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 沈培良

 (上海隧道工程股份有限公司上海城建投資發(fā)展有限公司，上海200120)

摘要：異形結(jié)構(gòu)由于空間張力十足，極具美感與韻律，在橋梁工程領(lǐng)域運(yùn)用逐漸增多。對(duì)極致美觀的追求也為施工帶來(lái)巨大難度。針對(duì)南昌朝陽(yáng)大橋空問(wèn)實(shí)體異形混凝土橋塔，總結(jié)既往保障高質(zhì)量工程的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新型塔柱特殊問(wèn)題，先后形成矮塔斜拉橋空間異形混凝土塔柱分節(jié)原則與定型鋼模選型、設(shè)計(jì)方法，不僅保障塔柱的優(yōu)美體型與質(zhì)量，而且對(duì)于啟發(fā)國(guó)內(nèi)同類型異形結(jié)構(gòu)的建設(shè)有著一定參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：異形橋塔；施工工藝；定型鋼模板

中圖分類號(hào)：U448.27文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 03-0034-04

1工程背景

 異形結(jié)構(gòu)由于空間張力十足、極具美感與韻律，近年來(lái)，在橋梁工程領(lǐng)域運(yùn)用逐漸增多。

 本工程朝陽(yáng)大橋橋塔即采用異形混凝土結(jié)構(gòu)，其為六塔七孔單索面矮塔斜拉橋，橋跨組合為( 79+5×150+79)m，上塔柱塔高45 m�？傮w布置見(jiàn)圖1。

 朝陽(yáng)大橋的橋塔造型是書(shū)法“合”字的變形，將古樸的小篆“合”字線條加以柔化（見(jiàn)圖2），其空間異形結(jié)構(gòu)大大增加施工難度，保障塔形施工工藝成為塔、墩施工的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2異形塔柱分節(jié)澆筑

2.1分節(jié)澆筑原則

 節(jié)段劃分總體上從質(zhì)量控制、安全控制、施工可行性、經(jīng)濟(jì)性、施工便利性等方面展開(kāi)。本研究根據(jù)分析，提出施工中優(yōu)先以及重點(diǎn)考慮的對(duì)象，制定橋塔分節(jié)優(yōu)化遵循的基本原則。

 1)易于控制混凝土澆筑質(zhì)量。大體量混凝土澆筑，若構(gòu)件厚度較厚，混凝土振搗困難，且對(duì)模板側(cè)壁壓力較大，為控制澆筑，需合理設(shè)置分節(jié)高度。

 2)控制水化熱反應(yīng)不利影響。由于混凝土水化熱產(chǎn)生的裂縫發(fā)生在構(gòu)件表面，深入構(gòu)件內(nèi)部，應(yīng)綜合考慮降溫措施進(jìn)行節(jié)段澆筑體量的劃分。

 3)保障模板受力安全。模板組裝時(shí)，由于平面外剛度較低，容易產(chǎn)生較大的變形引起附加內(nèi)力。因此節(jié)段劃分必須保障模板的受力安全，使單次澆筑的模板空間翹曲度不大。

 4)為下一節(jié)施工提供穩(wěn)定平臺(tái)。上一節(jié)段施工完畢后成為下一節(jié)段的作業(yè)平臺(tái)，在施工中應(yīng)兼顧下一節(jié)段的施工便利，設(shè)置分節(jié)。

 5)其他條件。除此之外，應(yīng)考慮商品混凝土的制作與運(yùn)輸便利，吊裝設(shè)備吊裝能力，工期要求，預(yù)埋構(gòu)件實(shí)施的便利性，混凝土差異收縮不利影響等因素。

2.2塔柱分節(jié)

 上、下塔柱構(gòu)造存在較大差異，根據(jù)塔柱構(gòu)型特點(diǎn)分別分析。

2.2.1下塔柱分節(jié)

  繪制塔柱三維模型，觀察下塔柱的構(gòu)型，可將下塔柱分為A、B、C3個(gè)區(qū)段（見(jiàn)圖3）。

 1)A區(qū)。由下向上呈聚攏收緊趨勢(shì)，在覆蓋模板時(shí)，需預(yù)留振搗空間。因混凝土橫橋向展開(kāi)尺寸較大，水化熱風(fēng)險(xiǎn)較大。隨著澆筑高度的增加，頂面模板變形控制要求提高，且增大漏漿風(fēng)險(xiǎn)；應(yīng)盡量減小A區(qū)高度。

 2)B區(qū)�；�本為平滑，對(duì)于立模、澆筑影響較小，但總體高度較高，對(duì)下層模板的變形以及受力安全產(chǎn)生影響。澆筑高度增加，水化熱風(fēng)險(xiǎn)提高；宜分節(jié)實(shí)施。

