福州市淮安大橋橋塔結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工控制要點

郭永建

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司 武漢 430050）

福州市淮安大橋是福州市三環(huán)線跨越閩江北港的越江工程。主橋橋型為雙塔雙索面鋼－混凝土混合梁斜拉橋，邊跨采用混凝土箱型加勁梁，中跨采用扁平鋼箱加勁梁，鋼混結(jié)合面位于中跨側(cè)距主塔中心線10 m處。橋梁孔跨布置為（35 m＋42 m＋35 m）＋416 m＋（35 m＋42 m＋35 m）＝640 m，邊跨設(shè)有兩個輔助墩。主橋立面布置見圖1。

圖1 淮安大橋主橋立面布置（單位：m）

1 主塔設(shè)計

1.1 主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計

主塔為A形塔，總塔高為115 m，塔頂高程為＋125.0 m，承臺頂高程置于現(xiàn)狀地面以下，高程為＋10.0 m。橋面以下塔柱高度為15.799 m，橋面以上塔高為99.201 m。

主塔輪廓順橋向為一豎直等寬矩形。主塔橫橋向外輪廓線形變化較多，在高程＋89.827 m以下為傾斜塔柱，高79.827 m，傾斜度為1∶5.51；往上至高程＋115.718 m位置，主塔塔柱線形位于R＝145 m的圓弧段；其余至高程＋125.0 m塔頂部分主塔為豎直線形。主塔自上而下分為上、中、下塔柱。塔柱外側(cè)邊線在承臺頂?shù)木嚯x為46.834 m。主塔混凝土采用C50。

上塔柱作為索錨區(qū)采用整體箱形截面，兩邊箱順橋向長度6.5 m，壁厚為130 cm，橫橋向?qū)挾?.6 m，壁厚分別為70，80 cm；中箱為塔柱橫向連接構(gòu)件，壁厚50 cm；斜拉索錨固點縱向間距分別為3.3，3.1，2.5 m，對稱于塔柱中心線設(shè)置，采用混凝土齒塊進行錨固；為了承受斜拉索巨大的張力，索錨區(qū)塔柱截面采用“井”字形預(yù)應(yīng)力，順橋向采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、夾片式錨具，鋼束規(guī)格分別采用9－φs15.2和7－φs15.2；橫橋向采用光面鋼絲、墩頭錨，鋼絲規(guī)格分別為48－φp7和36－φp7。

中塔柱橫向分離為2個獨立塔柱，塔柱縱橫向外形尺寸同上塔柱，順橋向長度6.5 m，壁厚為130 cm，橫橋向?qū)挾?.6 m，壁厚分別為70，80 cm 按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計

下塔柱為了適應(yīng)主梁支座的設(shè)置采用單箱雙室截面，外側(cè)邊室截面及壁厚均同中塔柱，橫向增加梯形截面箱室，高度11.189 m，內(nèi)側(cè)為豎直截面，斜邊側(cè)為1∶2.7的斜率延伸與主塔柱相交。此范圍的塔柱截面橫橋向?qū)挾扔?.386 m漸變至塔底9.417 m。按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計。主橋橋塔構(gòu)造見圖2。

圖2 淮安大橋橋塔構(gòu)造（單位：m）

主塔塔間設(shè)一道橫梁，橫梁頂高程為＋87.0 m，橫梁采用圓弧線形連接主塔塔柱，下圓弧邊線半徑R＝8.121 m，上圓弧邊線半徑R＝10.121 m。橫梁截面為5.3 m×2.0 m的矩形截面。按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計。

主塔基礎(chǔ)承臺采用分離式，單個承臺平面尺寸14.4 m×14.4 m，厚度5.5 m，臺下行列式布置9根直徑2.5 m鉆孔灌注樁，樁基根據(jù)地質(zhì)情況選用端承樁，樁基全截面進入微風化花崗巖不少于5.0 m。分離式承臺橫向凈距26 m，臺間設(shè)置橫向系梁連接成整體以抵抗分離式塔柱的橫向水平力。系梁寬度4 m，高度5.5 m。

1.2 主塔施工方法

主塔塔柱采用常規(guī)的爬模現(xiàn)澆法施工［2］，為確保施工定位準確，塔柱需設(shè)置勁性骨架。由于單個塔柱為傾斜塔柱，為確保施工過程塔柱的受力安全，塔柱懸臂澆注過程中需根據(jù)計算需要逐級施加水平頂力以確保主塔施工安全。

2 施工控制要點

2.1 橋塔監(jiān)控監(jiān)測的原則

基于斜拉橋橋塔的穩(wěn)定性分析和施工控制分析，確定其施工監(jiān)控監(jiān)測的原則如下：①監(jiān)測橋塔線形、傾斜度，以及受風荷載、溫度影響的變形曲線；②根據(jù)實測應(yīng)變值、彈性模量、實際澆注混凝土方量和普通鋼筋用料等，修正橋塔有限元模型，預(yù)測施工過程中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)［3］；③監(jiān)測塔柱位移及根部應(yīng)力，為合理成橋狀態(tài)提供依據(jù)；④根據(jù)實際施工過程，采用修正模型計算結(jié)果，提供中、下塔柱實際壓縮變形預(yù)抬量；施工過程中臨時橫撐的加載位置及水平荷載值等控制參數(shù)。

