重慶千廝門大橋索塔爬模設(shè)計研究

1、重慶千廝門大橋索塔爬模設(shè)計研究摘要：千廝門嘉陵江大橋是重慶軌道六號線進出渝中半島跨越嘉陵江的重要通道。大橋索塔采用全曲面天梭外形，橄欖葉型內(nèi)輪廓線條，凹槽、倒角形狀復(fù)雜，尺寸變化劇烈。為了盡可能實現(xiàn)空間雙曲面外觀效果，盡可能采用自動液壓爬升系統(tǒng)并提高其安全性，同時在保證結(jié)構(gòu)外形的情況下盡可能縮短節(jié)段施工周期，本文結(jié)合索塔結(jié)構(gòu)施工難點，對爬模最佳的分段高度、模板系統(tǒng)的設(shè)計及爬架系統(tǒng)的合理使用進行了比較詳細(xì)、科學(xué)的研究和分析。 關(guān)鍵詞：索塔 特點 難點 分段 模板 爬架1 工程概述千廝門嘉陵江大橋南穿渝中區(qū)洪崖洞旁滄白路，跨嘉陵江，北接江北區(qū)江北城大街南路 。單塔單索面鋼桁梁斜拉橋，跨徑布置為88

2、m312m（主跨）240m80m720m。 圖1 總平面布置圖橋塔采用天梭形：1）塔高162.5-182m； 2）塔在橋面處橫向最寬35.0m； 3）塔頂橫向?qū)?.0m； 4）主塔縱向?qū)挾人?1m； 5）塔底分叉處到橋面縱向由11m變?yōu)?.0m； 6）橋面以上13米到塔頂縱向由9.0m變?yōu)?.5m，按直線變化； 7）均采用箱型結(jié)構(gòu)形式。 2 結(jié)構(gòu)特點、難點2.1 結(jié)構(gòu)特點千廝門大橋索塔采用全曲面天梭外形，橄欖葉型內(nèi)輪廓線條，凹槽、倒角形狀復(fù)雜，尺寸變化劇烈。下塔柱截面由2段R=4.178m和4段R=16.745m以及直線段組成，隨著塔柱的增高，直線段的長度加長，2對圓弧保持不變。豎直方向外側(cè)

3、面輪廓線是一個半徑為308.145m的圓弧。塔柱內(nèi)部由三個空腔組成，2個對稱的空腔外側(cè)輪廓與塔柱外輪廓為同心圓。下塔柱截面依然變寬，圓弧1尺寸保持不變，直線段和圓弧2逐漸縮小，與R=200mm的倒角圓弧相連。外側(cè)面輪廓線是一個半徑為R=308.145m的圓弧。內(nèi)側(cè)輪廓線和凹槽處輪廓線也分別是圓弧。 塔柱交匯段以下，中塔柱外側(cè)面輪廓線變成直線，內(nèi)側(cè)面仍為圓弧，凹槽處橫橋向?qū)挾戎饾u增大。 上塔柱交匯段以上，外側(cè)面輪廓線仍然為直線，凹槽處橫向?qū)挾扔蓪捵冋^固區(qū)采用開放式錨箱結(jié)構(gòu)。下塔柱空腔橫系梁索塔牛腿上塔柱下塔柱分叉中塔柱內(nèi)腔圖2 索塔外觀立體圖2.2 模板設(shè)計難點1）水平截面和高度方向均為圓弧

4、，水平截面圓弧半徑不變，塔柱水平截面圓弧弧長沿高度變化。若以首段為基準(zhǔn)，圓弧段隨高度轉(zhuǎn)動后，水平截面尺寸變化，且模板拼縫、圍楞、拉桿位置等均發(fā)生變化。圖3 索塔輪廓投影圖2）1#模板隨著塔柱外輪廓線旋轉(zhuǎn)，底口弧長不斷減小，導(dǎo)致2#和直線模板向左側(cè)滑動，最終積累誤差體現(xiàn)在直線模板的邊線和理論邊線的尺寸相差178mm3）1#模板隨著塔柱外輪廓線旋轉(zhuǎn)，底口弧長不斷減小，導(dǎo)致2#模板向左側(cè)滑動，最大積累誤84mm。圖4 模板拼裝誤差示意圖14）圓弧隨著塔柱外輪廓線旋轉(zhuǎn)，水平截面形狀由圓形變?yōu)闄E圓形，2個節(jié)段間尺寸偏差為2mm，累計最大偏差為21mm。圖5 模板拼裝誤差示意圖25）內(nèi)側(cè)倒角水平截面半徑不

