貴港蘇灣大橋 H 形混凝土索塔施工方案研究

作者簡介：

劉海彬（1979—），碩士，高級工程師，副教授，主要從事路橋施工技術研究與教學工作。

摘要：文章以貴港市蘇灣大橋的H形索塔施工方案為例，分析索塔的液壓爬模法塔柱施工方法、落地式大鋼管貝雷梁支架下橫梁現澆施工方法、塔梁異步施工下高空索導管精準定位安裝方法和預拼裝式大跨度拱架上橫梁現澆施工方法，可為同類型斜拉橋索塔施工提供參考。

關鍵詞：斜拉橋；H形索塔；下橫梁；索導管；上橫梁

中圖分類號：U448.27文獻標識碼：A 38 128 4

0 引言

隨著我國橋梁事業的快速發展，越來越多的大跨橋梁選擇斜拉橋。斜拉橋是一種由塔、梁、索3種基本構件組成的組合橋梁結構體系［1］。其中，索塔是斜拉橋的主要受力構件，其施工質量將會直接影響橋梁的質量、工期進度等［2］。索塔不僅要承受由橋梁自重帶來的軸力，還要承擔拉索傳遞的復雜荷載，包括水平方向和豎直方向的各種力。這些荷載在索塔上進行巧妙的分配和傳遞，確保了斜拉橋的穩定與安全。斜拉橋的索塔結構形式多種多樣，常見的有H形、A形、倒Y形以及獨柱形等形式［3］。在實際工程中，索塔多采用鋼筋混凝土結構，既保證了結構的強度和穩定性，又充分利用了混凝土材料的特點。此外，部分斜拉橋采用了鋼結構索塔，這種結構形式在特定的工程環境和需求下展現了獨特的優勢。在組合梁斜拉橋中，H形鋼筋混凝土索塔的應用尤為廣泛。這種索塔結構形式在設計和施工中都有較高的技術要求，其施工質量直接關系到后續工序的順利進行以及整座大橋的整體質量。因此，對于H形索塔的施工方案進行深入研究和探索顯得尤為重要。

本文基于此種需求，依托貴港蘇灣大橋實際工程項目，對H形鋼筋混凝土索塔的施工方案進行了全面的分析和研究，以期為其他類似工程的施工提供有益的借鑒和參考，共同推動斜拉橋索塔施工技術的進步和發展。

1 工程概況

貴港蘇灣大橋主橋全長680 m，為雙塔雙索面斜拉橋，索塔高度為111 m，其跨徑組合為（42+131+334+131+42）m，主梁采用了半漂浮預應力混凝土體系、邊腹板鋼混疊合梁結構，主跨跨度為334 m。如圖1所示。

大橋索塔由兩H形塔柱、上、下橫梁及塔冠組成，采用C50混凝土，塔座頂面標高為+45.600 m，自塔座頂面以上塔高為111 m，橋面以上塔高為90.184 m。

大橋塔柱沿縱橋向寬度為7 m，下塔柱壁厚為1.5 m，上塔柱壁厚為1.4 m；沿橫橋向寬度為5～6 m，與上橫梁區域對應處塔柱壁厚為1.2 m。H形塔柱左、右單肢截面均為單箱單室構造，上橫梁以下區域塔柱壁厚為0.9 m，下塔柱壁厚為1.5 m。索塔尺寸隨塔高斜率變化，其中上塔柱塔頂橫向寬度為5 m、塔底橫向寬度為6 m，斷面處均設置倒角。上橫梁將兩塔柱連成整體，位于上塔柱頂端以下4 m處，屬于下底設為弧形的變高梁，采用單箱單室頂板帶挑壁斷面，上橫梁與塔柱交接處端部梁高為7 m，跨中梁高為5.5 m，其中頂板含挑壁寬為6.6 m，底板寬為5.8 m。頂板、底板、腹板厚均為0.6 m。下橫梁位于主梁0#塊底下，采用單箱單室斷面，梁高為5 m、寬為6.5 m，頂板、底板、腹板厚均為0.8 m，橫梁上方設置有支座墊石和阻尼器墊塊。塔冠高6 m，為外徑3.8 m的圓柱形空心結構，頂板及柱體壁厚均為0.5 m。斜拉索索錨區位于上塔柱，斜拉索索導管塔端索錨區均采用混凝土齒塊錨固。每個塔柱設置20對斜拉索，斜拉索塔端基準間距為2 m。

