贵溪大桥主桥设计及施工(二).doc

贵溪大桥主桥设计和施工（二）
——索塔
吴小云1,徐志顺2,江 申3
（1、北京建达道桥咨询有限公司驻赣办，江西 南昌 330000）
（2、江西省贵溪市城乡规划设计研究所，江西 贵溪 335400）
（3、江西诚兴路桥工程技术有限公司，江西 南昌 330000）

摘 要：贵溪大桥为独塔无背索斜拉桥，基础是索塔受力的保证，采用前、后肢各一个嵌于岩
层内的圆形钢筋混凝土桩基础，塔身是主桥的主要承重结构，应周详地考虑各连接部位的受力
和细部构造。由于是斜塔，施工工艺的设计和安装是保证工程质量的关键。现就其设计和施工
作一介绍。
关键词：基础设计；塔身设计；桩基挖孔；有爬架爬模法施工；混凝土的浇注；

0 前 言
贵溪大桥索塔位于西岸红砂岩露头的岗埠上，根据地质资料，索塔处基础地质情况良好，无覆盖层，岩石表面亦无强风化层，地面以下即为弱风化和微风化细砂岩。
1 索塔设计
1.1 基础设计
从利用良好的地质条件减少基础工程量、节省投资出发，索塔基础采用索塔前、后肢各一个直径9.5m，深18m嵌于岩层内的圆形钢筋混凝土挖孔桩基础，基底进入微风化岩层。两基础中心距22.7m（图1）。在地面处塔宽范围内两基础以2.0m厚钢筋混凝土系梁相连。
前、后肢双桩基础在顺桥向，共同抵抗巨大的塔根弯矩，横桥向也共同抵抗索塔横向的倾覆力矩。

图1索塔基础构造（单位：m）

由于紧连索塔的A段主梁混凝土标号为C55,与基桩混凝土标号C30差距较大，为避免在存在较大剪力的桩、梁衔接处形成施工缝，由施工单位建议，业主、设计、监理方同意，把不同标号混凝土的接缝下移至桩顶以下2m处的桩身截面上，并将施工缝以上2m段C30混凝土桩身改为C55，以使桩、梁衔接段混凝土一次浇筑，不留桩顶施工缝。
1.2塔身设计
索塔是主桥的主要承重结构，主梁恒载、活载的绝大部分均通过拉索传递到索塔，再传至基础。斜向索塔设置在大桥中心线上，至基础顶面垂直高度111.89m，横桥向均5m等宽，塔身轴线水平倾角640，采用钢筋混凝土结构，混凝土标号为C50。为克服后肢在少数状态下出现的拉应力，塔后肢设有预应力。

图2 索塔的划分(单位：m)

索塔结构尺寸如图2：下部前肢截面高7m，其前缘与上部塔身的前缘重合为一直线，故其水平倾角亦640，与地面垂直后肢截面高8m，两肢在距桥面约20m高度处通过中部变截面塔身的过渡合而为一，形成上部截面高度9m的等截面塔身，直至塔冠。两塔肢之间净距13.9m，中、上部塔身与两肢均为空心截面，截面的前、后壁厚均2m，侧壁厚1.4m。顶部16m长的塔冠段壁厚减为0.8m。斜拉索锚块设置在塔身及前肢的前壁上。
索塔根部的“分肢”是全桥的一个技术亮点，此种设计有效地解决了索塔根部应力过大，并使“裸塔”施工的安全高度明显提高，同时也给人一种心理上的稳定、安全感。
斜拉索在塔上的锚固采用了较常规的设楔形块的锚固方式，同时也在锚固块的下方设计了工作平台（图3），不仅为施工张拉和日后检修提供了方便，也为与之固接的两侧壁和前壁起到了“隔板”的作用。在进行塔身局部应力分析时发现，工作平台对锚下楔形块的应力分布有相当的不利影响，锚块易出现应力集中现象，为此，在工作台和楔形块交接处设置了断缝，这也是设计在构造处理上的优化。

