近年來，自錨式懸索橋作為中等跨度橋梁中美觀和經(jīng)濟的橋型而格外受到青睞，我國已建成通車的自錨式懸索橋有平勝大橋、三漢磯大橋、萬新大橋等；還有一批自錨式懸索橋處于規(guī)劃、設(shè)計和施工中，如目前正在施工中的江東大橋、獵德大橋、南京江心洲大橋等。南京江心洲大橋為主跨248m的獨塔空間纜索自錨式懸索橋，獨塔承臺以上高度為107m，混凝土結(jié)構(gòu)，橋塔高跨比為0.32，長細比大。從設(shè)計的理念和思路上，該橋主塔均有其創(chuàng)新之處，同時，需要針對其結(jié)構(gòu)特點采用相應(yīng)的施工工藝和技術(shù)措施。
1 工程概況
南京江心洲大橋為獨塔空間纜索自錨式懸索橋，孔跨布置為(35+77+60+248+35)m。主橋邊跨跨度為137m，在邊跨設(shè)置一個輔助墩，將邊跨跨度劃分為(77+60)m；主跨跨度為248m，邊跨與主跨跨度比為0.55。系梁分兩幅設(shè)置，凈距為8.2m，兩幅主梁之間以多道橫梁連為一體，形成縱橫梁體系。主跨系梁采用鋼箱梁，邊跨及錨跨主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。主塔位于兩幅加勁梁的橫橋向中間位置，為獨柱型式。主塔在加勁梁下方設(shè)置一道鋼橫梁，對加勁梁提供豎向支承。在主塔鋼橫梁端部設(shè)置有一對斜拉索，該斜拉索錨固在主塔上端。在設(shè)計成橋狀態(tài)下，主跨主纜理論垂度為19.670m，矢跨比為1：12.43；邊跨主纜理論垂度為8.402m，矢跨比為1：15.83。主纜在橫橋向分為兩股，在邊跨位于豎直平面內(nèi)，錨固于橫梁中部；在主跨為空間索形，錨固于橫梁兩端。吊索在邊跨位于豎直平面內(nèi)，錨固于橫梁中部。該橋總體布置如圖1所示。
圖1 南京江心洲大橋總體布置
2 主塔結(jié)構(gòu)
設(shè)計江心洲大橋主塔承臺以上塔高107m，橋面以上塔高為80m，塔身為十六弧收坡變截面，一般為空心截面，局部為實心截面。主塔構(gòu)造如圖2所示，橋塔底部3m段為塔座，采用實心圓形變截面，由直徑14.3m塔座底截面(標(biāo)高4.345m)直線漸變至直徑11.3m塔座頂截面(標(biāo)高7.345m)。塔身頂部處(標(biāo)高96.545m)截面外輪廓尺寸為順橋向6m，橫橋向6m。橋塔在主鞍座下設(shè)有3m的實體段，該實體段根據(jù)受力需要設(shè)有直徑32mm的橫向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。橋塔在與橋塔鋼橫粱相交處截面局部加厚，在與斜拉索相交處設(shè)斜拉索錨固鋸齒塊。橋塔在這兩個部位根據(jù)受力需要均設(shè)有環(huán)向預(yù)應(yīng)力索，橋塔頂部設(shè)有鞍室及裝飾段。為了確保橋塔的剛度以及施工精度和施工質(zhì)量，設(shè)計時在主塔壁內(nèi)設(shè)置型鋼勁性骨架。
塔身設(shè)計的主要特點是：(1)多弧收坡，主體感強，造型美觀；(2)塔身斷面空心與實體相結(jié)合，“因地制宜”；(3)根據(jù)受力需要設(shè)置了環(huán)向及縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼絲束，做到塔身既堅固又輕巧美觀；(4)以懸吊鋼橫梁代替橋墩作支撐，構(gòu)造新穎。
圖2 南京江心洲大橋主塔構(gòu)造
3 鋼筋混凝土主塔斷面與施工工藝
由于景觀的需要，主塔采用了十六弧漸變收坡斷面，其中八弧是基本弧，由8個正反圓弧組成，另有8個小弧是基本弧的連接弧(見圖3)。
圖3 南京江心洲大橋塔身斷面
由于塔身高，斷面又復(fù)雜多變，是工程的一大難題，因此要求施工精度高，難度大。
