重慶千廝門大橋索塔爬模設(shè)計(jì)研究

1、重慶千廝門大橋索塔爬模設(shè)計(jì)研究摘要：千廝門嘉陵江大橋是重慶軌道六號(hào)線進(jìn)出渝中半島跨越嘉陵江的重要通道。大橋索塔采用全曲面天梭外形，橄欖葉型內(nèi)輪廓線條，凹槽、倒角形狀復(fù)雜，尺寸變化劇烈。為了盡可能實(shí)現(xiàn)空間雙曲面外觀效果，盡可能采用自動(dòng)液壓爬升系統(tǒng)并提高其安全性，同時(shí)在保證結(jié)構(gòu)外形的情況下盡可能縮短節(jié)段施工周期，本文結(jié)合索塔結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)，對(duì)爬模最佳的分段高度、模板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及爬架系統(tǒng)的合理使用進(jìn)行了比較詳細(xì)、科學(xué)的研究和分析。 關(guān)鍵詞：索塔 特點(diǎn) 難點(diǎn) 分段 模板 爬架1 工程概述千廝門嘉陵江大橋南穿渝中區(qū)洪崖洞旁滄白路，跨嘉陵江，北接江北區(qū)江北城大街南路 。單塔單索面鋼桁梁斜拉橋，跨徑布置為88

2、m312m（主跨）240m80m720m。 圖1 總平面布置圖橋塔采用天梭形：1）塔高162.5-182m； 2）塔在橋面處橫向最寬35.0m； 3）塔頂橫向?qū)?.0m； 4）主塔縱向?qū)挾人?1m； 5）塔底分叉處到橋面縱向由11m變?yōu)?.0m； 6）橋面以上13米到塔頂縱向由9.0m變?yōu)?.5m，按直線變化； 7）均采用箱型結(jié)構(gòu)形式。 2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、難點(diǎn)2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)千廝門大橋索塔采用全曲面天梭外形，橄欖葉型內(nèi)輪廓線條，凹槽、倒角形狀復(fù)雜，尺寸變化劇烈。下塔柱截面由2段R=4.178m和4段R=16.745m以及直線段組成，隨著塔柱的增高，直線段的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，2對(duì)圓弧保持不變。豎直方向外側(cè)

3、面輪廓線是一個(gè)半徑為308.145m的圓弧。塔柱內(nèi)部由三個(gè)空腔組成，2個(gè)對(duì)稱的空腔外側(cè)輪廓與塔柱外輪廓為同心圓。下塔柱截面依然變寬，圓弧1尺寸保持不變，直線段和圓弧2逐漸縮小，與R=200mm的倒角圓弧相連。外側(cè)面輪廓線是一個(gè)半徑為R=308.145m的圓弧。內(nèi)側(cè)輪廓線和凹槽處輪廓線也分別是圓弧。 塔柱交匯段以下，中塔柱外側(cè)面輪廓線變成直線，內(nèi)側(cè)面仍為圓弧，凹槽處橫橋向?qū)挾戎饾u增大。 上塔柱交匯段以上，外側(cè)面輪廓線仍然為直線，凹槽處橫向?qū)挾扔蓪捵冋?，錨固區(qū)采用開放式錨箱結(jié)構(gòu)。下塔柱空腔橫系梁索塔牛腿上塔柱下塔柱分叉中塔柱內(nèi)腔圖2 索塔外觀立體圖2.2 模板設(shè)計(jì)難點(diǎn)1）水平截面和高度方向均為圓弧