 3)C區(qū)。由中心向兩側(cè)展開(kāi)，采用支架體系對(duì)兩側(cè)進(jìn)行支承。由于該段下緣存在弧形變化，應(yīng)考慮支承的便利性。模板安全要求較高，但相對(duì)于A區(qū)、B區(qū)水化熱的風(fēng)險(xiǎn)有所降低，可作為一節(jié)進(jìn)行分次澆筑。

匯總各區(qū)控制要點(diǎn)，劃分原則見(jiàn)圖4。

 根據(jù)上述分析，綜合考慮混凝土澆筑時(shí)的質(zhì)量、模板變形與漏漿風(fēng)險(xiǎn)、澆筑方量及水化熱風(fēng)險(xiǎn)、高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等因素，確定澆筑節(jié)段劃分（見(jiàn)圖5）。其中，第二次澆筑高度根據(jù)各塔柱高度不同進(jìn)行變化，設(shè)置h2高度共有3種，即8.377 m、6.961 m、5.461 m。

2.2.2上塔柱分節(jié)

 通過(guò)繪制上塔柱的三維模型，觀察上塔柱的構(gòu)型，從下至上分別為A區(qū)、B區(qū)，C區(qū)（見(jiàn)圖6）。

 1)A區(qū)。為兩肢柱式結(jié)構(gòu)，相向內(nèi)傾。隨著高度的增加，下緣側(cè)模側(cè)壓力逐漸增大，混凝土重心內(nèi)偏為澆筑安全帶來(lái)隱患，澆筑宜分段實(shí)施。

 2)B區(qū)。該位置為受力敏感部位，一方面不宜設(shè)置結(jié)合面，另一方面應(yīng)盡量提高澆筑質(zhì)量，保障混凝土的均勻性，減小水化溫度等產(chǎn)生的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。宜一次澆筑，高度應(yīng)控制合理。

 3)C區(qū)。該段為獨(dú)柱式，因位于錨固區(qū)，截面內(nèi)預(yù)埋件較多，澆筑較困難。其次，因錨固區(qū)受力復(fù)雜，澆筑質(zhì)量要求高，減小水化熱風(fēng)險(xiǎn)。再次，澆筑高空作業(yè)帶來(lái)模板安全問(wèn)題。澆筑宜分段實(shí)施，應(yīng)綜合考慮分節(jié)高度。

匯總各區(qū)控制要點(diǎn)，劃分原則見(jiàn)圖7。

 根據(jù)A、B、C三區(qū)各自的特點(diǎn)，綜合考慮模板安全、澆筑質(zhì)量、減小水化熱風(fēng)險(xiǎn)等因素，最終確定澆筑方案（見(jiàn)圖8）。

3異形塔柱定型鋼模施工工藝

 為提升混凝土成型質(zhì)量，需對(duì)其外骨架——模板進(jìn)行細(xì)化分析，建立對(duì)應(yīng)的模板體系。常規(guī)橋塔滑模或爬模施工在此處并不適用，而上下塔柱各部位空間曲面拓?fù)潢P(guān)系并不明顯，矮塔斜拉橋中各分節(jié)模板通用的可能性較小。

3.1模板選型

 我國(guó)現(xiàn)用模板體系多為木模版以及組合鋼模板。由于本橋各分節(jié)澆筑高度較高，對(duì)安全性以及外觀需求較高，不再探討木模板在本橋的適用性，僅對(duì)傳統(tǒng)組合鋼模板與大塊定型鋼模板之間進(jìn)行比選。

 傳統(tǒng)組合鋼模板通用規(guī)格為單塊鋼板尺寸一般從500 mm×100 mm到2 000 mm×2 000 mm不等，若外形較規(guī)整，也常采用小鋼模板拼裝大模板。

 大塊定型鋼模板在一定程度上繼承組合鋼模板的分塊加工組合理念，但不同的是由廠家根據(jù)橋塔的具體形狀、墩身坡率、直徑、高度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制作而成。單塊鋼板尺寸也可存在較多形式，單邊尺寸甚至可以根據(jù)澆筑要求超過(guò)3 000 mm。

 表1為普通組合鋼模板與大塊定型鋼模板在施工全過(guò)程中的使用狀況以及經(jīng)濟(jì)性的對(duì)比表。

 通過(guò)對(duì)比可以看出，在異形橋塔施丁時(shí)，大塊定型鋼模板雖然加工難度大于普通組合鋼模板，但具有構(gòu)件成型質(zhì)量較好、工期短、安裝難度小等特點(diǎn)，且無(wú)太大的經(jīng)濟(jì)性劣勢(shì)，一般在異形橋塔施工中更為適用。