2 施工難點

（1）根據設計要求，大橋索塔塔柱的傾斜度誤差不能大于塔高的1/3 000，且塔柱軸線偏差≤30 mm［4］，對施工定位精度要求高。為避免塔梁交叉施工干擾，以提升索塔施工效率，大橋索塔采用異步施工技術，采用常規液壓爬模施工機具時則需研究解決索塔快速施工的工期需求。

（2）下橫梁采用塔梁同步施工，施工工藝相對較為成熟，但是蘇灣大橋下塔柱與下橫梁的長度相比，其高度較矮、剛度較大，因此需要解決下橫梁混凝土的收縮徐變導致下橫梁和塔柱產生的次內力影響。

（3）上橫梁位于塔柱頂端，為變高梁，其底板為29.2 m的大跨度拱形結構，混凝土方量達到223 m3，高空大跨度拱架施工風險控制難度大。

（4）大橋采用了塔梁異步施工，這種施工工藝在大型斜拉橋的建設中能夠顯著提高施工效率，縮短工期。但是，高空索導管精準定位安裝是塔端塔梁異步施工中的關鍵步驟，其精準度直接影響到整個橋梁的穩定性和安全性。

3 索塔施工

3.1 總體施工方案

貴港蘇灣大橋3#、4#主墩均采用塔梁異步施工方案。為保障工期節點目標和施工期間風險控制，在索塔兩側各安裝1臺附著式塔吊作為垂直吊運設備，以降低塔柱施工對塔吊吊裝的影響，提升施工效率。大橋索塔整體施工順序按下塔柱、下橫梁、上塔柱、上橫梁和塔冠依次進行。其中，塔柱起步兩個節段采用翻模法施工，其余節段采用液壓爬模法施工；下橫梁采用落地式鋼管支撐架法，塔梁分成兩次同步施工整體現澆方式完成；上橫梁采用預拼裝式高空大跨度拱架施工，塔梁則采取異步施工分別澆筑；塔端索錨區索導管與勁性骨架采取整體固定定位安裝施工，充分保障索導管的安裝精度；塔柱環向預應力在塔柱強度達到90%后張拉，混凝土采用輸送泵（地泵）運送澆筑，塔柱施工期間全程對橋塔的應力、線形進行監測，并進行相應調整，以保證塔柱的幾何形狀符合設計要求。

3.2 索塔液壓爬模施工

大橋索塔高111 m，其中塔柱為105 m、塔冠為6 m。塔柱爬模架體采用HCB-100型液壓爬模體系，塔柱內、外模均采用木工字梁體系，其中外模采用0.021 m厚的維薩板，內模采用國產竹膠板。為加快塔柱施工進度，提升節段配料效率，該項目突破液壓爬模常規高墩施工4.5 m為一個節段的限制，設定塔柱標準節段為6 m，共計14節，其他非標節段4節，有效縮短了施工節段，也縮短了工期。具體施工步驟如下：

（1）在大橋索塔上、下游側各布設2臺塔吊。如圖2所示，塔吊基礎設置在大橋主墩索塔的承臺兩側，在承臺施工后和支架基礎一同澆筑。塔吊設置在H形塔柱外側的承臺頂面，在大橋主梁0#塊支架基礎施工時采用預埋錨固螺栓，當主梁0#塊支架基礎施工完畢以后，立即將塔吊安裝至30 m的基本高度，以后隨著塔柱的升高，不斷自升接高，索塔施工的所有機具、材料等垂直或在塔周圍的運輸，都由塔吊來完成。

（2）大橋索塔底座首節底節勁性骨架采用在現場加工的方式焊接拼裝。為保證其足夠的剛度，其伸入塔座內深度設定為2.5 m，其余節段勁性骨架隨索塔劃分的節段長度確定其下料高度，采用預制超前拼裝方式加工，運輸到現場后利用塔吊吊運拼裝。勁性骨架相鄰上、下節段的節點板采用0.01 m厚的Q235鋼板，連接腳板采用∠75 mm×75 mm×7 mm角鋼，內、外側勁性骨架采用20 mm鋼筋定位連接。隨塔柱節段的升高，現場依次逐節整體接高勁性骨架。