4、，水平截面圓弧半徑不變，塔柱水平截面圓弧弧長(zhǎng)沿高度變化。若以首段為基準(zhǔn)，圓弧段隨高度轉(zhuǎn)動(dòng)后，水平截面尺寸變化，且模板拼縫、圍楞、拉桿位置等均發(fā)生變化。圖3 索塔輪廓投影圖2）1#模板隨著塔柱外輪廓線旋轉(zhuǎn)，底口弧長(zhǎng)不斷減小，導(dǎo)致2#和直線模板向左側(cè)滑動(dòng)，最終積累誤差體現(xiàn)在直線模板的邊線和理論邊線的尺寸相差178mm3）1#模板隨著塔柱外輪廓線旋轉(zhuǎn)，底口弧長(zhǎng)不斷減小，導(dǎo)致2#模板向左側(cè)滑動(dòng)，最大積累誤84mm。圖4 模板拼裝誤差示意圖14）圓弧隨著塔柱外輪廓線旋轉(zhuǎn)，水平截面形狀由圓形變?yōu)闄E圓形，2個(gè)節(jié)段間尺寸偏差為2mm，累計(jì)最大偏差為21mm。圖5 模板拼裝誤差示意圖25）內(nèi)側(cè)倒角水平截面半徑不

5、變，但隨高度方向圓弧旋轉(zhuǎn)，倒角圓弧弧長(zhǎng)逐段變化。6）若以首段為基準(zhǔn)，圓弧段隨高度轉(zhuǎn)動(dòng)后，水平截面尺寸變化，且模板拼縫發(fā)生變化。 7）與直線段相連的倒角模板，以及與圓弧2相連的倒角模板若倒用，弧長(zhǎng)最大差值為64mm。 圖6 倒角弧長(zhǎng)誤差示意圖8）內(nèi)側(cè)面呈窄-寬-窄-寬變化，且高度方向圓弧半徑不同,分別R=46m，R=227m 9）內(nèi)腔隨外輪廓線型，每段空間全曲線變化，倒角結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)傾斜角度不同。2.3 架體設(shè)計(jì)難點(diǎn)1）圓弧段隨高度旋轉(zhuǎn)后爬升軌跡變化；2）爬架爬升實(shí)際軌道線為折線，夾角為0.84度；3）中上塔柱凹槽段尺寸狹小區(qū)域架體結(jié)構(gòu)布置；4）塔墩及下塔柱凹槽段尺寸變化劇烈區(qū)域的架體結(jié)構(gòu)布置

6、。3、爬模系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路3.1 設(shè)計(jì)原則1）盡可能實(shí)現(xiàn)空間雙曲面外觀效果； 2）盡可能采用自動(dòng)液壓爬升系統(tǒng)，提高安全性； 3）在保證結(jié)構(gòu)外形的同時(shí)，盡可能縮短節(jié)段施工周期。3.2 設(shè)計(jì)方案比選根據(jù)大橋索塔奇特的外觀造型，爬模板設(shè)計(jì)由下面兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)思路作了對(duì)比分析：1）采用空間全曲線爬模優(yōu)點(diǎn)：采用空間全曲線完全符合設(shè)計(jì)截面尺寸，無(wú)誤差；缺點(diǎn)：模板逐段新制或改造工作量大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，因此而導(dǎo)致工期時(shí)間長(zhǎng)，造價(jià)高。2）高度方向以直（折）代曲，接受模板旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏差優(yōu)點(diǎn)：模板改造工作量小，耗費(fèi)時(shí)間少，施工工期較短，造價(jià)低；缺點(diǎn)：微觀上以直代曲存在折角，模板旋轉(zhuǎn)后截面尺寸存在一定偏差，誤差情況主要

7、有以下三點(diǎn)：a.外側(cè)圓?。焊叨确较?mm，模板旋轉(zhuǎn)截面尺寸誤差2mm/段，累積誤差21mm（可通過(guò)拉桿調(diào)節(jié)，消除模板旋轉(zhuǎn)誤差）；b.內(nèi)側(cè)圓?。?1mm（上塔柱段）；c.圓 倒 角： 3mm（下塔柱段）。比選結(jié)果：考慮到誤差不大，以及工期、造價(jià)等因素，采用高度方向以直代曲的設(shè)計(jì)方案。4、索塔分段研究在以直代曲的基礎(chǔ)上，比較不同節(jié)段澆筑高度優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)歷來(lái)施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分析對(duì)比常用的三種不同節(jié)段高度時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，以確定最佳澆筑高度。如下表所示： 表1 節(jié)段分段高度優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表項(xiàng)目4m/段4.5m/段6m/段節(jié)段數(shù)494332優(yōu)點(diǎn)以直代曲誤差較小，節(jié)段間尺寸變化較小。屬于常規(guī)澆筑高度，爬模系統(tǒng)不需要特

