南京长江第二大桥南汊桥主塔中塔柱施工方案介绍(1)

南京长江第二大桥南汊桥主塔中

塔柱施工方案介绍

宋达盛红专

（湖南省公路桥梁建设总公司）

【摘要】本文介绍了南京长江第二大桥主塔中塔柱施工方案构思，较为详细地介绍了

主动横撑的设置。

【关键词】中塔柱施工主动横撑主动支架被动支架主动力悬臂裸塔爬模施工

一、工程概况

南京长江第二大桥南汊主桥为双塔双索面五跨连续钢箱梁斜拉桥。其主塔采用倒Y形空间索塔（见图1），塔高195．55m，为钢筋混凝土结构，由下、中、上塔柱和横梁组成。其中中塔柱（从下横梁顶面至中横梁底面）高91.30m，斜率为1：5．8395，截面为非对称六边形空心薄壁结构（见图2）。塔柱及横梁均采用50号混凝土。在施工中要求塔柱的倾斜度不得大于H/3000（H为塔高），轴线偏位允许偏差±10mm。由于塔柱体型特殊，质量要求高，施工操作面小，工程量大，又是高空作业，同时为确保大桥的最佳合龙期，整个塔柱必须在规定时段内完工，从而中塔柱施工成为全塔按质按期完工的一个重要环节。

二、中塔拉施工方案构思

中塔柱施工现在一般都采用悬臂裸塔法爬模法施工。该方法一可以有效解决高空模板安装就位，提高高空作业的安全性；二摒弃了满堂搭设脚手架管施工的繁琐工艺，大大简化了施工工序，从而可以极大加快施工进度；三可以利用手动葫芦等小型机械设备作为爬架、模板提升的自身动力，大大缓解垂直运输的压力。但这种方法一般都用在索塔高在150m以内、中塔柱斜率较小、施工悬臂不大的情况下。而南京二桥的中塔柱高为91.3m，斜率为1：5.8395，如此高又大斜率的中塔柱如仍然简单地套用通常的悬臂裸塔法爬模施工，则由于中塔柱的大斜率而在大悬臂状态下由自重和施工荷载等产生的水平分力会在中塔柱根部形成较大的弯矩，使中塔柱根部外侧混凝土出现较大的拉应力而引起开裂，且成桥后中塔柱根部内、外侧压应力严重不均而使成桥后中塔柱内侧岸应力严重超出设计要求，从而影响索塔使用寿命。因而在施工过程中设置一定的支撑来减少水平分力的影响，使施工附加应力控制在设计允许范围内是必不可少的。

为了减少水平分力的影响设置支撑的方法通常有两种。第一种为在中塔柱施工过程中搭设满堂脚手架支撑。由于此方法①工作量大，耗费人力、物力多，工作效率不高，进度慢，影响工期；②随着塔柱高度的增加，脚手架管的搭设会更加麻烦，而且在风力的影响下，施工安全度也大大下降；③施工中需设置水平稳定流架及塔吊、电梯附墙桁架，这将与满堂架管

发生冲突，使其操作产生困难；④满堂支架属于被动支架，它本身存在很大的弹性、非弹性变形，无法克服中塔柱施工过程中自重和施工荷载引起的附加应力，将无法满足施

工的需要，显然满堂支架是不能采用的。

第二种方法是采用横向钢管支撑：①此方法也可用几道直径较大的横向钢管支撑作为临时横系梁在中塔柱施工过程中分隔一定高度，与塔柱临时团结在一起形成框架，增强塔柱施工过程中的稳定性和安全性，且本身横向有较好的刚度又能作为塔吊和电梯的附墙；

②由于施工难度和工作量相对少，效率高，对施工进度有利；③最根本的一点为在安装横向的钢管支撑时可利用它本身较大的刚度和强度用千斤顶对中塔往内壁施力变被动支撑为主动支撑，完成克服中塔柱施工过程中因自重和施工荷载而引起的附加应力的积累，因而采用横撑是较为简洁而又行之有效的方案。

中塔柱施工方案原则最终确定为悬臂裸塔爬模法施工加主动横撑的方法。即利用悬臂裸塔爬模施工浇筑至一定高度加设一道模撑主动施力，克服悬臂状态下的附加应力，再继续悬臂浇筑一定高度加第二道横撑，如此类推完成中塔柱施工。成塔后拆除所有横撑。

三、主动横撑的设计布置

主动模撑的设计布置包括横撑支撑位置、主动力和横撑结构的选定。

1．横撑支撑位置确定的原则与方法

由于中塔柱根部混凝土截面应力控制是整个中塔柱施工方案设计中的控制关键。确定横撑支撑位置是根据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（应留有安全储备）的最大悬臂高度扣除一定高度（主要考虑爬模工作空间综合塔吊和电梯附着位置）。其方法为：

（1）第一道横撑

δ=My/J-N/A≤R1K

h=H-Δ

式中δ--中塔柱根受拉边缘混凝土的计算拉应力；

M--第一道横撑施加前中塔柱根部高度计算范围内的索塔自重及施工荷载在根部产生的

弯矩；

J--中塔柱根部截面中的惯性矩；

y—中塔柱根部截面性轴到受拉边缘的距离；

N--第一道横撑施加前中塔柱根部高度计算范围内的索塔自重及施工荷载在根部产生的

轴力；

A--中塔柱根部截面中的面积；

R1--中塔柱浇筑到H高度的中塔往根部混凝土预期标号的极限拉应力；

K--安全系数；

h--横撑高度；

Δ--扣除高度值。

（2）其他横撑

由于安装好第一道横撑后，其与悬臂状态的中塔柱构成一个框架。第一道横撑上部新浇筑塔柱的自重对第一道横撑位置中塔柱混凝土截面的影响明显。而对中塔柱根部截面应力影响就很小，因而确定第二道横撑位置的方法为对第一道横撑位置中塔柱混凝土截面进行应力控制以确定第二道横撑的高度。依此类推，确定其他横撑的位置，直至中塔柱（含中横梁）浇筑完毕。

2．主动力确定的原则

横撑位置确定后，主动施力的大小成为控制施工过程应力的关键。力小达不到预期效果，力大过犹不及，甚至会影响中塔柱整体线形。对此，我们对变形和内力进行双控，在满足中塔柱各截面内力的同时确保线形。我们以设计单位提供的理想状态下成塔（在施工过程中不产生任何施工附加应力）的内力为参照，保证塔柱完成后中塔柱内力与其尽可能接近。计算各施工阶段在各节点产生的水平位移，同时计算出在中塔柱施工完成后撤除各横撑后在中塔柱各节点产生的水平位移，将上述水平位移总和作为中塔柱各阶段施工的水平位移调整值（预偏量）使中塔柱线形符合设计要求。

3．计算方法与程序

（1）计算方法

a．按施工加载顺序分阶段计算直至成塔全过程；

b．根据计划工期对应施工阶段计算月气温差的影响；

C．对应加载阶段计算横撑加压荷载，计算中先按施加单位力（±1000kN）计算；