南京長(zhǎng)江第二大橋南汊橋主塔中塔柱施工方案介紹

1、（建筑工程管理）南京長(zhǎng)江第二大橋南漢橋主塔中塔柱施工方案介紹南京長(zhǎng)江第二大橋南漢橋主塔中塔柱施工方案介紹宋達(dá)盛紅專（湖南省公路橋梁建設(shè)總公司）【摘要】本文介紹了南京長(zhǎng)江第二大橋主塔中塔柱施工方案構(gòu)思，較為詳細(xì)地介紹了主動(dòng)橫撐的設(shè)置?！娟P(guān)鍵詞】中塔柱施工主動(dòng)橫撐主動(dòng)支架被動(dòng)支架主動(dòng)力懸臂裸塔爬模施工壹、工程簡(jiǎn)介南京長(zhǎng)江第二大橋南汊主橋?yàn)殡p塔雙索面五跨連續(xù)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(jié)構(gòu)，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(duì)稱六邊形空心薄壁結(jié)構(gòu)（見圖2）。塔柱及橫梁均采

2、用50號(hào)混凝土。于施工中要求塔柱的傾斜度不得大于H/3000（H為塔高），軸線偏位允許偏差±10mm。由于塔柱體型特殊，質(zhì)量要求高，施工操作面小，工程量大，又是高空作業(yè)，同時(shí)為確保大橋的最佳合龍期，整個(gè)塔柱必須于規(guī)定時(shí)段內(nèi)完工，從而中塔柱施工成為全塔按質(zhì)按期完工的壹個(gè)重要環(huán)節(jié)。二、中塔拉施工方案構(gòu)思中塔柱施工當(dāng)下壹般均采用懸臂裸塔法爬模法施工。該方法壹能夠有效解決高空模板安裝就位，提高高空作業(yè)的安全性；二摒棄了滿堂搭設(shè)腳手架管施工的繁瑣工藝，大大簡(jiǎn)化了施工工序，從而能夠極大加快施工進(jìn)度；三能夠利用手動(dòng)葫蘆等小型機(jī)械設(shè)備作為爬架、模板提升的自身動(dòng)力，大大緩解垂直運(yùn)輸?shù)膲毫?。但這種方法壹

3、般均用于索塔高于150m以內(nèi)、中塔柱斜率較小、施工懸臂不大的情況下。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(jiǎn)單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于大懸臂狀態(tài)下由自重和施工荷載等產(chǎn)生的水平分力會(huì)于中塔柱根部形成較大的彎矩，使中塔柱根部外側(cè)混凝土出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力而引起開裂，且成橋后中塔柱根部?jī)?nèi)、外側(cè)壓應(yīng)力嚴(yán)重不均而使成橋后中塔柱內(nèi)側(cè)岸應(yīng)力嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)要求，從而影響索塔使用壽命。因而于施工過程中設(shè)置壹定的支撐來減少水平分力的影響，使施工附加應(yīng)力控制于設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)是必不可少的。為了減少水平分力的影響設(shè)置支撐的方法通常有倆種。第壹種為

4、于中塔柱施工過程中搭設(shè)滿堂腳手架支撐。由于此方法工作量大，耗費(fèi)人力、物力多，工作效率不高，進(jìn)度慢，影響工期；隨著塔柱高度的增加，腳手架管的搭設(shè)會(huì)更加麻煩，而且于風(fēng)力的影響下，施工安全度也大大下降；施工中需設(shè)置水平穩(wěn)定流架及塔吊、電梯附墻桁架，這將和滿堂架管發(fā)生沖突，使其操作產(chǎn)生困難；滿堂支架屬于被動(dòng)支架，它本身存于很大的彈性、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(yīng)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(shí)橫系梁于中塔柱施工過程中分隔壹定高度，和塔柱臨時(shí)團(tuán)結(jié)于壹起形成框架，增強(qiáng)塔柱施工過

5、程中的穩(wěn)定性和安全性，且本身橫向有較好的剛度又能作為塔吊和電梯的附墻；由于施工難度和工作量相對(duì)少，效率高，對(duì)施工進(jìn)度有利；最根本的壹點(diǎn)為于安裝橫向的鋼管支撐時(shí)可利用它本身較大的剛度和強(qiáng)度用千斤頂對(duì)中塔往內(nèi)壁施力變被動(dòng)支撐為主動(dòng)支撐，完成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(yīng)力的積累，因而采用橫撐是較為簡(jiǎn)潔而又行之有效的方案。中塔柱施工方案原則最終確定為懸臂裸塔爬模法施工加主動(dòng)橫撐的方法。即利用懸臂裸塔爬模施工澆筑至壹定高度加設(shè)壹道模撐主動(dòng)施力，克服懸臂狀態(tài)下的附加應(yīng)力，再繼續(xù)懸臂澆筑壹定高度加第二道橫撐，如此類推完成中塔柱施工。成塔后拆除所有橫撐。三、主動(dòng)橫撐的設(shè)計(jì)布置主動(dòng)模撐的設(shè)

