豐都長(zhǎng)江二橋橋塔拉桿及橫撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工

陳洪敏　張寧

【摘 要】豐都長(zhǎng)江二橋?yàn)橹骺?80m的雙塔雙索面半漂浮體系鋼箱梁斜拉橋，主塔高227.1m，采用鉆石型式結(jié)構(gòu)，下塔柱外傾，中塔柱內(nèi)傾，施工過(guò)程中為避免橋塔根部混凝土應(yīng)力過(guò)大出現(xiàn)裂縫，在中下塔柱設(shè)置主動(dòng)拉桿和主動(dòng)橫撐。本文主要闡述豐都長(zhǎng)江二橋橋塔塔柱拉桿和水平橫撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋；橋塔；拉桿；水平橫撐；施工設(shè)計(jì)

1 工程概況

豐都長(zhǎng)江二橋主塔為主跨680m的雙塔雙索面半漂浮體系混合梁斜拉橋，橋塔下部是整體箱形塔墩，上部為鉆石型塔架，包括上、中、下塔柱、下橫梁，采用C50混凝土，橋塔高227.1m，其中上塔柱高89.829m，中塔柱高73.471m，下塔柱高58.8m，高跨比為0.327，見圖1。中下塔柱采用對(duì)稱的單箱單室箱型空心柱。

2 中、下塔柱拉桿及水平橫撐設(shè)計(jì)

在橋塔施工過(guò)程中，塔肢自塔墩以上基本上處于傾斜懸臂狀態(tài)，隨著施工高度的增加，塔肢在自重、爬模及風(fēng)等荷載作用下逐漸變形，并在塔柱根部產(chǎn)生拉應(yīng)力，塔柱橫向變形明顯，影響施工安全；同時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力，使成橋狀態(tài)索塔內(nèi)力和線形產(chǎn)生偏差，對(duì)索塔不利，需采取相應(yīng)措施緩解或消除不利影響。

為保證塔柱在每一個(gè)施工階段截面應(yīng)力在規(guī)定的范圍內(nèi)，需要每隔一定的距離在下塔柱設(shè)置主動(dòng)拉桿，在中塔柱內(nèi)設(shè)置撐桿。此外，隨著橋塔施工高度的增加而升高的塔吊和電梯每隔一定高度需要設(shè)置附墻撐，因此，中塔柱橫撐需要滿足塔吊和電梯附著技術(shù)要求。而撐桿措施主要有兩種：一是被動(dòng)撐桿；二是主動(dòng)撐桿。被動(dòng)撐桿雖然能在一定程度上緩解塔柱的內(nèi)力狀況，但是效果不明顯，而且當(dāng)被動(dòng)桿件解除以后，塔柱傾斜段根部的殘余應(yīng)力仍然很大，對(duì)成橋后索塔受力不利；主動(dòng)撐桿效果明顯，并且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)主動(dòng)力的大小和方向，達(dá)到預(yù)期效果，值得推廣。

2.1 下塔柱拉桿設(shè)計(jì)和布置

下塔柱根部混凝土應(yīng)力是整個(gè)下塔柱施工方案設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵控制因素。確定拉桿位置的根據(jù)是下塔柱塔肢內(nèi)側(cè)根部在懸臂澆筑過(guò)程中，自重及施工荷載作用下不產(chǎn)生裂縫（留有安全儲(chǔ)備）的最大懸臂高度。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，下塔柱共設(shè)2層水平拉桿，每層由6根Φs15.24mm鋼絞線組合而成，拉桿布置見圖2。

2.2 中塔柱水平橫撐的設(shè)計(jì)和布置

2.2.1 橫撐支撐位置的確定

中塔柱根部混凝土截面應(yīng)力是整個(gè)塔柱施工方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制因素。確定橫撐位置的依據(jù)是中塔柱根部在懸臂澆筑過(guò)程中，自重及施工荷載作用下不產(chǎn)生裂縫（留有安全儲(chǔ)備）的最大懸臂高度。確定第1道橫撐位置的控制應(yīng)力為中塔柱根部混凝土截面的控制應(yīng)力。第1道橫撐安全完畢后，第2道橫撐的位置對(duì)第1道橫撐位置處中塔柱截面應(yīng)力的影響明顯，而對(duì)中塔柱根部截面應(yīng)力影響較小。因此，確定第2道橫撐位置的控制應(yīng)力為第1道橫撐位置處中塔柱混凝土截面的控制應(yīng)力，依此類推，確定其他橫撐的位置，直至中塔柱澆筑完畢。

