异形钢混组合桥塔施工关键技术

闵 祥

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610041）

1 工程概况

泸州市沱江四桥主桥为独塔双索面公轨合建混合梁斜拉桥，主桥跨径布置为55+200+58+50m；引桥为等截面连续梁桥，其中南引桥桥跨布置为35+3×45m，北引桥桥跨布置为4×45m，跨江桥部分桥梁总长729m。

大桥立面布置图（单位m）

结合泸州市酒城文化，本桥桥塔造型采用了“觚”形，桥塔为曲线形纵桥向正“Y”形+横桥向倒“Y”字形空间组合造型，上塔柱沿纵桥向分两肢，中塔柱和下塔柱沿横桥向分两肢。除塔冠南高北低之外，索塔纵横向均为对称结构[1]。

索塔由上塔柱（包括塔冠、上塔柱和中上塔柱连接段）、中塔柱、下塔柱（包含塔梁固结段）组成。索塔南肢总高为150m，北肢总高140m，其中上塔柱南肢高70.0m、北肢高60.0m；中塔柱高35.0m，塔梁固结段厚3.5m，下塔柱高45.0m。纵桥向上塔柱和中塔柱的外侧面采用半径R=600m的曲线向外张开，横桥向索塔中塔柱和下塔柱按1:7.3斜率向内倾斜，于桥面以上53.5m交汇形成上塔柱；主塔下塔柱底部内侧间距为23.5m。塔柱除上塔柱、中上塔柱连接段[2]、塔梁结合段及下塔柱根部段设计为实心段外，其余断面均为空心箱形断面；根据塔柱的受力，在中上塔柱连接段、塔梁结合段、下塔柱根部、人洞等受力较大的区段设置加厚段[3]。

2 曲线段索塔模板布置

本桥上塔柱纵桥向和中塔柱的外侧面采用半径R=600m 的曲线向外张开，横桥向上塔柱和中塔柱圆弧段的外侧面采用半径R=300m 的曲线内收。为适应索塔曲线变化，当施工至圆弧段时，采用经特殊加工的曲面模板施工。

表-1 索塔各施工高度模板弧线参数表

3 上塔柱钢锚箱安装

本桥上塔柱钢锚箱单块最大吊装重量为38.82t；结合类似桥梁施工，索塔钢结构吊装方法可用于本项目的有以下两种：

方案一：大型塔吊吊装

在索塔上游侧距索塔横桥向轴线10m 纵桥向轴线7m 位置安装一台ST8075-50t 塔吊，安装高度160m，最远吊装距离19m，共安装三道附着（附着长度最大13m），用于本桥上塔柱钢锚箱安装[4]。

方案二：塔顶门架吊装

采用类似于悬索桥主索鞍吊装的方式，在塔顶设置吊装门架进行钢锚箱吊装；但悬索桥索鞍吊装块件少，竖向只有一个节段；本桥钢锚箱有9 个节段且随着节段升高，塔肢向外发散形成正“Y”造型[5]；本项目针对这两个特点研发了可调节支点间距和利用永久结构随索塔施工高度增加而自动爬升的吊装设备，如下图：

塔顶门式支架吊装图

本设备利用循环卷扬机调整支腿间距，利用爬升架实现爬升高度，爬升架支撑于已安装节段的联系梁上，支腿通过地脚螺杆锚固于已施工完成的塔肢混凝土塔壁上[6]；爬升使用时架通过施工中使用的5013 塔吊进行安拆。本吊机单次吊装2 个节段。

4 吊装方案比较分析

本项目对以上两种吊装方案进行了比较，比较情况如下：

索塔钢结构吊装方案比选表

通过综合比较，大型塔吊吊装索塔钢结构虽然技术成熟，但锚箱定位较塔顶门吊更困难，且根据本项目工期安排，钢锚箱安装完成正值洪水期，塔吊不能及时拆除，将浪费大量的闲置成本。所以本项目实施时，选择了塔顶门吊用于本项目的索塔钢结构吊装[7]。

由于该吊装方法在以往同类型结构施工中均未使用，本项目对采用该设备施工对桥塔永久工程的影响做了相关研究，该研究主要采用有限元计算分析进行，计算模型取整个索塔模型，混凝土结构采用Solid95 单元，钢锚箱采用Shell63 单元，预应力束采用Link8 单元，剪力钉采用Combin14 单元进行建模。

混凝土塔模型

钢锚箱模型

预应力束模型

剪力钉模型

本次分析取除去主梁和塔冠外包钢外的全部塔柱的整体结构建模，约束塔底最底面的三向平动位移，塔顶自由；钢锚箱在横桥向两个面上通过接触单元和三向弹簧单元与混凝塔肢连接，在钢锚箱底部与混凝土之间建立接触；吊机支点反力作用于塔肢混凝土上。

根据各阶段的计算，吊机支点反力荷载作用于B08 节段顶面时，对桥塔整体影响最大，为全塔最不利阶段，该阶段计算结果如下：

桥塔顺桥向变形（cm）

桥塔总变形（cm）

根据以上结果，桥塔顺桥向变形1.3cm，发生在B08 节段混凝土梁侧钢锚箱腹板上，位移方向为偏向钢梁侧，主要由横桥向预应力引起。桥塔总变形1.45cm，发生在B08 节段钢梁侧，由自重和吊机反力荷载作用引起。

混凝土主拉应力（×10-1Pa）

钢锚箱等效应力（×10-1Pa）

根据计算，混凝土应力和钢锚箱应力均是由塔壁内纵向预应力筋引起，发生在预应力筋局部锚固位置，受顶部局部集中力影响较小。所以塔顶吊机的使用，对桥塔本身来说，几乎没有影响[8]。

5 结语

1、现沱江四桥索塔已顺利施工完毕，并竣工通车，营运至今，桥塔受力情况较好。

2、本桥上塔柱钢锚箱吊装施工采用的塔顶吊机较好的替代了传统斜拉桥索塔钢结构安装时必须的大型塔吊，该类设备结构简单，受力明确，安全可靠，给我项目带来了较大的经济效益及工期效益，可在类似项目中推广应用。