斜拉桥主塔施工节段选择
2018-04-23
1、引言
斜拉桥(cable stayed bridge)作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。索塔型式有A型、倒Y型、H型、钻石型等。其中钻石型、A型塔造型美观，越来越受到设计者的青睐。钻石型、A型塔斜拉桥，塔柱倾斜度大，因此合理的施工节段高度划分，将直接影响索塔施工的质量、安全和进度管控。斜拉桥主塔施工标准节段常见划分一般为4.5m和6m两种，针对以上两种不同的分节高度，现以椒江二桥主塔的施工情况为例，分别从主体施工进度、质量控制、设备影响、临时受力结构施工影响以及工人短期的施工功效等方面进行利弊分析。
椒江二桥主桥长900m，双塔双索面斜拉桥，索塔为钻石型结构。索塔从上至下分为塔头、上塔柱、下横梁、下塔柱、塔座五个部分，索塔总高152.76m，上塔柱斜度为1/6.474，索塔标准节段划分高度为6m（如图1所示）。
图1索塔分节图
2、索塔主体施工速度
以浇筑18m塔高为例：
索塔标准节段划分高度为6m时
单节混凝土浇筑完成后，安装劲性骨架用时1d（劲性骨架加工高度为6m），主筋绑扎用时1d（主筋下料长度为6m），箍筋绑扎及焊接用时2d，爬模用时0.5d，模板拼装用时2d，混凝土浇筑用时0.5d，即单节单肢塔柱钢筋绑扎须用时7d，18m塔高的钢筋绑扎须用时7×3=21d。
索塔标准节段划分高度为4.5m时
单节混凝土浇筑完成后，安装劲性骨架用时1d（劲性骨架加工高度为9m），主筋绑扎用时1d（主筋下料长度为9m），箍筋绑扎及焊接用时1.5d，爬模用时0.5d，模板拼装用时1.5d，混凝土浇筑用时0.5d，此节的劲性骨架和主筋可用于下一节的施工，即9m塔高的钢筋绑扎须用时2+（1.5+0.5+1.5+0.5）×2=10d，18m塔高的钢筋绑扎须用时10×2=20d。
综上所述，主塔分节高度为4.5m和6m的区别不大。
3、混凝土浇筑的质量保证
索塔分节高度为6m时，其混凝土浇筑的质量控制难度和风险比分节高度为4.5m时的大，主要体现在：
（1）由于塔柱斜度大，节段高度为6m时，振捣工人难以对节段底部2m高度范围内混凝土进行振捣，容易造成漏振，继而形成蜂窝、麻面、孔洞等混凝土质量通病；
（2）进入索塔牛腿区，节段高度为6m时，节段单侧牛腿为3个，由于牛腿钢筋密集，使混凝土下料和振捣更加困难，而且振捣棒无法通过顶层牛腿，进入底层牛腿区进行振捣，使得底层牛腿混凝土质量无法保证；
⑶混凝土浇筑高度过大，对模板结构的整体稳定性要求更高，产生胀模、爆模的风险越高。
4、设备的影响
椒江二桥索塔施工选用了两台液压自升式塔吊，其型号分别为QTZ315和QTZ125F，QTZ315塔吊高于QTZ125F塔吊（如图2所示）。
图2索塔塔吊布置图
在施工过程中分别遇到了以下问题：
（1）爬架与塔吊自由高度的影响
QTZ315为高塔吊，其自由高度小于QTZ125F，故在此把QTZ315塔吊作为主导因素分析。QTZ315安装附墙件后的自由高度为h1=32.5m，塔柱每节浇完安装下节劲性骨架及钢筋绑扎、模板加固的净空间h2=9m（已考虑与爬模矛盾），爬架高度h3=14.5 m，故h1-h2-h3 =9 m，从理论计算可知每节浇筑完成给下节6米段施工的有效空间仅为9米。这个空间进行劲性骨架的安装难度很大，耗时费力且吊装安全没有保障。
综合考虑附墙自由高度及爬模施工，每2个节段需安装一次QTZ 315塔吊的附墙件且附墙件的安装一般需2天时间。由于附墙件安装侧塔肢吊平台过长（6m分节施工，为满足混凝土表面修饰，卓良爬模设计吊平台高4.5m），将阻碍每两个节段的315塔吊附墙件安装。如果不拆除吊平台，附墙件的安装将占用主塔施工主线时间；若拆除吊平台，后续有索区部分环向预应力的张拉将无操作平台。
如果索塔分节高度改为4.5m，在同样型号的塔吊配置下，将不存在液压爬模以及下一节索塔劲性骨安装架与塔吊自由高度相冲突的矛盾，且塔吊附墙的安装也不占用索塔主线时间。
（2）高低塔吊的影响
QTZ125F塔吊顶部都采用倒三角斜拉，其斜拉系统的立柱高度为6.3m，高出塔吊臂杆h1=5.8m考虑塔吊之间安全高差为h2=1.2m，h1+h2=7m，即在两塔吊之间的臂杆高差为7m，故索塔左右幅施工的同步性相差1节，同时在QTZ 315塔吊的自由高度的综合影响下，这种不同步性对后期的主动横撑安装和合拢段的施工产生影响，即出现左幅（高塔肢）施工完成后，需等右幅（低塔肢）施工一个节段后，方可及时进行主动横撑或合拢段施工。
建议索塔施工过程中，如果分节高度为6m时，选择矮塔吊为平顶塔吊，给塔吊自身空间提高5.8m，这样既能避免塔吊附墙安装及顶升过程占用索塔施工的主线时间，也能提高索塔左右幅塔肢施工同步性。另外将爬模架体的吊平台设计成可上下伸缩的活动式平台。
5、斜拉桥索塔主、被动横撑施工的影响
根据斜塔结构受力计算分析，椒江二桥索塔的主、被动横撑的安装仅滞后1个完整节段（计算允许滞后高度为9m，即在主动横撑施工完成之前，索塔施工不允许超过一个节段），因此在椒江二桥主动横撑及合拢段施工中，出现了左塔等右塔情况，且大型横撑安装时间很长，每道横撑安装需延误主线3天以上时间。
如果索塔采用4.5m的分节高度，在主、被动横撑的安装标高不变的前提下，计算可允许的滞后高度完全满足2个完整节段的施工，此时的主、被动横撑的安装不占主线施工时间。
6 、 结语
大跨度桥梁选择斜拉桥形式的越来越多，作为斜拉桥施工主体的塔柱施工将直接影响到斜拉桥的施工质量和进度。而塔柱施工因为其结构形式不同选择不同的分段形式显得尤为重要，6.0m节段施工能有效的减少塔柱施工的总体节段。如要选择应综合考虑塔吊、爬模、附属设备及工人功效等各方面的事情。通过椒江二桥的主塔施工希望能给同类型桥梁主塔施工提供一些节段选择的思路和参考。以确保主塔施工的质量、安全和施工进度达到预控的目标。
参考文献:
[1]《斜拉桥建造技术》,陈明宪编著,人民交通出版社.
[2]《公路桥涵施工技术规范实施手册》,刘吉士等主编,人民交通出版社.
[3]《桥涵》(上册),交通部第一公路工程总公司主编,人民交通出版社.