2.2.2 主動(dòng)力的確定原則

橫撐位置確定后，施加主動(dòng)力的大小成為控制塔柱施工過(guò)程應(yīng)力的關(guān)鍵，力小達(dá)不到預(yù)期效果，力大甚至?xí)绊懰w線形。應(yīng)對(duì)變形和內(nèi)力進(jìn)行雙控，在滿足塔柱各截面內(nèi)力的同時(shí)確保線形。

2.2.3 水平橫撐設(shè)置

在考慮主動(dòng)橫撐結(jié)構(gòu)時(shí)主要依據(jù)以下2種因素：1）橫撐結(jié)構(gòu)自身的抗壓強(qiáng)度；2）橫撐結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性。綜合考慮施工因素、受力計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)材料，中塔柱共設(shè)3道水平橫撐，第1～2道水平撐桿采用2根1220mm×14mm鋼管，第3道水平撐桿采用2根820mm×12mm鋼管，鋼管間用小鋼管聯(lián)結(jié)組成平面桁架，增加順橋向的穩(wěn)定性。鋼管上設(shè)置人行走道，并設(shè)置欄桿，見圖3、圖4。

水平橫撐安裝后即施加主動(dòng)頂頂力。為便于施工時(shí)埋設(shè)預(yù)埋件，統(tǒng)一將橫撐設(shè)置在塔肢每個(gè)節(jié)段混凝土接縫以上3.6m處。水平橫撐安裝位置及頂頂力見表2。

考慮水平橫撐受力變形，以及拆除水平橫撐后將引起塔肢在自重作用下的變形，為保證成橋橋塔線形，中塔柱立模時(shí)需設(shè)置一定的預(yù)偏量。

3 水平橫撐施工

1）水平橫撐的安裝。橫撐的安裝步驟及方法為：安裝塔柱內(nèi)側(cè)預(yù)埋件及支撐架，在平臺(tái)上將橫撐鋼管接長(zhǎng)成整體，通過(guò)塔吊將橫撐吊裝至安裝位置，首先將橫撐一側(cè)固定端與塔柱預(yù)埋件焊接固定，將另外一側(cè)施力端的內(nèi)套鋼管抽出與另一側(cè)的塔柱預(yù)埋件焊接固定，連接平聯(lián)鋼管，在橫撐施力端設(shè)置千斤頂施力系統(tǒng)，施力完成后，將此端與塔柱預(yù)埋件焊接成整體，拆除千斤頂。

2）水平橫撐主動(dòng)頂推力的施加。根據(jù)分析計(jì)算，水平橫撐最大頂推力約為2500kN，每根鋼管頂推力為1250kN。采用4臺(tái)2000kN液壓千斤頂在水平橫撐鋼管一端同步施加頂推力，橫撐鋼管端部與內(nèi)套鋼管焊接加固。水平鋼管施加主動(dòng)力時(shí)，應(yīng)觀測(cè)水平橫撐的撓度和塔柱的變形情況，頂推力滿足要求后，停止施加力，將橫撐鋼管與內(nèi)套鋼管的縱、環(huán)縫焊接固定，然后千斤頂回油、卸落。

3）水平橫撐的拆卸方法。當(dāng)中塔柱全部施工完成，上塔柱施工至第32節(jié)后，即可拆卸水平橫撐，與安裝方法相反，先拆除平聯(lián)鋼管，后拆卸橫撐鋼管，水平橫撐主動(dòng)力卸載，必要時(shí)需采用千斤頂施加一定的預(yù)推力，割除塔柱兩端預(yù)埋件的橫撐鋼管焊縫，將橫撐鋼管卸落在支撐架上，完成卸落。

4 結(jié)語(yǔ)

豐都長(zhǎng)江二橋橋塔主動(dòng)拉桿和水平橫撐的合理設(shè)計(jì)，為后期橋塔施工中的應(yīng)力及線形控制做好了準(zhǔn)備工作。目前橋塔中、下塔柱已經(jīng)完成，檢測(cè)結(jié)果表明，通過(guò)下塔柱拉桿和中塔柱橫撐的設(shè)置，塔柱施工的線形及根部應(yīng)力得到有效的控制，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

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