斜拉桥双向倾斜桥塔竖向主动顶撑施工技术

李云东

(中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300)

斜拉桥是现代桥梁建设领域的主要形式，梁体、索与塔三部分结构共同作用，形成具有稳定性的结构体系，可提升主梁弹性支承水平，有效控制梁体弯矩，且在减轻结构自重等方面具有优良应用效果[1]。

1 工程概况

六安市寿春西路桥工程，建设于城市主干道，为双向六车道。主桥主梁是重要构成部分，含钢箱梁段、钢-混结合段及混凝土现浇段三部分。本工程引入贝雷架支架法，设置主塔与副塔各2个。采取了液压爬模技术，可满足塔柱模板施工要求。基于主桥结构形式，采取的是先梁后塔的工艺流程。引桥工程中，主梁使用预制箱梁，通过架桥机的辅助完成施工作业。

2 斜拉桥主桥施工步骤

2.1 主动顶撑预顶力的控制方式

以内力为核心控制指标，辅以变形控制措施，从而保证主动顶撑预顶力的合理性。若为双向倾斜形式的桥塔，在确定理论预顶力时应充分考虑到多方面内容，该值必须能够抵消自重和施工荷载。预顶力不可偏大，否则将对塔柱稳定性造成不利影响，使其发生大幅度的横桥向位移现象。此条件下若持续浇筑塔柱混凝土，将导致其内侧塔壁截面形成相对较大的附加拉应力，而该处恰好是配筋较薄弱的区域，因此易形成受力裂缝。

(1)顶撑材料的数量应尽可能少，要求具有较大的刚度，可选择Q235或更高等级的钢管，单个顶撑截面可设置2根钢管(规格应具有一致性)。顶撑刚度的控制主要考虑到的是施工受力需求，竖直平面内的钢管应维持稳定状态，具体可采取增设竖向支撑的方式。对于水平面的钢管，可通过水平型钢平联的方式实现稳定连接。

(2)顶推作业采取的是机械千斤顶，确定具体的顶推位置后将千斤顶安装到位。为顺利完成顶推，需要保证油压千斤顶具有足够良好的工作性能，例如顶推吨位大、施工便捷、稳定性好等。顶撑施工的干扰因素较多，油压千斤顶持力效果难以达到理想状态，甚至需要经过长达数月的时间油压才可维持稳定。鉴于此，在油压千斤顶顶推到位后，需使用型钢在顶推处焊接，以达到维持稳定的效果。

2.2 主动顶撑施工

具体工艺流程如图1所示。

图1 主动顶撑工艺流程图

2.3 具体施工步骤

步骤1：①设备进场，精确测量并放样，为各项施工做好准备;②搭设栈桥与钢护筒，组织人员施作钻孔灌注桩;③承台施工作业;④根据钢管桩施工要求，搭设支架，并组织人员施工下塔柱与过渡墩。

步骤2：①根据主梁施工要求，为之搭建支架并实施预压处理；②拼装钢箱梁，完成模板安装、钢筋绑扎等准备工作；③浇筑主梁，遵循的是纵向分段依次浇筑的方法，单段长15～20 m；④拼装塔吊。

步骤3：①根据桥塔施工要求，为之适配液压爬模系统及相关支撑装置，并完成浇筑；②设置斜拉索，调整预埋件；③预应力张拉，以施工方案为指导，结合现场情况确定合适索力；④完成主、幅塔柱施工，兼并组织人员张拉斜拉索。

步骤4：①根据实际情况调整索力；②将主梁支架等无需使用的装置拆除，并做好索力、主塔应力的检测工作；③桥面系施工作业，配套附属设备；④结合施工要求灵活调整索力；⑤最后检验成桥索力，无误则满足成桥要求。

3 竖向主动顶撑施工技术

本斜拉桥工程中，主塔施工选择的是液压自动爬模的工艺方法，下塔柱分段依次施工，单段4 m。受到塔柱双向倾角偏大的影响，大悬臂施工将明显改变拉索的状态，该处尚未张拉时便出现极为明显的倾覆弯矩。为解决此问题，使用竖向主动顶撑技术，可提升塔柱施工作业安全性，并确保线形合理性。

3.1 竖向主动顶撑位置的确定

顶撑装置要具有稳定性，选择的是竖向钢管结构，形成框架结构以达到增强塔柱稳定性的效果，具体措施为临时固结竖撑与塔柱。本次施工所用竖撑在强度与刚度上都较为良好，塔壁处的预应力施加作业选择的是千斤顶装置，能够解决中塔柱附加应力过度集中的问题。由双向倾斜桥塔的特点可知，其受2个方向自重的影响，加之施工中产生的荷载，极容易形成附加应力，且此问题在无索区体现得更为明显。因此，中塔柱按悬臂梁结构考虑，分析此条件下根部角点的状况，提出该处的拉应力计算公式，具体见式(1)：

(1)