3.2下塔柱模板設(shè)計(jì)

 朝陽(yáng)大橋1 5號(hào)與20號(hào)墩、1 6號(hào)與19號(hào)墩、17號(hào)與1 8號(hào)墩均為對(duì)稱墩身，結(jié)構(gòu)類似，采用3套模板施工。以1 5號(hào)與20號(hào)墩為例，模板的總體設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖9。

 1)第一次澆筑模板設(shè)計(jì)。單塊模板高度按≤3 m設(shè)計(jì)；加強(qiáng)肋橫向布置，背枋豎向布置；

順橋向背枋考慮設(shè)計(jì)為桁架形式。因下塔柱下大上小，為便于振搗及澆筑混凝土，在第一澆注段順橋向靠底部設(shè)計(jì)有工作窗。

  2)第二次澆筑模板設(shè)計(jì)。單塊模板高度按≤3m設(shè)計(jì)，加強(qiáng)肋橫向布置，背枋豎向布置，順橋向背枋考慮為桁架形式。

  3)第三次澆筑模板設(shè)計(jì)。單塊模板高度按≤3m設(shè)計(jì)；加強(qiáng)肋豎向布置，背枋橫向布置。為便于振搗及澆筑混凝土，在順橋向斜腿靠底部位置設(shè)計(jì)有工作窗。

 4)第四次澆筑模板設(shè)計(jì)。單塊模板寬度按≤3m設(shè)計(jì)；加強(qiáng)肋橫向布置，背枋豎向布置；順橋向背枋設(shè)計(jì)為桁架形式；由于橋塔外展弧度較大，為保障澆筑質(zhì)量，在弧形部位設(shè)置2處工字鋼三角支撐。

3.3上塔柱模板設(shè)計(jì)

 上塔柱模板設(shè)計(jì)，根據(jù)每節(jié)造型確定，模板總體布置見(jiàn)圖10。

  不同于下塔柱高度有3種不同規(guī)格，上塔柱設(shè)計(jì)為同一高度，各塔柱的模板可交互使用，考慮工期因素，制作2套模板進(jìn)行周轉(zhuǎn)，用于6個(gè)塔柱的施工。

 1)第一次澆筑模板設(shè)計(jì)。單塊模板高度按≤3m設(shè)計(jì)；加強(qiáng)肋橫向布置，背枋豎向布置，

橫橋向與順橋向均設(shè)置對(duì)穿拉桿。

 由于上塔柱1～5節(jié)為人字形，考慮到兩側(cè)不能同時(shí)施工，在塔柱雙肢之間設(shè)臨時(shí)支撐，以防混凝土澆筑時(shí)模板失穩(wěn)。

 2)第二次~第四次澆筑模板設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)谝还?jié)墩身混凝土澆筑完畢，先不拆除模板，作為第二節(jié)墩身模板的基礎(chǔ)模板。第二節(jié)墩身澆筑完成，具備拆模條件時(shí)，拆除第一節(jié)模板，作為墩身曲線段模板的基礎(chǔ)模板。以此類推。

 3)第五次澆筑模板設(shè)計(jì)。由于該位置曲面交匯變化較為復(fù)雜，為便于模板加工，單塊模板高度控制在1.5 m左右，長(zhǎng)度根據(jù)要求調(diào)整。

 4)第六次~第十次澆筑模板設(shè)計(jì)。由于塔柱合并為獨(dú)柱式后，第六次~第十次澆筑的塔柱外形較為近似，僅尺寸上有所差別，宜采用同等設(shè)計(jì)方法。

4結(jié)語(yǔ)

 本文高度總結(jié)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的方法，綜合質(zhì)量控制、安全控制、施工可行性、經(jīng)濟(jì)性、施工便利性等多方面，確定大體積空間異形塔柱分節(jié)所需考慮的關(guān)鍵原則，即易于控制混凝土澆筑質(zhì)量、控制水化熱反應(yīng)不利影響、保障模板受力安全、為下一節(jié)施工提供穩(wěn)定平臺(tái)以及施工便利等其他條件。

 南昌朝陽(yáng)大橋已順利建成通車，其采用本文介紹的異形混凝土塔柱施工關(guān)鍵技術(shù)，保證異形混凝土構(gòu)件的成型質(zhì)量，并大大縮短橋塔施工周期，節(jié)省了工程造價(jià)，證明該技術(shù)有較強(qiáng)的先進(jìn)性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性。

 矮塔斜拉橋空間異形混凝土塔柱分節(jié)方法、定型鋼模板選型以及設(shè)計(jì)方法對(duì)于國(guó)內(nèi)同類工程項(xiàng)目均具有一定的參考借鑒意義。