6、計(jì)布置包括橫撐支撐位置、主動(dòng)力和橫撐結(jié)構(gòu)的選定。1橫撐支撐位置確定的原則和方法由于中塔柱根部混凝土截面應(yīng)力控制是整個(gè)中塔柱施工方案設(shè)計(jì)中的控制關(guān)鍵。確定橫撐支撐位置是根據(jù)中塔柱根部于懸臂澆筑過程中自重及施工荷載作用下不產(chǎn)生裂縫（應(yīng)留有安全儲(chǔ)備）的最大懸臂高度扣除壹定高度（主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）第壹道橫撐法My/J-N/A<R1Kh=H-A式中§中塔柱根受拉邊緣混凝土的計(jì)算拉應(yīng)力；M-第壹道橫撐施加前中塔柱根部高度計(jì)算范圍內(nèi)的索塔自重及施工荷載于根部產(chǎn)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緣的距離;N-第壹道橫

7、撐施加前中塔柱根部高度計(jì)算范圍內(nèi)的索塔自重及施工荷載于根部產(chǎn)生的軸力；A-中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(yù)期標(biāo)號(hào)的極限拉應(yīng)力；K-安全系數(shù)；h-橫撐高度；&-扣除高度值。（2）其他橫撐由于安裝好第壹道橫撐后，其和懸臂狀態(tài)的中塔柱構(gòu)成壹個(gè)框架。第壹道橫撐上部新澆筑塔柱的自重對(duì)第壹道橫撐位置中塔柱混凝土截面的影響明顯。而對(duì)中塔柱根部截面應(yīng)力影響就很小，因而確定第二道橫撐位置的方法為對(duì)第壹道橫撐位置中塔柱混凝土截面進(jìn)行應(yīng)力控制以確定第二道橫撐的高度。依此類推，確定其他橫撐的位置，直至中塔柱（含中橫梁）澆筑完畢。2 主動(dòng)力確定的原則橫撐位置確定后，主動(dòng)施力的

8、大小成為控制施工過程應(yīng)力的關(guān)鍵。力小達(dá)不到預(yù)期效果，力大過猶不及，甚至?xí)绊懼兴w線形。對(duì)此，我們對(duì)變形和內(nèi)力進(jìn)行雙控，于滿足中塔柱各截面內(nèi)力的同時(shí)確保線形。我們以設(shè)計(jì)單位提供的理想狀態(tài)下成塔（于施工過程中不產(chǎn)生任何施工附加應(yīng)力）的內(nèi)力為參照，保證塔柱完成后中塔柱內(nèi)力和其盡可能接近。計(jì)算各施工階段于各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的水平位移，同時(shí)計(jì)算出于中塔柱施工完成后撤除各橫撐后于中塔柱各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)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(diào)整值（預(yù)偏量）使中塔柱線形符合設(shè)計(jì)要求。3 計(jì)算方法和程序（1）計(jì)算方法a按施工加載順序分階段計(jì)算直至成塔全過程；b根據(jù)計(jì)劃工期對(duì)應(yīng)施工階段計(jì)算月氣溫差的

9、影響；C對(duì)應(yīng)加載階段計(jì)算橫撐加壓荷載，計(jì)算中先按施加單位力（±1000kN）計(jì)算；d計(jì)算從上往下逐道撤除橫撐，先按施加單位力（±1000kN）代替解除約束來計(jì)算；e.根據(jù)（c）的計(jì)算結(jié)果，分別以不同的壓力試算，即于單位力影響矩陣上加載；f.根據(jù)（e）的計(jì)算的結(jié)果和（a）,（b）的計(jì)算結(jié)果疊加，由此得出成塔時(shí)橫撐端的軸力；g將（f）計(jì)算得到的橫撐軸力和（d）的計(jì)算結(jié)合，解出各橫撐于撤除過老中的梁端軸力，且由此算出撤除橫撐時(shí)中塔柱各節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力；h將（g）和（f）的計(jì)算結(jié)果疊加，即得最終成塔時(shí)的內(nèi)力；i所得最終結(jié)果再按施工加載順序復(fù)算壹遍，且加上風(fēng)載等臨時(shí)荷載進(jìn)行復(fù)核。（2）計(jì)算

