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1、南京長江第二大橋南汊橋主塔中塔柱施工方案介紹宋達 盛紅專（湖南省公路橋梁建設總公司） 【摘要】本文介紹了南京長江第二大橋主塔中塔柱施工方案構思，較為具體地介紹了積極橫撐的設立。【關鍵詞】中塔柱施工 積極橫撐 積極支架 被動支架 積極力 懸臂裸塔爬模施工一、工程概況南京長江第二大橋南汊主橋為雙塔雙索面五跨連續鋼箱梁斜拉橋。其主塔采用倒Y形空間索塔（見圖1），塔高19555m，為鋼筋混凝土結構，由下、中、上塔柱和橫梁組成。其中中塔柱（從下橫梁頂面至中橫梁底面）高91.30m，斜率為1：58395，截面為非對稱六邊形空心薄壁結構（見圖2）。塔柱及橫梁均采用50號混凝土。在施工中規定塔柱的傾斜度不得大2、于H/3000（H為塔高），軸線偏位允許偏差10mm。由于塔柱體型特殊，質量規定高，施工操作面小，工程量大，又是高空作業，同時為保證大橋的最佳合龍期，整個塔柱必須在規定期段內竣工，從而中塔柱施工成為全塔按質按期竣工的一個重要環節。二、中塔拉施工方案構思中塔柱施工現在一般都采用懸臂裸塔法爬模法施工。該方法一可以有效解決高空模板安裝就位，提高高空作業的安全性；二摒棄了滿堂搭設腳手架管施工的繁瑣工藝，大大簡化了施工工序，從而可以極大加快施工進度；三可以運用手動葫蘆等小型機械設備作為爬架、模板提高的自身動力，大大緩解垂直運送的壓力。但這種方法一般都用在索塔高在150m以內、中塔柱斜率較小、施工懸臂不大3、的情況下。而南京二橋的中塔柱高為91.3m，斜率為1：5.8395，如此高又大斜率的中塔柱如仍然簡樸地套用通常的懸臂裸塔法爬模施工，則由于中塔柱的大斜率而在大懸臂狀態下由自重和施工荷載等產生的水平分力會在中塔柱根部形成較大的彎矩，使中塔柱根部外側混凝土出現較大的拉應力而引起開裂，且成橋后中塔柱根部內、外側壓應力嚴重不均而使成橋后中塔柱內側岸應力嚴重超過設計規定，從而影響索塔使用壽命。因而在施工過程中設立一定的支撐來減少水平分力的影響，使施工附加應力控制在設計允許范圍內是必不可少的。為了減少水平分力的影響設立支撐的方法通常有兩種。第一種為在中塔柱施工過程中搭設滿堂腳手架支撐。由于此方法工作量大，4、花費人力、物力多，工作效率不高，進度慢，影響工期；隨著塔柱高度的增長，腳手架管的搭設會更加麻煩，并且在風力的影響下，施工安全度也大大下降；施工中需設立水平穩定流架及塔吊、電梯附墻桁架，這將與滿堂架管發生沖突，使其操作產生困難；滿堂支架屬于被動支架，它自身存在很大的彈性、非彈性變形，無法克服中塔柱施工過程中自重和施工荷載引起的附加應力，將無法滿足施工的需要，顯然滿堂支架是不能采用的。第二種方法是采用橫向鋼管支撐：此方法也可用幾道直徑較大的橫向鋼管支撐作為臨時橫系梁在中塔柱施工過程中分隔一定高度，與塔柱臨時團結在一起形成框架，增強塔柱施工過程中的穩定性和安全性，且自身橫向有較好的剛度又能作為塔吊和5、電梯的附墻；由于施工難度和工作量相對少，效率高，對施工進度有利；最主線的一點為在安裝橫向的鋼管支撐時可運用它自身較大的剛度和強度用千斤頂對中塔往內壁施力變被動支撐為積極支撐，完畢克服中塔柱施工過程中因自重和施工荷載而引起的附加應力的積累，因而采用橫撐是較為簡潔而又行之有效的方案。