8、制澆筑次數(shù)少、工期短。缺點(diǎn)澆筑次數(shù)較多、工期較長(zhǎng)。處于4m和6m澆筑高度之間。以直代曲誤差大；節(jié)段間尺寸變化較大；系統(tǒng)需特制、結(jié)構(gòu)龐大。誤差高度方向6mm，模板旋轉(zhuǎn)誤差2mm/段，累積誤差21mm高度方向8mm，板旋轉(zhuǎn)誤差2mm/段，累積誤差21mm高度方向15mm，模板旋轉(zhuǎn)誤差6mm/段，累積誤差21mm工期/造價(jià)長(zhǎng)/高正常/較低短/高研究結(jié)果：綜合考慮誤差、工期因素，建議澆筑高度采用4.5m較為合理。塔柱段以弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的弦線斜長(zhǎng)4.5m為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段劃分，全塔共分節(jié)段43節(jié)。下塔柱5m實(shí)心段，考慮大體積砼溫控需要，首節(jié)段按豎直高度2.5m劃分，第二節(jié)段按高于實(shí)心段0.4m0.5m劃分；在下橫梁處

9、，考慮下橫梁施工，節(jié)段劃分線位于下橫梁頂標(biāo)高處；上塔柱鋼錨箱段，考慮液壓爬模埋件系統(tǒng)與預(yù)應(yīng)力鋼筋需相互避開，按最大節(jié)段長(zhǎng)度不超過(guò)斜長(zhǎng)4.5m劃分。 5、外模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)爬模板采用木面板+木梁+鋼圍楞組合結(jié)構(gòu)，倒角采用鋼模板，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度4.5m。圓弧段模板傾角隨高度不斷變化，通過(guò)底部切割收分改造（避免和操作平臺(tái)沖突）。 內(nèi)側(cè)模板收分調(diào)整通過(guò)插入調(diào)整模板、無(wú)縫伸縮背楞部完成，經(jīng)過(guò)受力計(jì)算確認(rèn)每層模板預(yù)傾角，保證成品外型尺寸。 5.1 區(qū)域劃分根據(jù)塔柱外形將塔柱分為四個(gè)區(qū)域： 1區(qū)：1#9#節(jié)段；2區(qū)：10#17#節(jié)段；3區(qū)：18#20#節(jié)段；4區(qū)：21#43#節(jié)段。 4區(qū)3區(qū)2區(qū)1區(qū)圖7 索塔分區(qū)

10、示意圖5.2 關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)5.2.1 1區(qū)（1#9#節(jié)段）模板布置如下圖所示。圖8 19#節(jié)段模板布置示意表2 1-9#節(jié)段模板設(shè)計(jì)說(shuō)明模板編號(hào)設(shè)計(jì)思路誤差分析尺寸收分備注M1水平方向按圓弧線型設(shè)計(jì)，高度方向按直線代曲線設(shè)計(jì)，模板在施工過(guò)程中，繞外輪廓線型圓心旋轉(zhuǎn)，模板通用性強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。若模板完全按照塔柱空間曲線設(shè)計(jì)，則在18#節(jié)段以下，每節(jié)均需改裝模板，施工效率低，現(xiàn)場(chǎng)改裝精度不好控制，且成本較高。施工過(guò)程中，模板旋轉(zhuǎn)后，會(huì)導(dǎo)致砼水平截面逐漸由圓弧變?yōu)闄E圓，該誤差可以利用模板的柔性，通過(guò)模板對(duì)拉桿調(diào)整，予以消除；模板豎向以直代曲，最大會(huì)產(chǎn)生8mm誤差；對(duì)模板頂口和底口進(jìn)行收分調(diào)整，