5、變，但隨高度方向圓弧旋轉(zhuǎn)，倒角圓弧弧長逐段變化。6）若以首段為基準(zhǔn)，圓弧段隨高度轉(zhuǎn)動后，水平截面尺寸變化，且模板拼縫發(fā)生變化。 7）與直線段相連的倒角模板，以及與圓弧2相連的倒角模板若倒用，弧長最大差值為64mm。 圖6 倒角弧長誤差示意圖8）內(nèi)側(cè)面呈窄-寬-窄-寬變化，且高度方向圓弧半徑不同,分別R=46m，R=227m 9）內(nèi)腔隨外輪廓線型，每段空間全曲線變化，倒角結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個傾斜角度不同。2.3 架體設(shè)計難點1）圓弧段隨高度旋轉(zhuǎn)后爬升軌跡變化；2）爬架爬升實際軌道線為折線，夾角為0.84度；3）中上塔柱凹槽段尺寸狹小區(qū)域架體結(jié)構(gòu)布置；4）塔墩及下塔柱凹槽段尺寸變化劇烈區(qū)域的架體結(jié)構(gòu)布置

6、。3、爬模系統(tǒng)總體設(shè)計思路3.1 設(shè)計原則1）盡可能實現(xiàn)空間雙曲面外觀效果； 2）盡可能采用自動液壓爬升系統(tǒng)，提高安全性； 3）在保證結(jié)構(gòu)外形的同時，盡可能縮短節(jié)段施工周期。3.2 設(shè)計方案比選根據(jù)大橋索塔奇特的外觀造型，爬模板設(shè)計由下面兩個方面的設(shè)計思路作了對比分析：1）采用空間全曲線爬模優(yōu)點：采用空間全曲線完全符合設(shè)計截面尺寸，無誤差；缺點：模板逐段新制或改造工作量大，耗費時間長，因此而導(dǎo)致工期時間長，造價高。2）高度方向以直（折）代曲，接受模板旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏差優(yōu)點：模板改造工作量小，耗費時間少，施工工期較短，造價低；缺點：微觀上以直代曲存在折角，模板旋轉(zhuǎn)后截面尺寸存在一定偏差，誤差情況主要

7、有以下三點：a.外側(cè)圓?。焊叨确较?mm，模板旋轉(zhuǎn)截面尺寸誤差2mm/段，累積誤差21mm（可通過拉桿調(diào)節(jié)，消除模板旋轉(zhuǎn)誤差）；b.內(nèi)側(cè)圓弧：11mm（上塔柱段）；c.圓 倒 角： 3mm（下塔柱段）。比選結(jié)果：考慮到誤差不大，以及工期、造價等因素，采用高度方向以直代曲的設(shè)計方案。4、索塔分段研究在以直代曲的基礎(chǔ)上，比較不同節(jié)段澆筑高度優(yōu)缺點。根據(jù)歷來施工經(jīng)驗，通過分析對比常用的三種不同節(jié)段高度時的優(yōu)缺點，以確定最佳澆筑高度。如下表所示： 表1 節(jié)段分段高度優(yōu)缺點對比表項目4m/段4.5m/段6m/段節(jié)段數(shù)494332優(yōu)點以直代曲誤差較小，節(jié)段間尺寸變化較小。屬于常規(guī)澆筑高度，爬模系統(tǒng)不需要特

8、制澆筑次數(shù)少、工期短。缺點澆筑次數(shù)較多、工期較長。處于4m和6m澆筑高度之間。以直代曲誤差大；節(jié)段間尺寸變化較大；系統(tǒng)需特制、結(jié)構(gòu)龐大。誤差高度方向6mm，模板旋轉(zhuǎn)誤差2mm/段，累積誤差21mm高度方向8mm，板旋轉(zhuǎn)誤差2mm/段，累積誤差21mm高度方向15mm，模板旋轉(zhuǎn)誤差6mm/段，累積誤差21mm工期/造價長/高正常/較低短/高研究結(jié)果：綜合考慮誤差、工期因素，建議澆筑高度采用4.5m較為合理。塔柱段以弧長對應(yīng)的弦線斜長4.5m為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段劃分，全塔共分節(jié)段43節(jié)。下塔柱5m實心段，考慮大體積砼溫控需要，首節(jié)段按豎直高度2.5m劃分，第二節(jié)段按高于實心段0.4m0.5m劃分；在下橫梁處