图3索塔锚固端构造

2 索塔施工
2.1 桩基挖孔
考虑到基桩截面大，桩四周岩性不尽一致，因此基坑开挖过程中，要求每隔3m-4m高度必需从岩壁上取出相对较软弱的岩石样品进行抗压强度试验，施工发现，随深度的增加，普遍抗压强度均在20MPa-30MPa之间，局部强度可以达到40MPa以上，因此，开挖时不但无须进行基坑支护，且使施工进度难以提高。施工人员考察了当地红石料厂，借鉴了当地采集石料做房屋围墙的工艺，决定采用切割机切缝，配合人工和机器破碎，效果良好，其流程如下：
首先将开挖范围内的岩面整平后，精确定位出基础中点，用割石机以中点为圆心，径向和环向切出30cm-40cm见方，20cm左右深度的不规则割缝（图4），再使用人工和挖掘机将已经切割开的岩体破碎、清运；在距侧壁边线5cm左右,再用人工剔凿修理侧壁，确保侧壁平整及形状精确。由于施工期处于雨季，故施工中还需进行基坑降水，在坑底设置集浆坑，基坑上搭设防雨蓬，基坑周围挖设防水沟、设置防水梗等。

图4定位切割

图5人工和挖掘机破碎清理

2.3 基础混凝土浇注
由于基础体积大，施工时必须采用分层浇注，但每层体积还是较大，特别是塔、梁和基础固结处，一次浇注方量约700m3。由于混凝土体积大，水化热产生的混凝土温度高且不易失散，现场测量混凝土内部温度局部最高可达80℃以上，而结构表面由于散热条件相对较好，其温度相对要低，故使混凝土内外温差达到40℃以上，如果不采取相应措施，势必会引起大量的温度裂缝。
为避免大体积混凝土内部及表面产生裂缝，施工时从以下几个方面采取了措施：
(1）布设冷却水管。为了降低混凝土内部温度，减小内外温差，在基础中布置了不少直径25mm的冷却水管，水管的水平和垂直间距均1.0m；
(2）选用优质的粗、细骨料，增大骨料粒径以减少水泥用量，随之减少了混凝土的收缩和泌水；
(3）混凝土中加入WT-1型高效减水剂，以降低混凝土的温度高峰值和延缓峰值出现的时间；
(4）混凝土中掺入部分粉煤灰代替部分水泥，以改善混凝土的可泵性，降低混凝土中的水化热量，使混凝土温升峰值得到控制；
(5）混凝土抹压后随即用麻袋片覆盖压实，不使其透风漏气、水份蒸发、散失并带走热量，以此来保持混凝土表面的温度，确保混凝土内外温差控制在25℃以内。
由于浇注此处混凝土时正值当地气温炎热的8、9月份，除了按常规的大体积混凝土施工处理措施外，还对外部条件进行了改善，如搭设遮阳棚降低整体的温度，利用冰块冷却水拌合骨料降低混凝土的入模温度等。
2.3 劲性骨架
索塔采用劲性骨架施工，由于是斜塔，骨架需要有足够的刚度方可确保索塔空间的正确位置，因此，劲性骨架的数量远大于一般竖直的索塔。
劲性骨架的制作采用地面加工焊接、吊车吊装就位焊接的方式进行。先加工成一定长度的骨架节段，再根据需要组合成单侧骨架片，最后将四面单侧骨架片拼成整体。劲性骨架安装在索塔内，还起固定模板、钢筋定位的作用。
2.4 塔肢施工
索塔前、后肢均采用满堂支架。为了保证爬架有足够的附着面，除下部前后肢外，中部变截面塔身仍有十多米高也采用支架现浇施工。索塔后肢预应力波纹管用钢筋支架固定在劲性骨架上，高空穿束时，采用自制的托架吊运就位，卷扬机牵引穿束。
2.5 爬模施工
塔肢以上的塔身部分采用有爬架爬模法施工，爬架依附在已浇混凝土塔身上，利用提升设备，通过导轨分块提升模板，安装就位，爬模的外模板采用大型钢模板，内模板为定型钢模板。
爬架委托专业厂家加工制造，架体在工厂加工成片状，运至现场，焊接拼装成空间构架，在功能上考虑集脚手、操作平台于一体。分别为P1、P2、P2a三种类型（图6），由附墙框、工作架段、导向机构等几部分组成。特别要注意：P2架仰架由于受力较大，附墙框长度跨二个塔柱施工段，故一定要仔细校核保证预埋置爬架螺孔位置的正确。爬架的固定采用H型螺母系列的螺栓，其固定的位置与模板的固定相对应。
由于本塔斜率较大，所以必须严格按下述顺序进行爬升。首先爬升P2架（最长的仰架），在爬升人员充足的情况下也可以同步爬升P2a架。当P2、P2a架爬升完毕，并确定安装固定无误后，方可进行P1架的爬升。
爬架的爬升动力采用5t拉葫芦，可周转应用。P2、P2a架配置4只，P1架配置7只（其中一只作为斜向拉升用）。

