南京長江第二大橋南汊橋主塔中塔柱施工方案介紹

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撞【關(guān)篩鍵詞洲】脖中塔凳柱施快工順主動閘橫撐桿主課動支耐架盆被動逆支架纖主醋動力逗懸漢臂裸拿塔爬跟模施誘工一、工程概況南京長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195．55m，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1：5．8395，截面為非對稱六邊形空心薄壁結(jié)構(gòu)（見圖2）。塔柱及橫梁均采用50號混凝土。在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)，同時為確保大橋的最佳合龍期，整個塔柱必須在規(guī)定時段內(nèi)完工，從而中塔柱施工成為全塔按質(zhì)按期完工的一個重要環(huán)節(jié)。二、中塔拉施工方案構(gòu)思中塔柱施工現(xiàn)在一般都采用懸臂裸塔法爬模法施工。該方法一可以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，大大簡化了施工工序，從而可以極大加快施工進(jìn)度；三可以利用手動葫蘆等小型機(jī)械設(shè)備作為爬架、模板提升的自身動力，大大緩解垂直運(yùn)輸?shù)膲毫Α５@種方法一般都用在索塔高在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在大懸臂狀態(tài)下由自重和施工荷載等產(chǎn)生的水平分力會在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內(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)計要求，從而影響索塔使用壽命。因而在施工過程中設(shè)置一定的支撐來減少水平分力的影響，使施工附加應(yīng)力控制在設(shè)計允許范圍內(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兩種。第一種為在中塔柱施工過程中搭設(shè)滿堂腳手架支撐。由于此方法①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；②隨著塔柱高度的增加，腳手架管的搭設(shè)會更加麻煩，而且在風(fēng)力的影響下，施工安全度也大大下降；③施工中需設(shè)置水平穩(wěn)定流架及塔吊、電梯附墻桁架，這將與滿堂架管發(fā)生沖突，使其操作產(chǎn)生困難；④滿堂支架屬于被動支架，它本身存在很大的彈性、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：①此方法也可用幾道直徑較大的橫向鋼管支撐作為臨時橫系梁在中塔柱施工過程中分隔一定高度，與塔柱臨時團(tuán)結(jié)在一起形成框架，增強(qiáng)塔柱施工過程中的穩(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；②由于施工難度和工作量相對少，效率高，對施工進(jìn)度有利；③最根本的一點(diǎn)為在安裝橫向的鋼管支撐時可利用它本身較大的剛度和強(qiáng)度用千斤頂對中塔往內(nèi)壁施力變被動支撐為主動支撐，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橫撐的方法。即利用懸臂裸塔爬模施工澆筑至一定高度加設(shè)一道模撐主動施力，克服懸臂狀態(tài)下的附加應(yīng)力，再繼續(xù)懸臂澆筑一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、主動橫撐的設(shè)計布置主動模撐的設(shè)計布置包括橫撐支撐位置、主動力和橫撐結(jié)構(gòu)的選定。1．橫撐支撐位置確定的原則與方法由于中塔柱根部混凝土截面應(yīng)力控制是整個中塔柱施工方案設(shè)計中的控制關(guān)鍵。確定橫撐支撐位置是根據(jù)中塔柱根部在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)留有安全儲備）的最大懸臂高度扣除一定高度（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）第一道橫撐δ=My/J-N/A≤R1Kh=H-Δ式中δ--中塔柱根受拉邊緣混凝土的計算拉應(yīng)力；M--第一道橫撐施加前中塔柱根部高度計算范圍內(nèi)的索塔自重及施工荷載在根部產(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--第一道橫撐施加前中塔柱根部高度計算范圍內(nèi)的索塔自重及施工荷載在根部產(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)號的極限拉應(yīng)力；K--安全系數(shù)；h--橫撐高度；Δ--扣除高度值。（2）其他橫撐由于安裝好第一道橫撐后，其與懸臂狀態(tài)的中塔柱構(gòu)成一個框架。第一道橫撐上部新澆筑塔柱的自重對第一道橫撐位置中塔柱混凝土截面的影響明顯。