11、滿足截面尺寸要求。相鄰節(jié)段間尺寸偏差為2mmM2M3按塔柱節(jié)段尺寸做成不同的模塊，根據(jù)塔柱節(jié)段變化進(jìn)行增減。沒(méi)有誤差通過(guò)增減模塊調(diào)節(jié)5.2.2 2區(qū)（10#17#節(jié)段）模板布置如下圖所示：圖9 1013#節(jié)段模板布置示意表3 10-13#節(jié)段模板設(shè)計(jì)說(shuō)明模板編號(hào)設(shè)計(jì)思路誤差分析尺寸收分備注M1同塔柱1區(qū)同塔柱1區(qū)M4按塔柱節(jié)段尺寸做成弧線型，施工過(guò)程中 ，繞塔柱輪廓線型圓心旋轉(zhuǎn)，凹槽平面段，和M3配合使用，滿足界面尺寸要求。沒(méi)有誤差通過(guò)切割模板平面段進(jìn)行收分M5為保證在塔柱截面收分過(guò)程中，外圓弧和凹槽面能光順過(guò)渡（倒角弧長(zhǎng)漸變），擬用外圓弧模板包住倒角圓弧模板，倒角圓弧模板和凹槽平面模板法蘭對(duì)

12、接。若做成空間曲線型，則模板加工難度很大；若做成直線型（一個(gè)節(jié)段高度范圍內(nèi)，采用3段或4段折線逼近圓弧），容易加工成型。采用3段折線擬合，誤差為7mm。采用4段折線擬合，誤差為3mm。不收分純鋼模M6按塔柱輪廓線型做成弧線型。沒(méi)有誤差通過(guò)在模板中間增減小塊模板，滿足截面尺寸要求。5.2.3 3區(qū)（18#20#節(jié)段）模板布置如下圖所示：圖10 1820#節(jié)段模板布置示意表4 18-20#節(jié)段模板設(shè)計(jì)說(shuō)明模板編號(hào)設(shè)計(jì)思路誤差分析尺寸收分備注 M1由于模板M1在塔柱1區(qū)和2區(qū)使用過(guò)程中，模板尺寸收分后，不適于塔柱3區(qū)的使用，塔柱3區(qū)、4區(qū)和1區(qū)、2區(qū)的線型也不一致，且木面板也需更換一次，所以考慮按塔

13、柱4區(qū)線型新制一套模板。以直代曲，外輪廓豎向最大誤差21mm（僅3區(qū)）。通過(guò)模板切割進(jìn)行收分 M4按塔柱節(jié)段尺寸做成直線型（和4區(qū)通用），會(huì)產(chǎn)生一定誤差。以直代曲誤差為18mm（僅3區(qū)）。通過(guò)切割模板平面段進(jìn)行收分 M5若做成空間曲線型，則需塔柱3區(qū)、4區(qū)均需另新制一套（輪廓線型不一致）。若做成直線型，則3區(qū)、4區(qū)可做成通用型，但是在3區(qū)會(huì)產(chǎn)生一定誤差。做成空間曲線型，則沒(méi)有誤差。做成直線型，誤差為18mm（僅3區(qū)）。不收分純鋼模 M6塔柱2區(qū)和3區(qū)線型不一致，模板不能通用，需新制一套。沒(méi)有誤差通過(guò)在模板中間增減小塊模板，滿足截面尺寸要求。由于3區(qū)索塔外側(cè)高度方向?yàn)镽=108m曲線，采用4.5