10、模型計(jì)算模型按平面桿系結(jié)構(gòu)處理，且根據(jù)施工順序建立不同狀態(tài)的模型（見圖3）a首先建立懸臂狀態(tài)中塔柱模型，荷載主要考慮自重、施工荷載、風(fēng)載等，按施工順序逐段增加，直至中塔柱根部外側(cè)拉應(yīng)力達(dá)到或接近允許值（留有安全儲(chǔ)備）（圖3（a）；b于根據(jù)前述方法確定第壹道橫撐位置施加單位水平力（1000kN）（圖3（b）；c.安裝第壹道橫撐后，具和懸臂中塔柱形成框架（此時(shí)需假設(shè)模撐剛度），于此基礎(chǔ)上繼續(xù)分節(jié)澆筑，此時(shí)以第壹道橫撐位置截面為主要控制截面，同a理確定此基礎(chǔ)上的懸臂值（圖3（c）；d重復(fù)步驟b，C直至中橫梁澆筑完畢。3）計(jì)算控制目標(biāo)施工成塔的控制目標(biāo)有倆個(gè)：壹是施工過程中主要荷載組合工況下塔柱各截面

11、拉應(yīng)力不超過1MPa（設(shè)計(jì)方法提出的要求）；二是卸架成塔后，中塔柱彎矩分布和理想狀態(tài)下成塔的彎矩大體吻合。（4）計(jì)算成果通過反復(fù)計(jì)算比較，得到最終結(jié)果。共采用五道主動(dòng)橫撐，其布置見圖4（a）。主動(dòng)施力大小從下而上依次為2000kN，1500kN，1500kN，1500kN和800kN。按施工順序（含施加橫撐主動(dòng)力）及撤除橫撐后索塔應(yīng)力見表1。圖4（b）所示為理想狀態(tài)成塔和五道主動(dòng)橫撐施工成塔后的中塔柱彎矩圖，從圖中可見出，采用五道主動(dòng)橫撐施工和理想狀態(tài)下成塔效果大致吻合。4 橫撐結(jié)構(gòu)的確定根據(jù)受力計(jì)算，每道橫撐由4根6630mm（611）鋼管組成，順橋向倆倆且排對(duì)稱布置。且排鋼管之間用型鋼連接

12、組成平面桁架，增加順橋向穩(wěn)定，且確保塔吊及電梯附著強(qiáng)度和剛度。為減少橫撐自重?fù)隙?，增加豎向整體剛度，也為方便橫撐的架設(shè)和施力，于橫撐中部設(shè)置8根鋼管立柱。立柱上設(shè)有順橋向牛腿，用以支撐橫撐。立柱間也用型鋼連接，同橫撐橋架壹起組成空間揭架，增加施工過程中的整體穩(wěn)定。橫撐施力前從中部壹分為二，倆端和塔柱預(yù)埋件焊接，中間部位擱置于立柱牛腿上，利用立柱作為工作平臺(tái)，于橫撐中部設(shè)置千斤頂施力系統(tǒng)。施力完成后，將中部焊接聯(lián)成壹體。四、中塔柱方案實(shí)施要點(diǎn)及工藝流程1 工藝流程（圖5）2 實(shí)施要點(diǎn)（l）爬架立模嚴(yán)格按設(shè)計(jì)給定坐標(biāo)（含預(yù)偏）定位；（ 2）橫撐于車間加工制作，保證加工制作精度，注意橫撐端頭局部加強(qiáng)

13、處理，防止應(yīng)力集中，確保焊接質(zhì)量，通過驗(yàn)收后方能使用；（ 3）于立柱牛腿上設(shè)置限位裝置，防止于千斤頂施力過程中橫撐移動(dòng)，保證施力安全；（ 4）施力過程壹般選擇于清晨進(jìn)行，避免日照影響；（ 5）千斤頂分三級(jí)施力，且做好每級(jí)橫撐加力和位移記錄，頂推力到位后千斤頂持壓，同時(shí)焊接聯(lián)結(jié)鋼板，將橫撐聯(lián)為整體；6）待焊接部件強(qiáng)度達(dá)到要求后撤出千斤頂；7）對(duì)每壹施工階段，主要是橫撐設(shè)置前后，做好中塔柱根部預(yù)埋鋼弦計(jì)記錄，隨時(shí)掌握中塔柱應(yīng)力情況，如有必要及時(shí)調(diào)整。五、結(jié)束語(yǔ)南京二橋南汊橋南北索塔施工原計(jì)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(jié)合主動(dòng)橫撐的方法，實(shí)際工期從1999年5月25（26）日到1999年8月26日分別于70天和80天內(nèi)就順利完成，平均施工進(jìn)度為1.3m/d和125md。同時(shí)通過于中塔