福州市淮安大桥桥塔结构设计及施工控制要点

2013-05-05郭永建

交通科技 2013年5期

郭永建

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉 430050）

福州市淮安大桥是福州市三环线跨越闽江北港的越江工程。主桥桥型为双塔双索面钢－混凝土混合梁斜拉桥，边跨采用混凝土箱型加劲梁，中跨采用扁平钢箱加劲梁，钢混结合面位于中跨侧距主塔中心线10 m处。桥梁孔跨布置为（35 m＋42 m＋35 m）＋416 m＋（35 m＋42 m＋35 m）＝640 m，边跨设有两个辅助墩。主桥立面布置见图1。

图1 淮安大桥主桥立面布置（单位：m）

1 主塔设计

1.1 主塔结构设计

主塔为A形塔，总塔高为115 m，塔顶高程为＋125.0 m，承台顶高程置于现状地面以下，高程为＋10.0 m。桥面以下塔柱高度为15.799 m，桥面以上塔高为99.201 m。

主塔轮廓顺桥向为一竖直等宽矩形。主塔横桥向外轮廓线形变化较多，在高程＋89.827 m以下为倾斜塔柱，高79.827 m，倾斜度为1∶5.51；往上至高程＋115.718 m位置，主塔塔柱线形位于R＝145 m的圆弧段；其余至高程＋125.0 m塔顶部分主塔为竖直线形。主塔自上而下分为上、中、下塔柱。塔柱外侧边线在承台顶的距离为46.834 m。主塔混凝土采用C50。

上塔柱作为索锚区采用整体箱形截面，两边箱顺桥向长度6.5 m，壁厚为130 cm，横桥向宽度3.6 m，壁厚分别为70，80 cm；中箱为塔柱横向连接构件，壁厚50 cm；斜拉索锚固点纵向间距分别为3.3，3.1，2.5 m，对称于塔柱中心线设置，采用混凝土齿块进行锚固；为了承受斜拉索巨大的张力，索锚区塔柱截面采用“井”字形预应力，顺桥向采用预应力钢绞线、夹片式锚具，钢束规格分别采用9－φs15.2和7－φs15.2；横桥向采用光面钢丝、墩头锚，钢丝规格分别为48－φp7和36－φp7。

中塔柱横向分离为2个独立塔柱，塔柱纵横向外形尺寸同上塔柱，顺桥向长度6.5 m，壁厚为130 cm，横桥向宽度3.6 m，壁厚分别为70，80 cm 按钢筋混凝土构件设计

下塔柱为了适应主梁支座的设置采用单箱双室截面，外侧边室截面及壁厚均同中塔柱，横向增加梯形截面箱室，高度11.189 m，内侧为竖直截面，斜边侧为1∶2.7的斜率延伸与主塔柱相交。此范围的塔柱截面横桥向宽度由7.386 m渐变至塔底9.417 m。按钢筋混凝土构件设计。主桥桥塔构造见图2。

图2 淮安大桥桥塔构造（单位：m）

主塔塔间设一道横梁，横梁顶高程为＋87.0 m，横梁采用圆弧线形连接主塔塔柱，下圆弧边线半径R＝8.121 m，上圆弧边线半径R＝10.121 m。横梁截面为5.3 m×2.0 m的矩形截面。按钢筋混凝土构件设计。

主塔基础承台采用分离式，单个承台平面尺寸14.4 m×14.4 m，厚度5.5 m，台下行列式布置9根直径2.5 m钻孔灌注桩，桩基根据地质情况选用端承桩，桩基全截面进入微风化花岗岩不少于5.0 m。分离式承台横向净距26 m，台间设置横向系梁连接成整体以抵抗分离式塔柱的横向水平力。系梁宽度4 m，高度5.5 m。

1.2 主塔施工方法

主塔塔柱采用常规的爬模现浇法施工［2］，为确保施工定位准确，塔柱需设置劲性骨架。由于单个塔柱为倾斜塔柱，为确保施工过程塔柱的受力安全，塔柱悬臂浇注过程中需根据计算需要逐级施加水平顶力以确保主塔施工安全。