而對中塔柱根部截面應(yīng)力影響就很小，因而確定第二道橫撐位置的方法為對第一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．主動力確定的原則橫撐位置確定后，主動施力的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。對此，我們對變形和內(nèi)力進(jìn)行雙控，在滿足中塔柱各截面內(nèi)力的同時確保線形。我們以設(shè)計單位提供的理想狀態(tài)下成塔（在施工過程中不產(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)力與其盡可能接近。計算各施工階段在各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的水平位移，同時計算出在中塔柱施工完成后撤除各橫撐后在中塔柱各節(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)計要求。3．計算方法與程序（1）計算方法a．按施工加載順序分階段計算直至成塔全過程；b．根據(jù)計劃工期對應(yīng)施工階段計算月氣溫差的影響；C．對應(yīng)加載階段計算橫撐加壓荷載，計算中先按施加單位力（±1000kN）計算；d．計算從上往下逐道撤除橫撐，先按施加單位力（±1000kN）代替解除約束來計算；e．根據(jù)（c）的計算結(jié)果，分別以不同的壓力試算，即在單位力影響矩陣上加載；f．根據(jù)（e）的計算的結(jié)果與（a），（b）的計算結(jié)果疊加，由此得出成塔時橫撐端的軸力；g．將（f）計算得到的橫撐軸力與（d）的計算結(jié)合，解出各橫撐在撤除過老中的梁端軸力，并由此算出撤除橫撐時中塔柱各節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力；h．將（g）與（f）的計算結(jié)果疊加，即得最終成塔時的內(nèi)力；i．所得最終結(jié)果再按施工加載順序復(fù)算一遍，并加上風(fēng)載等臨時荷載進(jìn)行復(fù)核。（2）計算模型計算模型按平面桿系結(jié)構(gòu)處理，并根據(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（留有安全儲備）（圖3（a））；b．在根據(jù)前述方法確定第一道橫撐位置施加單位水平力（1000kN）（圖3（b））；c.安裝第一道橫撐后，其與懸臂中塔柱形成框架（此時需假設(shè)模撐剛度），在此基礎(chǔ)上繼續(xù)分節(jié)澆筑，此時以第一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）計算控制目標(biāo)施工成塔的控制目標(biāo)有兩個：一是施工過程中主要荷載組合工況下塔柱各截面拉應(yīng)力不超過1MPa（設(shè)計方法提出的要求）；二是卸架成塔后，中塔柱彎矩分布與理想狀態(tài)下成塔的彎矩大體吻合。（4）計算成果通過反復(fù)計算比較，得到最終結(jié)果。共采用五道主動橫撐，其布置見圖4（a）。主動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)成塔與五道主動橫撐施工成塔后的中塔柱彎矩圖，從圖中可看出，采用五道主動橫撐施工與理想狀態(tài)下成塔效果大致吻合。4．橫撐結(jié)構(gòu)的確定根據(jù)受力計算，每道橫撐由4根φ630mm（δ11）鋼管組成，順橋向兩兩并排對稱布置。并排鋼管之間用型鋼連接組成平面桁架，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)隙龋黾迂Q向整體剛度，也為方便橫撐的架設(shè)和施力，在橫撐中部設(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，同橫撐橋架一起組成空間揭架，增加施工過程中的整體穩(wěn)定。橫撐施力前從中部一分為二，兩端與塔柱預(yù)埋件焊接，中間部位擱置在立柱牛腿上，利用立柱作為工作平臺，在橫撐中部設(shè)置千斤頂施力系統(tǒng)。施力完成后，將中部焊接聯(lián)成一體。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)計給定坐標(biāo)（含預(yù)偏）定位；（2）橫撐在車間加工制作，保證加工制作精度，注意橫撐端頭局部加強(qiáng)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）在立柱牛腿上設(shè)置限位裝置，防止在千斤頂施力過程中橫撐移動，保證施力安全；（4）施力過程一般選擇在清晨進(jìn)行，避免日照影響；（5）千斤頂分三級施力，并做好每級橫撐加力和位移記錄，頂推力到位后千斤頂持壓，同時焊接聯(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）對每一施工階段，主要是橫撐設(shè)置前后，做好中塔柱根部預(yù)埋鋼弦計記錄，隨時掌握中塔柱應(yīng)力情況，如有必要及時調(diào)整。五、結(jié)束語南京二橋南汊橋南北索塔施工原計劃工期從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日分別在70天和80天內(nèi)就順利完成，平均施工進(jìn)度為1.3m/d和1．25m／d。