式中:σ为顶撑拉应力,N/m2;Mx、My为顺桥向、竖桥向的弯矩,kN·m;Ix、Iy为顺桥向、竖桥向截面惯性矩,kg·m2;yx、yy为顺桥向、竖桥向截面中性轴到受拉边缘的距离,m;N为轴力,kN;A为中截面面积,m2;K为安全系数;R为极限拉应力,MPa。

3.2 竖向主动顶撑计算

根据本桥竖向主动顶撑的结构形式，在对其进行受力分析时，应建立在浇筑最不利工况的前提下，分析应力分布情况。此时考虑的是塔柱最大拉应力[2]，以该值不超过1 MPa为基本要求。结合工程特点确定最不利工况，指的是尚未张拉前，编号为17的模板结束安装这一时段。将线形控制作为主要目标，根据塔柱倾覆弯矩的特点，假定顶撑力具备完全平衡该弯矩的能力，且此处尚未受到压应力(源自于混凝土自重)的影响，若达到该假定条件，则为理想状态。

由于倾斜桥塔建设规模较大，基于降低难度、控制用料的目的，将应力控制作为主要途径，并辅以线形控制措施。根据塔柱根部拉应力的特点，确定其来源形式，即倾覆弯矩引起的拉应力扣除混凝土自重而得，此部分压应力应得到有效地均衡，根据此特点得知，所需顶撑力有所减少，解决了竖向主动顶撑作业难度大的问题，塔柱施工安全状况优良。

3.3 竖向主动顶撑设置

钢管桩支架搭设作业使用的是φ800×10 mm钢管，并于下部施作扩大基础。钢管平联选择的是φ273×6.5 mm钢管，支架平联选择的是φ480×10 mm钢管。搭建桩顶支架，设置横梁与纵梁，并于上部铺设适量分配梁，在塔柱反力架的作用下，可实现有效的传力。

共设置三级顶推力架体，具体为：第一级架体，具备向塔肢提供竖向顶推力的能力，分别为5 000 kN，此处作用点高度为20.5 m，结束第7节塔柱模板安装后即可设置该架体；第二级架体，提供的竖向顶推力与前述一致，作用点高度提升至32.5 m，结束第10节塔柱模板安装后即可设置该架体；第三节架体，此处提供的竖向顶推力最大，均可达到7 500 kN，同时对应的作用点高度也明显提升，为46.81 m，结束第14节塔柱模板安装后即可设置该架体。

3.4 竖向主动支架安装

支架工程中，钢管是重要原材料，考虑到尺寸较大的特点，立杆下料长度确定为9 m(依据实际使用要求，部分为12 m)，重量对应为1.75 t或2.35 t，所有钢管均通过法兰盘实现稳定的连接。通过塔吊的作用提升钢管并到达指定位置，经搭接后形成立杆体系。完成首层立杆施工作业后，需对其平联，再安排人员施工后续层。钢管斜杆首先根据使用要求在指定场地拼接，形成整体构件后通过汽车吊将其提升至指定位置，焊接并平联定位，最终结束整个操作。竖向主动支架的安装如图2所示。

图2 竖向主动支架立面图

3.5 顶推力的施加与固定

(1)主动顶推加载作业时，遵循的是分级原则。

(2)在支架结构的基础上增设型钢，目的在于为塔柱反力架安装创造良好条件。

(3)主塔上预埋钢板，可实现与反力架的稳定连接。

(4)结束各塔节施工后，检验该处混凝土强度，符合设计要求后再向上移动模板，经过此操作令钢板外露，现场吊装反力架，将其与预埋钢板连接成整体结构。

(5)设置数显液压千斤顶，以实际数值为指导，持续顶推最终满足设计要求。

(6)顶推后，对塔柱反力架采取加固措施。

(7)卸载千斤顶，此处分多级完成。

4 主动顶撑施工要领

(1)钢管桩所处位置应足够合理，设置竖向钢管桩时重点控制垂直度指标，误差在1%以内；同时，斜向钢管施工时则要注重对倾角的控制，要求该处误差在±0.5°内。

(2)钢管立柱上安装了牛腿结构，应加强对该处顶标高的检测。

(3)遵循千斤顶同步顶推的原则，提升塔柱反力架的协调性，令其受力均匀。

(4)检测顶推力，若该值上升至最终值的80%，后续每级施加后均要给予30 min的观测时间。

(5)以实测数据为基本参考，在此基础上灵活控制顶推力，重点分析关键点的线形、应力情况，若快要满足设计要求时，则适当放慢顶推速度，最终达到预期效果[3]。

(6)转换受力体系后，需全面检验所有可调节钢楔块，其必须达到楔入紧密的状态，从而提升构件受力均匀性。

5 结束语

主动顶撑支架的优势体现在钢材用量少、施工时间短、现场作业环境安全等多个方面，在大倾角斜塔柱中具有较好的应用效果，可有效控制倾覆弯矩。合理应用主动顶撑技术，可为斜拉桥的建设提供可靠的技术支持，从而创造高品质工程项目，推动现代桥梁事业的发展。