2 施工控制要点

2.1 桥塔监控监测的原则

基于斜拉桥桥塔的稳定性分析和施工控制分析，确定其施工监控监测的原则如下：①监测桥塔线形、倾斜度，以及受风荷载、温度影响的变形曲线；②根据实测应变值、弹性模量、实际浇注混凝土方量和普通钢筋用料等，修正桥塔有限元模型，预测施工过程中的结构响应［3］；③监测塔柱位移及根部应力，为合理成桥状态提供依据；④根据实际施工过程，采用修正模型计算结果，提供中、下塔柱实际压缩变形预抬量；施工过程中临时横撑的加载位置及水平荷载值等控制参数。

2.2 塔身外形控制

严格控制塔柱的倾斜度误差不大于1／3 000，且塔柱轴线偏差不大于30 mm；塔柱断面尺寸偏差不大于20 mm，塔顶高程偏差不大于10 mm，斜拉索锚固点高程偏差不大于10 mm，斜拉索锚具轴线偏差不大于5 mm，承台处塔柱轴线偏差不大于10 mm。

塔柱施工时应随时观测塔柱变形，并进行相应调整，以保证塔柱几何形状符合设计要求；塔柱除起步段外均采用爬升模板法逐段连续施工，施工模板应保证足够的刚度，确保混凝土外观质量和耐久性；每段混凝土塔柱浇筑高度控制在4～6 m，接触面应认真凿毛、清洗，以保证新老混凝土的接缝质量。

2.3 塔柱预抬量计算

斜拉桥在成桥状态下，桥塔和加劲主梁均承受巨大的轴向压力，会产生一定的压缩变形，该压缩变形会对施工过程中斜拉索的安装位置及结构的合理成桥状态产生影响。

对索塔压缩变形进行分析计算时应考虑混凝土的收缩、徐变和弹性压缩对高程的影响，进行适当的抬高，抬高的数值根据中、下塔柱实际压缩变形情况综合考虑，本桥施工中斜塔柱预抛高按2 cm考虑。

2.4 塔柱预偏量计算

桥塔的平动位移中影响桥塔线形或垂直度的是顺桥向位移DX和横桥向位移DY。由于塔顺桥向竖直，施工过程中没有位移DX。随着塔柱施工高度的增加，斜塔柱施工顶部处的横桥向位移也越来越大。所以在斜塔柱施工前，为避免桥塔线形出现曲折，在桥塔线形控制过程中必须将横桥向水平位移作为塔柱各施工阶段的水平位移预偏量，使塔柱线形符合设计要求。斜塔柱横桥向最大预偏量为8.4 cm，发生在塔柱与横梁连接处节点。

2.5 塔柱施工过程中临时支撑的设置

斜塔柱在大悬臂状态下，自重和施工荷载等产生的水平分力在根部产生较大的弯矩，使根部外侧混凝土出现较大的拉应力而引起开裂，且成桥后根部内外侧压应力严重不均匀，使内侧压应力超出设计要求，从而影响整个塔柱寿命。因此斜塔柱施工时必须计算斜塔柱的悬臂自由高度和施工预偏量，在施工过程中设置临时的水平横撑来减小上述影响［4］。确定合理的临时横撑位置和顶力的原则是：①斜塔柱根部必须充分考虑每节新浇筑混凝土终凝前的水平分力，在悬臂浇筑过程中，在自重、施工荷载作用下，保证斜塔柱根部不产生拉应力；②以第1道临时横撑处斜塔柱混凝土截面应力控制来确定第2道临时横撑的高度，依次类推，确定后续临时横撑的位置；③横撑顶力采用应力和变形双控。横撑顶力小则达不到线形控制的预期效果，斜塔柱根部可能出现拉应力；过大则会影响斜塔柱的整体线形、截面应力和稳定性。

本桥塔柱施工时设4道水平横撑并对索塔施加水平外顶力。水平撑必须有足够的强度和刚度，并与塔柱固结，待索塔施工完成后拆除。