9、，考慮下橫梁施工，節(jié)段劃分線位于下橫梁頂標(biāo)高處；上塔柱鋼錨箱段，考慮液壓爬模埋件系統(tǒng)與預(yù)應(yīng)力鋼筋需相互避開，按最大節(jié)段長度不超過斜長4.5m劃分。 5、外模板系統(tǒng)設(shè)計爬模板采用木面板+木梁+鋼圍楞組合結(jié)構(gòu)，倒角采用鋼模板，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度4.5m。圓弧段模板傾角隨高度不斷變化，通過底部切割收分改造（避免和操作平臺沖突）。 內(nèi)側(cè)模板收分調(diào)整通過插入調(diào)整模板、無縫伸縮背楞部完成，經(jīng)過受力計算確認(rèn)每層模板預(yù)傾角，保證成品外型尺寸。 5.1 區(qū)域劃分根據(jù)塔柱外形將塔柱分為四個區(qū)域： 1區(qū)：1#9#節(jié)段；2區(qū)：10#17#節(jié)段；3區(qū)：18#20#節(jié)段；4區(qū)：21#43#節(jié)段。 4區(qū)3區(qū)2區(qū)1區(qū)圖7 索塔分區(qū)

10、示意圖5.2 關(guān)鍵部位設(shè)計5.2.1 1區(qū)（1#9#節(jié)段）模板布置如下圖所示。圖8 19#節(jié)段模板布置示意表2 1-9#節(jié)段模板設(shè)計說明模板編號設(shè)計思路誤差分析尺寸收分備注M1水平方向按圓弧線型設(shè)計，高度方向按直線代曲線設(shè)計，模板在施工過程中，繞外輪廓線型圓心旋轉(zhuǎn)，模板通用性強，會產(chǎn)生一定的誤差。若模板完全按照塔柱空間曲線設(shè)計，則在18#節(jié)段以下，每節(jié)均需改裝模板，施工效率低，現(xiàn)場改裝精度不好控制，且成本較高。施工過程中，模板旋轉(zhuǎn)后，會導(dǎo)致砼水平截面逐漸由圓弧變?yōu)闄E圓，該誤差可以利用模板的柔性，通過模板對拉桿調(diào)整，予以消除；模板豎向以直代曲，最大會產(chǎn)生8mm誤差；對模板頂口和底口進行收分調(diào)整，

11、滿足截面尺寸要求。相鄰節(jié)段間尺寸偏差為2mmM2M3按塔柱節(jié)段尺寸做成不同的模塊，根據(jù)塔柱節(jié)段變化進行增減。沒有誤差通過增減模塊調(diào)節(jié)5.2.2 2區(qū)（10#17#節(jié)段）模板布置如下圖所示：圖9 1013#節(jié)段模板布置示意表3 10-13#節(jié)段模板設(shè)計說明模板編號設(shè)計思路誤差分析尺寸收分備注M1同塔柱1區(qū)同塔柱1區(qū)M4按塔柱節(jié)段尺寸做成弧線型，施工過程中 ，繞塔柱輪廓線型圓心旋轉(zhuǎn)，凹槽平面段，和M3配合使用，滿足界面尺寸要求。沒有誤差通過切割模板平面段進行收分M5為保證在塔柱截面收分過程中，外圓弧和凹槽面能光順過渡（倒角弧長漸變），擬用外圓弧模板包住倒角圓弧模板，倒角圓弧模板和凹槽平面模板法蘭對

12、接。若做成空間曲線型，則模板加工難度很大；若做成直線型（一個節(jié)段高度范圍內(nèi)，采用3段或4段折線逼近圓?。菀准庸こ尚?。采用3段折線擬合，誤差為7mm。采用4段折線擬合，誤差為3mm。不收分純鋼模M6按塔柱輪廓線型做成弧線型。沒有誤差通過在模板中間增減小塊模板，滿足截面尺寸要求。5.2.3 3區(qū)（18#20#節(jié)段）模板布置如下圖所示：圖10 1820#節(jié)段模板布置示意表4 18-20#節(jié)段模板設(shè)計說明模板編號設(shè)計思路誤差分析尺寸收分備注 M1由于模板M1在塔柱1區(qū)和2區(qū)使用過程中，模板尺寸收分后，不適于塔柱3區(qū)的使用，塔柱3區(qū)、4區(qū)和1區(qū)、2區(qū)的線型也不一致，且木面板也需更換一次，所以考慮按塔

13、柱4區(qū)線型新制一套模板。以直代曲，外輪廓豎向最大誤差21mm（僅3區(qū)）。通過模板切割進行收分 M4按塔柱節(jié)段尺寸做成直線型（和4區(qū)通用），會產(chǎn)生一定誤差。以直代曲誤差為18mm（僅3區(qū)）。通過切割模板平面段進行收分 M5若做成空間曲線型，則需塔柱3區(qū)、4區(qū)均需另新制一套（輪廓線型不一致）。若做成直線型，則3區(qū)、4區(qū)可做成通用型，但是在3區(qū)會產(chǎn)生一定誤差。做成空間曲線型，則沒有誤差。做成直線型，誤差為18mm（僅3區(qū)）。不收分純鋼模 M6塔柱2區(qū)和3區(qū)線型不一致，模板不能通用，需新制一套。沒有誤差通過在模板中間增減小塊模板，滿足截面尺寸要求。由于3區(qū)索塔外側(cè)高度方向為R=108m曲線，采用4.5