14、m節(jié)段澆筑高度，會(huì)產(chǎn)生21mm/節(jié)段以直代曲偏差。可以考慮采用3m澆筑高度，將偏差控制在10mm之內(nèi)。5.2.4 4區(qū)（21#43#節(jié)段）模板布置如下圖所示。圖11 2143#節(jié)段模板布置示意表5 21-43#節(jié)段模板設(shè)計(jì)說(shuō)明模板編號(hào)方案思路誤差分析尺寸收分備注M1重復(fù)使用塔柱3區(qū)模板沒(méi)有誤差同塔柱3區(qū)M3 重復(fù)使用塔柱1區(qū)模板沒(méi)有誤差通過(guò)模板切割進(jìn)行收分M4重復(fù)使用塔柱3區(qū)模板沒(méi)有誤差通過(guò)切割模板平面段進(jìn)行收分M5重復(fù)使用塔柱3區(qū)模板沒(méi)有誤差不收分純鋼模6、爬架系統(tǒng)比選及施工6.1爬架系統(tǒng)選擇方案1：中下塔柱采用懸臂掛架，中上塔柱采用液壓爬升；方案2：高度方向全部采用液壓爬升，凹槽處部分尺寸

15、變化劇烈區(qū)域采用懸臂掛架。兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：項(xiàng)目方案1：部分高度液壓爬升方案2：全高度液壓爬升優(yōu)點(diǎn)中下塔柱（墩）無(wú)需液壓爬升裝置，架體結(jié)構(gòu)輕巧，投入少。安全性高，爬架高空抗風(fēng)性能及穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)中下塔柱（墩）架體全部采用塔吊提升，安全及可靠性較差。中下塔柱（墩）區(qū)域爬升時(shí)，為適應(yīng)爬升軌跡變化，爬架架體需小范圍擺腿。比選結(jié)果：考慮到高空施工安全，高度方向全部采用液壓爬升，局部區(qū)域采用懸臂掛架較為合理。6.2爬架施工1）從第3節(jié)段開始采用液壓爬模施工。2）在下塔柱兩端弧線段安裝液壓爬模系統(tǒng)。3）在橫橋向直線段安裝懸臂掛架系統(tǒng)（通過(guò)塔吊提升）。 4）在39節(jié)段施工過(guò)程中，通過(guò)增加橫橋向懸臂掛架數(shù)量

16、來(lái)調(diào)整施工平臺(tái)。 5）下塔柱9#17#分為兩肢，在10#13#節(jié)段施工中，將橫橋向直線段處掛架系統(tǒng)轉(zhuǎn)6）換到塔肢凹槽內(nèi)施工，液壓爬模系統(tǒng)正常爬升施工。7）施工至13節(jié)段時(shí)，塔柱兩側(cè)圓弧段的液壓爬模系統(tǒng)拆除4片。 8）施工至15節(jié)段時(shí)，在順橋向內(nèi)側(cè)面安裝液壓爬模系統(tǒng)。9）施工至17節(jié)段時(shí)，將凹槽內(nèi)的懸臂掛架系統(tǒng)拆除，安裝液壓爬模系統(tǒng)。10）施工至26節(jié)段后，將凹槽內(nèi)的液壓爬模系統(tǒng)調(diào)整一次，直至31節(jié)段。 11）施工至32節(jié)段后，將順橋向內(nèi)側(cè)面的液壓爬模系統(tǒng)拆除，其余爬架系統(tǒng)正常施工。12）38節(jié)段完成后，橫橋向的液壓爬模系統(tǒng)拆除，安裝懸臂掛架系統(tǒng)，施工至塔頂。 液壓爬升采用爬軌及液壓油缸自爬升，大約1小時(shí)內(nèi)完成爬升動(dòng)作；懸臂掛架采用塔吊提升，1-2小時(shí)內(nèi)完成。 7、結(jié)束語(yǔ)本文通過(guò)對(duì)索塔外形特點(diǎn)的研究，以采取比選的方法對(duì)爬模體系進(jìn)行了科學(xué)合理的分析，在盡可能滿足索塔外形的條件下克服了工期、成本及安全等方面的難題，設(shè)計(jì)出了適合千廝門大橋索塔的一套爬模體系，為后續(xù)索塔的施工提供了良好的技術(shù)保證，也為本項(xiàng)目關(guān)鍵線路上的工期保證打下了良好的基礎(chǔ)。后期施工中我們將再接再厲，通過(guò)大家共同的努力來(lái)克服施工中遇到的種種難題，確保本工程安全、經(jīng)濟(jì)、高效的完成！