中塔柱施工方案原則最終擬定為懸臂裸塔爬模法施工加積極橫撐的方法。即運用懸臂裸塔爬模施工澆筑至一定高度加設一道模撐積極施力，克服懸臂狀態下的附加應力，再繼續懸臂澆筑一定高度加第二道橫撐，如此類推完畢中塔柱施工。成塔后拆除所有橫撐。三、積極橫撐的設計布置積極模撐的設計布置涉及橫撐支撐位置、積極力和橫撐結構的選定。1橫撐支撐6、位置擬定的原則與方法由于中塔柱根部混凝土截面應力控制是整個中塔柱施工方案設計中的控制關鍵。擬定橫撐支撐位置是根據中塔柱根部在懸臂澆筑過程中自重及施工荷載作用下不產生裂縫（應留有安全儲備）的最大懸臂高度扣除一定高度（重要考慮爬模工作空間綜合塔吊和電梯附著位置）。其方法為：（1） 第一道橫撐=My/J-N/AR1Kh=H-式中-中塔柱根受拉邊沿混凝土的計算拉應力；M-第一道橫撐施加前中塔柱根部高度計算范圍內的索塔自重及施工荷載在根部產生的彎矩；J-中塔柱根部截面中的慣性矩；y中塔柱根部截面性軸到受拉邊沿的距離；N-第一道橫撐施加前中塔柱根部高度計算范圍內的索塔自重及施工荷載在根部產生的軸力；A-中7、塔柱根部截面中的面積；R1-中塔柱澆筑到H高度的中塔往根部混凝土預期標號的極限拉應力；K-安全系數；h-橫撐高度；-扣除高度值。（2）其他橫撐由于安裝好第一道橫撐后，其與懸臂狀態的中塔柱構成一個框架。第一道橫撐上部新澆筑塔柱的自重對第一道橫撐位置中塔柱混凝土截面的影響明顯。而對中塔柱根部截面應力影響就很小，因而擬定第二道橫撐位置的方法為對第一道橫撐位置中塔柱混凝土截面進行應力控制以擬定第二道橫撐的高度。依此類推，擬定其他橫撐的位置，直至中塔柱（含中橫梁）澆筑完畢。2積極力擬定的原則橫撐位置擬定后，積極施力的大小成為控制施工過程應力的關鍵。力小達不到預期效果，力大過猶不及，甚至會影響中塔柱整體線8、形。對此，我們對變形和內力進行雙控，在滿足中塔柱各截面內力的同時保證線形。我們以設計單位提供的抱負狀態下成塔（在施工過程中不產生任何施工附加應力）的內力為參照，保證塔柱完畢后中塔柱內力與其盡也許接近。計算各施工階段在各節點產生的水平位移，同時計算出在中塔柱施工完畢后撤除各橫撐后在中塔柱各節點產生的水平位移，將上述水平位移總和作為中塔柱各階段施工的水平位移調整值（預偏量）使中塔柱線形符合設計規定。3計算方法與程序（1）計算方法a按施工加載順序分階段計算直至成塔全過程；b根據計劃工期相應施工階段計算月氣溫差的影響；C相應加載階段計算橫撐加壓荷載，計算中先按施加單位力（1000kN）計算；d計算從上9、往下逐道撤除橫撐，先按施加單位力（1000kN）代替解除約束來計算；e根據（c）的計算結果，分別以不同的壓力試算，即在單位力影響矩陣上加載； f根據（e）的計算的結果與（a），（b）的計算結果疊加，由此得出成塔時橫撐端的軸力；g將（f）計算得到的橫撐軸力與（d）的計算結合，解出各橫撐在撤除過老中的梁端軸力，并由此算出撤除橫撐時中塔柱各節點的內力；h將（g）與（f）的計算結果疊加，即得最終成塔時的內力；i 所得最終結果再按施工加載順序復算一遍，并加上風載等臨時荷載進行復核。（2）計算模型計算模型按平面桿系結構解決，并根據施工順序建立不同狀態的模型（見圖3）a一方面建立懸臂狀態中塔柱模型，荷載重要10、考慮自重、施工荷載、風載等，按施工順序逐段增長，直至中塔柱根部外側拉應力達成或接近允許值（留有安全儲備）（圖3（a）；b在根據前述方法擬定第一道橫撐位置施加單位水平力（1000kN）（圖3（b）；c.