14、m節(jié)段澆筑高度，會產(chǎn)生21mm/節(jié)段以直代曲偏差?？梢钥紤]采用3m澆筑高度，將偏差控制在10mm之內(nèi)。5.2.4 4區(qū)（21#43#節(jié)段）模板布置如下圖所示。圖11 2143#節(jié)段模板布置示意表5 21-43#節(jié)段模板設(shè)計說明模板編號方案思路誤差分析尺寸收分備注M1重復(fù)使用塔柱3區(qū)模板沒有誤差同塔柱3區(qū)M3 重復(fù)使用塔柱1區(qū)模板沒有誤差通過模板切割進行收分M4重復(fù)使用塔柱3區(qū)模板沒有誤差通過切割模板平面段進行收分M5重復(fù)使用塔柱3區(qū)模板沒有誤差不收分純鋼模6、爬架系統(tǒng)比選及施工6.1爬架系統(tǒng)選擇方案1：中下塔柱采用懸臂掛架，中上塔柱采用液壓爬升；方案2：高度方向全部采用液壓爬升，凹槽處部分尺寸

15、變化劇烈區(qū)域采用懸臂掛架。兩種方案優(yōu)缺點對比：項目方案1：部分高度液壓爬升方案2：全高度液壓爬升優(yōu)點中下塔柱（墩）無需液壓爬升裝置，架體結(jié)構(gòu)輕巧，投入少。安全性高，爬架高空抗風(fēng)性能及穩(wěn)定性好。缺點中下塔柱（墩）架體全部采用塔吊提升，安全及可靠性較差。中下塔柱（墩）區(qū)域爬升時，為適應(yīng)爬升軌跡變化，爬架架體需小范圍擺腿。比選結(jié)果：考慮到高空施工安全，高度方向全部采用液壓爬升，局部區(qū)域采用懸臂掛架較為合理。6.2爬架施工1）從第3節(jié)段開始采用液壓爬模施工。2）在下塔柱兩端弧線段安裝液壓爬模系統(tǒng)。3）在橫橋向直線段安裝懸臂掛架系統(tǒng)（通過塔吊提升）。 4）在39節(jié)段施工過程中，通過增加橫橋向懸臂掛架數(shù)量

16、來調(diào)整施工平臺。 5）下塔柱9#17#分為兩肢，在10#13#節(jié)段施工中，將橫橋向直線段處掛架系統(tǒng)轉(zhuǎn)6）換到塔肢凹槽內(nèi)施工，液壓爬模系統(tǒng)正常爬升施工。7）施工至13節(jié)段時，塔柱兩側(cè)圓弧段的液壓爬模系統(tǒng)拆除4片。 8）施工至15節(jié)段時，在順橋向內(nèi)側(cè)面安裝液壓爬模系統(tǒng)。9）施工至17節(jié)段時，將凹槽內(nèi)的懸臂掛架系統(tǒng)拆除，安裝液壓爬模系統(tǒng)。10）施工至26節(jié)段后，將凹槽內(nèi)的液壓爬模系統(tǒng)調(diào)整一次，直至31節(jié)段。 11）施工至32節(jié)段后，將順橋向內(nèi)側(cè)面的液壓爬模系統(tǒng)拆除，其余爬架系統(tǒng)正常施工。12）38節(jié)段完成后，橫橋向的液壓爬模系統(tǒng)拆除，安裝懸臂掛架系統(tǒng)，施工至塔頂。 液壓爬升采用爬軌及液壓油缸自爬升，大約1小時內(nèi)完成爬升動作；懸臂掛架采用塔吊提升，1-2小時內(nèi)完成。 7、結(jié)束語本文通過對索塔外形特點的研究，以采取比選的方法對爬模體系進行了科學(xué)合理的分析，在盡可能滿足索塔外形的條件下克服了工期、成本及安全等方面的難題，設(shè)計出了適合千廝門大橋索塔的一套爬模體系，為后續(xù)索塔的施工提供了良好的技術(shù)保證，也為本項目關(guān)鍵線路上的工期保證打下了良好的基礎(chǔ)。后期施工中我們將再接再厲，通過大家共同的努力來克服施工中遇到的種種難題，確保本工程安全、經(jīng)濟、高效的完成！