（3）索塔下塔柱分兩次現澆施工，均利用塔吊翻轉爬模模板實施；下橫梁隨同塔柱混凝土分兩次現澆施工，并完成預應力張拉后開始上塔柱第一節段混凝土施工；上塔柱起步段第一節采用搭設腳手架，用塔吊配合安裝模板施工，第二節安裝液壓爬模，從第三節至塔頂采用HCB-100液壓爬模自升施工，標準塔柱一次循環澆筑混凝土高度為6 m。

（4）塔柱混凝土施工采用水平、垂直導管輸送，由HBT-60型高壓泵來完成。混凝土輸送泵管直徑為0.125 m，沿H形塔柱雙肢外側附著布設垂直輸送泵管，隨塔身節段的接長而接長，至橫梁頂面后，工作面上采用水平管或外接軟管。混凝土泵管采用Ω型卡固定在預埋架上，并用繩扣每隔一定距離將其吊掛于塔柱施工的上一節段模板的對拉螺桿上。

3.3 落地式大鋼管貝雷梁支架下橫梁現澆施工

貴港蘇灣大橋索塔塔柱下橫梁高5 m、寬6.5 m，混凝土方量達到253.8 m3，采用落地式大鋼管貝雷梁支架分兩次現澆施工（見圖2）。具體施工步驟如下：

（1）下橫梁支架系統支立在主墩H形索塔下方的2個承臺及2個大鋼管支架基礎上。如圖3所示，大鋼管支架基礎平面尺寸為2 m×10 m，厚度為2 m，下設0.530 m鋼管樁基礎；沿大橋縱向，支架體系由6列共計18根鋼管立柱組成，其中6根0.530 m鋼管、6根0.630 m鋼管共計4列分別支立在H形索塔下方的2個承臺上，其余6根0.630 m鋼管共計2列分別支立在2承臺間的2個大鋼管支架基礎上；鋼管立柱之間設置立柱間平聯及剪刀撐，以增強支架系統整體穩定性；分配梁采用2根Ⅰ56B工字鋼拼焊成一條分配梁，焊縫每0.1 m設置一道，焊接長度≥0.1 m，鋼管支墩處焊接位置焊接長度≥0.6 m，施工時通過銷釘和支撐架，將兩排貝雷片連接成貝雷桁架整體結構，然后整體吊裝在分配梁上面進行固定。落地式大鋼管貝雷梁支架隨下塔柱施工同步進行，以節省支架安裝時間。

（2）大鋼管貝雷梁支架系統完成預壓及模板標高調整后，開始下橫梁施工。

（3）下橫梁分兩次澆筑，第一次澆筑高度為2 m，包含底板及部分腹板；第二次澆筑高度為3 m，包含頂板和剩余腹板。索塔塔柱與下橫梁同步施工，主塔第3節段隨同下橫梁第1節段同步澆筑施工，主塔第4節段隨同下橫梁第2節段同步澆筑施工。下橫梁分兩次澆筑，且采取了相對下橫梁整體高度較小的2 m節段高度作為第一次澆筑高度，第二次澆筑節段的部分重量可以由第一次澆筑的節段承擔，有效降提升了支架的安全性。

3.4 塔梁異步施工下高空索導管精準定位安裝

大橋斜拉索索錨區位于上塔柱，單個塔柱共20對斜拉索，斜拉索塔端基準間距為2 m，均采用混凝土齒塊錨固。斜拉索索導管采用20#熱軋無縫鋼管，最長為5.386 m，最重為0.432 t（詳見圖4）。主塔與主梁采用異步施工，按圖紙要求其斜拉索預埋鋼管應精確定位，誤差在軸線任意處不得偏離理論軸線5 mm。

綜合考慮索導管塔端索錨區塔柱斷面較小、工程預埋件及臨時設施較多等情況，為有效減輕索導管索錨區主塔施工的吊裝和拼裝工作量，同時保證拼裝精度和工期進度，采用塔端索錨區索導管與勁性骨架固定整體定位安裝施工技術。具體施工步驟如下：