安裝第一道橫撐后，其與懸臂中塔柱形成框架（此時需假設模撐剛度），在此基礎上繼續分節澆筑，此時以第一道橫撐位置截面為重要控制截面，同a理擬定此基礎上的懸臂值（圖3（c）；d反復環節b，C直至中橫梁澆筑完畢。（3）計算控制目的施工成塔的控制目的有兩個：一是施工過程中重要荷載組合工況下塔柱各截面拉應力不超過1MPa（設計方法提出的規定）；二是卸架成塔后，中塔柱彎矩分布與抱負狀態下成塔的彎矩大體吻合。（411、）計算成果通過反復計算比較，得到最終結果。共采用五道積極橫撐，其布置見圖4（a）。積極施力大小從下而上依次為 2023kN， 1500kN，1500kN，1500kN和800kN。按施工順序（含施加橫撐積極力）及撤除橫撐后索塔應力見表1。圖4（b）所示為抱負狀態成塔與五道積極橫撐施工成塔后的中塔柱彎矩圖，從圖中可看出，采用五道積極橫撐施工與抱負狀態下成塔效果大體吻合。4橫撐結構的擬定根據受力計算，每道橫撐由4根630mm（11）鋼管組成，順橋向兩兩并排對稱布置。并排鋼管之間用型鋼連接組成平面桁架，增長順橋向穩定，且保證塔吊及電梯附著強度和剛度。為減少橫撐自重撓度，增長豎向整體剛度，也為方便橫撐12、的架設和施力，在橫撐中部設立8根鋼管立柱。立柱上設有順橋向牛腿，用以支撐橫撐。立柱間也用型鋼連接，同橫撐橋架一起組成空間揭架，增長施工過程中的整體穩定。橫撐施力前從中部一分為二，兩端與塔柱預埋件焊接，中間部位擱置在立柱牛腿上，運用立柱作為工作平臺，在橫撐中部設立千斤頂施力系統。施力完畢后，將中部焊接聯成一體。四、中塔柱方案實行要點及工藝流程1 工藝流程（圖5）2實行要點（l）爬架立模嚴格按設計給定坐標（含預偏）定位；（2）橫撐在車間加工制作，保證加工制作精度，注意橫撐端頭局部加強解決，防止應力集中，保證焊接質量，通過驗收后方能使用；（3）在立柱牛腿上設立限位裝置，防止在千斤頂施力過程中橫撐移動13、，保證施力安全；（4）施力過程一般選擇在清晨進行，避免日照影響；（5）千斤頂分三級施力，并做好每級橫撐加力和位移記錄，頂推力到位后千斤頂持壓，同時焊接聯結鋼板，將橫撐聯為整體；（6）待焊接部件強度達成規定后撤出千斤頂；（7）對每一施工階段，重要是橫撐設立前后，做好中塔柱根部預埋鋼弦計記錄，隨時掌握中塔柱應力情況，如有必要及時調整。五、結束語南京二橋南汊橋南北索塔施工原計劃工期從1999年5月26日到1999年8月26日共93天，由于采用了懸臂裸塔法爬模施工結合積極橫撐的方法，實際工期從1999年5月25（26）日到 1999年 8月 26日分別在 70天和80天內就順利完畢，平均施工進度為 1.3m/d和125md。同時通過在中塔柱根部預埋的鋼弦計測得的數據表白，在整個索塔施工過程中中塔柱根部應力始終未超過設計允許應力值，成塔后中塔柱根部內力與計算值基本相符，線形也保持得很好。實測竣工資料表白，索塔軸線偏位小于7mm，傾斜度小于H/20230，索塔綜合評分為976分，工程質量優良。實踐證明在中塔柱施工中爬模法結合積極模撐對塔柱應力進行控制達成了預期的效果，在高質高速的前提下節省了人力物力，對于既高又斜的塔柱是一種可行的施工方法。