2.2 塔身外形控制

嚴格控制塔柱的傾斜度誤差不大于1／3 000，且塔柱軸線偏差不大于30 mm；塔柱斷面尺寸偏差不大于20 mm，塔頂高程偏差不大于10 mm，斜拉索錨固點高程偏差不大于10 mm，斜拉索錨具軸線偏差不大于5 mm，承臺處塔柱軸線偏差不大于10 mm。

塔柱施工時應(yīng)隨時觀測塔柱變形，并進行相應(yīng)調(diào)整，以保證塔柱幾何形狀符合設(shè)計要求；塔柱除起步段外均采用爬升模板法逐段連續(xù)施工，施工模板應(yīng)保證足夠的剛度，確保混凝土外觀質(zhì)量和耐久性；每段混凝土塔柱澆筑高度控制在4～6 m，接觸面應(yīng)認真鑿毛、清洗，以保證新老混凝土的接縫質(zhì)量。

2.3 塔柱預(yù)抬量計算

斜拉橋在成橋狀態(tài)下，橋塔和加勁主梁均承受巨大的軸向壓力，會產(chǎn)生一定的壓縮變形，該壓縮變形會對施工過程中斜拉索的安裝位置及結(jié)構(gòu)的合理成橋狀態(tài)產(chǎn)生影響。

對索塔壓縮變形進行分析計算時應(yīng)考慮混凝土的收縮、徐變和彈性壓縮對高程的影響，進行適當?shù)奶Ц撸Ц叩臄?shù)值根據(jù)中、下塔柱實際壓縮變形情況綜合考慮，本橋施工中斜塔柱預(yù)拋高按2 cm考慮。

2.4 塔柱預(yù)偏量計算

橋塔的平動位移中影響橋塔線形或垂直度的是順橋向位移DX和橫橋向位移DY。由于塔順橋向豎直，施工過程中沒有位移DX。隨著塔柱施工高度的增加，斜塔柱施工頂部處的橫橋向位移也越來越大。所以在斜塔柱施工前，為避免橋塔線形出現(xiàn)曲折，在橋塔線形控制過程中必須將橫橋向水平位移作為塔柱各施工階段的水平位移預(yù)偏量，使塔柱線形符合設(shè)計要求。斜塔柱橫橋向最大預(yù)偏量為8.4 cm，發(fā)生在塔柱與橫梁連接處節(jié)點。

2.5 塔柱施工過程中臨時支撐的設(shè)置

斜塔柱在大懸臂狀態(tài)下，自重和施工荷載等產(chǎn)生的水平分力在根部產(chǎn)生較大的彎矩，使根部外側(cè)混凝土出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力而引起開裂，且成橋后根部內(nèi)外側(cè)壓應(yīng)力嚴重不均勻，使內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力超出設(shè)計要求，從而影響整個塔柱壽命。因此斜塔柱施工時必須計算斜塔柱的懸臂自由高度和施工預(yù)偏量，在施工過程中設(shè)置臨時的水平橫撐來減小上述影響［4］。確定合理的臨時橫撐位置和頂力的原則是：①斜塔柱根部必須充分考慮每節(jié)新澆筑混凝土終凝前的水平分力，在懸臂澆筑過程中，在自重、施工荷載作用下，保證斜塔柱根部不產(chǎn)生拉應(yīng)力；②以第1道臨時橫撐處斜塔柱混凝土截面應(yīng)力控制來確定第2道臨時橫撐的高度，依次類推，確定后續(xù)臨時橫撐的位置；③橫撐頂力采用應(yīng)力和變形雙控。橫撐頂力小則達不到線形控制的預(yù)期效果，斜塔柱根部可能出現(xiàn)拉應(yīng)力；過大則會影響斜塔柱的整體線形、截面應(yīng)力和穩(wěn)定性。

本橋塔柱施工時設(shè)4道水平橫撐并對索塔施加水平外頂力。水平撐必須有足夠的強度和剛度，并與塔柱固結(jié)，待索塔施工完成后拆除。

3 結(jié)語

（1）在成橋恒荷載作用下，橋塔為豎向壓彎構(gòu)件，考慮混凝土的收縮徐變、彈性壓縮以及基礎(chǔ)的沉降等因素，施工時應(yīng)對橋塔橫梁、斜拉索錨固點位置設(shè)置相應(yīng)的預(yù)抬量，斜塔柱施工過程中要考慮相應(yīng)的橫向預(yù)偏量。

（2）該A形橋塔對全橋線形和結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響較為敏感，塔柱施工時設(shè)4道水平橫撐并對索塔施加水平外頂力，待索塔施工完成后拆除。

（3）從計算結(jié)果可知，塔柱的撓曲變形被橫向支撐所約束，橫向支撐所起作用明顯，施工中必須將斜塔柱的位移和應(yīng)力控制在一個合理的范圍內(nèi)。

［1］ JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTG TF50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］ 李建慧，李愛群，羅世東，等.自錨式懸索橋獨柱橋塔結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工控制分析［J］.橋梁建設(shè)，2009（3）：40－43.

［4］ 許佳平，楊 進.武漢市金橋大道快速通道斜拉橋主塔施工研究［J］.交通科技，2011（3）：10－13.