图6爬架工艺示意图（单位：m）

变截面塔身采用三面爬架（图7），此时爬架处于开口爬升阶段，P1架在开口端通过可靠的临时拉杆保证其稳定性。在塔柱截面变化处，每次翻模均须对模板进行改造。在模板倒模到上一应用段时，利用气焊将多余的条模切除后将连接边重新加工处理，以保证模板的连接。当爬架上升至一定标高以上，即等截面塔身和塔冠段，由三侧爬架爬升改为四面封闭爬升状态（图8）。

图7三面爬架

图8 四面爬架

2.6 塔身混凝土浇注
索塔使用C50混凝土浇注。采用混凝土输送车进行运输，用混凝土地泵进行高空输送混凝土。在浇注工程中挂设串筒，使混凝土减速入模。索塔混
凝土震捣采用插入式高频震捣棒，按30cm一层震捣
密实。由于钢筋较密，混凝土的下料及振捣都存在一定的难度。每次混凝土浇注完毕，强度达到2.5Mpa后施工缝表面进行凿毛并清理，采用塑料及土工布外包进行养生。
2.7 拉索导管安装
斜拉索导管塔上安装是斜拉桥施工中的一项关建技术，三维空间定位及高空操作是索道管安装施工的难点。该桥采用地面安装与高空安装相结合的工艺，先将导管安装在地面平台上的骨架（或支架）上，然后将索骨架（或支架）及导管整体吊起进行高空安装。在地面安装中，根据导管与安装骨架的相对几何关系及进行精密定位，在高空安装时，再精确确定定位骨架（或支架）位置，从而保证索导管的空间位置。定位以索导管上下口的空间中心点作为控制点，利用三维测量技术确保安装精度。
3 结 语
索塔是主桥的主要承重结构，即要承担巨大大轴力，又要承受很大的弯矩。在构造布置上，索塔上部和斜拉索连接，塔底部、梁和基础连接，因此索塔设计的重点除了满足结构强度、刚度稳定性要求外，还应周详地考虑各连接部位的受力和细部构造。
贵溪大桥倾斜索塔不同于一般斜拉桥的竖直索塔，设计上需要更大的截面，以提供足够的塔重来平衡主梁荷载，而塔身重量的增加，又增加了截面内力和钢筋数量，也增加了保证结构整体性的难度，因此该桥的主塔设计是创新性的。由于是倾斜索塔，除基础工程外，其劲性骨架、爬模、混凝土浇筑和钢筋定位等均受塔身倾斜的影响，不仅需要加大一定的投入，也需要施工中不断克服困难，特别是劲性骨架和爬模的设计和安装，是保证工程质量的关键，施工队伍也作出了创造性的贡献。

参考文献
[1]邵旭东.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2004.
[2]刘士林.王似舜.斜拉拉桥设计[M].北京：人民交通出版
社，2005.
[3]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京：人民交通出版社、2003.