丰都长江二桥桥塔拉杆及横撑系统设计与施工

陈洪敏　张宁

【摘 要】丰都长江二桥为主跨680m的双塔双索面半漂浮体系钢箱梁斜拉桥，主塔高227.1m，采用钻石型式结构，下塔柱外倾，中塔柱内倾，施工过程中为避免桥塔根部混凝土应力过大出现裂缝，在中下塔柱设置主动拉杆和主动横撑。本文主要阐述丰都长江二桥桥塔塔柱拉杆和水平横撑系统的设计与施工。

【关键词】斜拉桥；桥塔；拉杆；水平横撑；施工设计

1 工程概况

丰都长江二桥主塔为主跨680m的双塔双索面半漂浮体系混合梁斜拉桥，桥塔下部是整体箱形塔墩，上部为钻石型塔架，包括上、中、下塔柱、下横梁，采用C50混凝土，桥塔高227.1m，其中上塔柱高89.829m，中塔柱高73.471m，下塔柱高58.8m，高跨比为0.327，见图1。中下塔柱采用对称的单箱单室箱型空心柱。

2 中、下塔柱拉杆及水平横撑设计

在桥塔施工过程中，塔肢自塔墩以上基本上处于倾斜悬臂状态，随着施工高度的增加，塔肢在自重、爬模及风等荷载作用下逐渐变形，并在塔柱根部产生拉应力，塔柱横向变形明显，影响施工安全；同时会产生附加内力，使成桥状态索塔内力和线形产生偏差，对索塔不利，需采取相应措施缓解或消除不利影响。

为保证塔柱在每一个施工阶段截面应力在规定的范围内，需要每隔一定的距离在下塔柱设置主动拉杆，在中塔柱内设置撑杆。此外，随着桥塔施工高度的增加而升高的塔吊和电梯每隔一定高度需要设置附墙撑，因此，中塔柱横撑需要满足塔吊和电梯附着技术要求。而撑杆措施主要有两种：一是被动撑杆；二是主动撑杆。被动撑杆虽然能在一定程度上缓解塔柱的内力状况，但是效果不明显，而且当被动杆件解除以后，塔柱倾斜段根部的残余应力仍然很大，对成桥后索塔受力不利；主动撑杆效果明显，并且可以根据需要调节主动力的大小和方向，达到预期效果，值得推广。

2.1 下塔柱拉杆设计和布置

下塔柱根部混凝土应力是整个下塔柱施工方案设计中的关键控制因素。确定拉杆位置的根据是下塔柱塔肢内侧根部在悬臂浇筑过程中，自重及施工荷载作用下不产生裂缝（留有安全储备）的最大悬臂高度。根据计算结果，下塔柱共设2层水平拉杆，每层由6根Φs15.24mm钢绞线组合而成，拉杆布置见图2。

2.2 中塔柱水平横撑的设计和布置

2.2.1 横撑支撑位置的确定

中塔柱根部混凝土截面应力是整个塔柱施工方案设计的关键控制因素。确定横撑位置的依据是中塔柱根部在悬臂浇筑过程中，自重及施工荷载作用下不产生裂缝（留有安全储备）的最大悬臂高度。确定第1道横撑位置的控制应力为中塔柱根部混凝土截面的控制应力。第1道横撑安全完毕后，第2道横撑的位置对第1道横撑位置处中塔柱截面应力的影响明显，而对中塔柱根部截面应力影响较小。因此，确定第2道横撑位置的控制应力为第1道横撑位置处中塔柱混凝土截面的控制应力，依此类推，确定其他横撑的位置，直至中塔柱浇筑完毕。

2.2.2 主动力的确定原则

横撑位置确定后，施加主动力的大小成为控制塔柱施工过程应力的关键，力小达不到预期效果，力大甚至会影响塔柱整体线形。应对变形和内力进行双控，在满足塔柱各截面内力的同时确保线形。

2.2.3 水平横撑设置

在考虑主动横撑结构时主要依据以下2种因素：1）横撑结构自身的抗压强度；2）横撑结构自身的稳定性。综合考虑施工因素、受力计算及现场材料，中塔柱共设3道水平横撑，第1～2道水平撑杆采用2根1220mm×14mm钢管，第3道水平撑杆采用2根820mm×12mm钢管，钢管间用小钢管联结组成平面桁架，增加顺桥向的稳定性。钢管上设置人行走道，并设置栏杆，见图3、图4。

水平横撑安装后即施加主动顶顶力。为便于施工时埋设预埋件，统一将横撑设置在塔肢每个节段混凝土接缝以上3.6m处。水平横撑安装位置及顶顶力见表2。

考虑水平横撑受力变形，以及拆除水平横撑后将引起塔肢在自重作用下的变形，为保证成桥桥塔线形，中塔柱立模时需设置一定的预偏量。

3 水平横撑施工

1）水平横撑的安装。横撑的安装步骤及方法为：安装塔柱内侧预埋件及支撑架，在平台上将横撑钢管接长成整体，通过塔吊将横撑吊装至安装位置，首先将横撑一侧固定端与塔柱预埋件焊接固定，将另外一侧施力端的内套钢管抽出与另一侧的塔柱预埋件焊接固定，连接平联钢管，在横撑施力端设置千斤顶施力系统，施力完成后，将此端与塔柱预埋件焊接成整体，拆除千斤顶。

2）水平横撑主动顶推力的施加。根据分析计算，水平横撑最大顶推力约为2500kN，每根钢管顶推力为1250kN。采用4台2000kN液压千斤顶在水平横撑钢管一端同步施加顶推力，横撑钢管端部与内套钢管焊接加固。水平钢管施加主动力时，应观测水平横撑的挠度和塔柱的变形情况，顶推力满足要求后，停止施加力，将横撑钢管与内套钢管的纵、环缝焊接固定，然后千斤頂回油、卸落。

3）水平横撑的拆卸方法。当中塔柱全部施工完成，上塔柱施工至第32节后，即可拆卸水平横撑，与安装方法相反，先拆除平联钢管，后拆卸横撑钢管，水平横撑主动力卸载，必要时需采用千斤顶施加一定的预推力，割除塔柱两端预埋件的横撑钢管焊缝，将横撑钢管卸落在支撑架上，完成卸落。

4 结语

丰都长江二桥桥塔主动拉杆和水平横撑的合理设计，为后期桥塔施工中的应力及线形控制做好了准备工作。目前桥塔中、下塔柱已经完成，检测结果表明，通过下塔柱拉杆和中塔柱横撑的设置，塔柱施工的线形及根部应力得到有效的控制，各项指标均满足设计和施工要求。

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