（1）因斜拉橋索導管的位置精度對于斜拉橋的整體結構和穩定性至關重要，故利用測量精度為1 mm+1 ppm、測角為0.5″的徠卡全站儀來建立三維坐標系（如圖5所示）。測定并標記加工臺座上的G點，在加工勁性骨架測定并標記T點、D點和Q點，實際錨固點M點利用后加工并焊接在索導管錨墊板上的定位鋼板中心點確定。

（2）采用吊車將索道管鋼導管精準吊裝至預定位置，測量人員隨后利用鋼卷尺與測距儀反復校準。在確保位置完全符合標記的設計要求后，便使用角鋼對導管進行牢固的固定處理，以確保其穩定可靠，完成地面索導管在勁性骨架上的初定位并形成整體吊裝構件。

（3）利用塔吊將索導管及勁性骨架進行整體吊裝初就位，先調整高程再調整平面坐標。在微調過程中，直接測量索導管鋼套管錨墊板中心M點和勁性骨架外側標記的Q點，利用手拉葫蘆和微調裝置進行定位調整。整個調整過程采用逐漸趨近的方法，經過多處反復移動、調整、量測，使頂口、底口中心的三維空間坐標同時位于三維坐標系的設計位置［5］。

通過索導管和勁性骨架整體吊裝以及高精度、高速度提供放樣點，大橋索導管的吊安既克服了施工干擾給測量帶來的困難，又高效率完成了高空高精度定位。

3.5 預拼裝式大跨度拱架上橫梁現澆施工

大橋H形索塔上橫梁高7 m，橫向跨度達到29.2 m，上橫梁采用預拼裝式大跨度拱架體系現澆施工。同時，為避免爬模在上橫梁位置拆除和二次安裝，索塔的上橫梁與該節段塔柱采用異步施工［6］。支架體系順橋向設置四排雙拼Ⅰ56工字鋼牛腿托架，上面布設貝雷片梁作為支架，再在上橫梁倒角位置設計一個小型鋼結構楔形鋼桁架，如圖6所示。具體施工步驟如下：

（1）液壓爬模施工上塔柱第11、12節段時，預埋上橫梁支架牛腿，施工上塔柱第13、14節段時，預埋上橫梁鋼筋。

（2）支架牛腿在加工廠完成制作并拼裝成整體后，利用塔吊分次吊裝與上塔柱第11節段預埋件連接，大大降低了現場拼裝時間，并保證了構件整體焊接質量。

（3）在支架牛腿安裝完成后，布設貝雷片梁支架，然后安裝29.2 m跨度弧形拱架，并完成預壓和模板高程調整。

（4）利用液壓爬模完成上橫梁位置處塔柱施工，上橫梁位置處塔柱預埋鋼筋與上橫梁鋼筋采用搭接焊接，垂直面采用人工鑿毛。

（5）液壓爬模繼續施工上塔柱，上橫梁進行鋼筋綁扎連接、模板安裝、混凝土澆筑、預應力張拉等流程。

3.6 方案實施效果

貴港蘇灣大橋3#和4#主墩索塔已經于2023年4月順利完成左、右幅塔冠封頂施工，索塔施工總工期得到有效縮短，索塔線形及外觀質量均達到設計要求。

4 結語

本文基于貴港蘇灣大橋項目，通過其索塔塔柱施工方案及實施效果比對，得出以下結論：

（1）采用以6 m為標準節段的液壓爬模法H形塔柱施工，雖然增加了單個節段高度和難度，但是從整體上看，塔柱的總節段數量大幅下降，總工期得到大幅度縮短。

（2）上、下橫梁均采用二次澆筑的方式，可以有效分攤現澆支架的承受能力，增大安全系數。

（3）在塔梁異步施工條件下，斜拉橋塔端索錨區索導管采用同勁性骨架整體吊裝定位，可以有效減少吊裝步驟并提升安裝精度。

參考文獻

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［5］張 敏.大橋主塔勁性骨架定位測量和索導管精密定位測量［J］.福建建材，2007（5）：25-27.

［6］張德致，張 敏，代 皓，等.黃岡公鐵兩用長江大橋橋塔上橫梁施工技術［J］.橋梁建設，2013，43（3）：5-10.