上的两个点（平面位置、高程），然后用塔吊吊装已经画出上下轴线的索鞍，底部轴线固定在放样出的两个点上，上部用5 个手拉葫芦临时固定在劲性骨架的桁架柱和横联上，测量上轴线上两个点的空间坐标，对比设计坐标，利用5 个手拉葫芦进行位置调整，最后调整到偏差满足规范要求。进行初步焊接固定，索鞍用槽钢点焊在骨架结构上，再复测索鞍的位置，满足要求后进行索鞍的完全固定，焊接时候注意多点分布整体施焊，避免局部焊接温度过高引起钢结构的变形而引起索鞍的空间位置变化。钢筋、索鞍安装完成后，安装外模板。由于外模板控制着塔柱的外形线型，所以还要对外模板的空间位置进行测量控制。测量方法同劲性骨架测量类似，测量结果可以同骨架的测量数据进行对比，二次检验骨架空间位置的准确性。满足要求后浇注塔柱混凝土。完成一个节段的塔柱施工。

四、结论

由于塔柱高度高（151m），搭设支架支撑困难，且塔柱倾斜变面，在空中没有可以提供依托的受力点。所以倾斜、高大的斜拉桥主塔塔柱施工采用劲性骨架施工是必要的。同时，斜拉桥塔柱施工工艺复杂，需要控制测量、控制质量的地方较多，对塔柱的外形要求很高，具有足够刚度的劲性骨架作为塔柱施工的支撑体系，能很好的控制住塔柱的外形，提供坚实的基础，为其他工作能够高质量完成提供平台。五河定淮淮河特大桥采用劲性骨架进行塔柱的施工，从目前的施工情况来看，能够完成外型独特的方尖碑式桥塔型塔柱，塔柱外形美观、质量优良，满足业主要求。施工工作正在高标准、高质量的前提下顺利进行着，为同类工程施工提供了有益的经验。