根據(jù)上述特點，經(jīng)我們反復(fù)研究，塔身外模設(shè)計了“耐用WISA板可調(diào)提升模板體系”的獨創(chuàng)新工藝；塔身內(nèi)模采用鋼制井筒式整體提升模板，施工時提升便捷，3～5d即可完成一節(jié)塔身混凝土澆注循環(huán)。大大縮短塔身混凝土澆筑周期；取得了進度快，質(zhì)量好，投入少，施工安全，塔體美觀的效果。
3.1 模板體系的特點
本模板體系由8塊正反圓弧形WISA板與8塊垂50cm的小圓弧WISA板組成，由型鋼制腰帶及絲杠和扣件連接，并有附墻設(shè)備及腳手和護欄(見圖4)，僅用一節(jié)模板，高3.2m。它的特點如下。
(1)自帶附墻設(shè)施及腳手和護欄，操作快捷便利，3～5d可做一個循環(huán)。
(2)結(jié)構(gòu)簡明，僅用一節(jié)模板，高度小，僅為常用翻模的1/3，受力穩(wěn)固。
(3)模板采用耐用WISA板，一般可以倒用30～50次，模板可單塊整體后移60cm。
(4)采用絲杠調(diào)節(jié)弧度與鋸板調(diào)弧長相結(jié)合的獨創(chuàng)新工藝，做到一模到頂。
(5)利用錨固裝置使模板緊貼下層塔身混凝土表面，避免錯臺及漏漿。
(6)模板的垂度與傾斜可以通過調(diào)節(jié)螺桿進行調(diào)整。
(7)模板下部設(shè)有吊裝平臺，以便處理后續(xù)工序。
3.2 懸臂模板系統(tǒng)提升循環(huán)工藝流程
塔身混凝土澆筑完成達到一定強度后→外移模板→分單元提升模板和主構(gòu)架→固定在已成塔身混凝土上→綁扎塔體鋼筋→合模板→澆筑塔身混凝土。
混凝土強度達到15MPa時，懸臂模板才可爬升(避免爬錐拔出)。懸臂模板提升前要對塔吊提升系統(tǒng)進行認真檢查，確認無誤后方可提升。提升時分單元依次進行，緩慢提升保持系統(tǒng)基本水平。塔吊提升時，采用鋼絲繩掛在模板的提升鉤上，松開固定螺栓，將單元模板緩慢提升，提至上一層高度后，將模板緩慢靠近塔身，將模板主構(gòu)架落人與預(yù)埋在塔身混凝土中的爬錐相固接的支座槽內(nèi)，插入安全銷；依次提升其余單元模板。井筒式內(nèi)模提升也采取塔吊提升的辦法，提升時采用整體提升，一次提升到位后，螺栓固定。提升時應(yīng)有專人進行觀察并統(tǒng)一指揮，確保安全。當(dāng)上一節(jié)模板混凝土灌注完畢后，經(jīng)過養(yǎng)護，混凝土強度達15MPa以上，即可開始提升，同時進行鋼筋綁扎，模板對中固定后，灌注混凝土，養(yǎng)生。依此循環(huán)，直至塔身混凝土頂部實心段的底部。
3.3 混凝土澆注
考慮到塔身較高，塔身圓弧截面復(fù)雜，輸送泵管道布置困難，為保證塔身混凝土外觀，不出現(xiàn)錯臺、跑模現(xiàn)象，塔身混凝土灌注速度宜控制在0.4～0.6m/h，故混凝土采用塔吊和料斗配合進行灌注。根據(jù)現(xiàn)場配置的塔吊起重能力，制作2m3料斗，塔吊提升，在井筒內(nèi)模架頂部鋪設(shè)灌注操作平臺，混凝土通過滑槽進入模內(nèi)，插入式振搗器振搗。所有混凝土澆筑均采用水平分層進行，混凝土的自由傾落高度不大于2m，以防止混凝土離析。每次混凝土澆筑時應(yīng)連續(xù)進行，不得中斷。使用插入式振搗器應(yīng)快插慢拔，插點要均勻排列，逐點移動，順序進行，不得遺漏，做到均勻振實。移動間距不大于振搗作用半徑的1.5倍(一般為30～40cm)。振搗上一層時應(yīng)插入下層5cm，以消除兩層間的接縫。
澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進行。如必須間歇，其間歇時間應(yīng)盡量縮短，并應(yīng)在前層混凝土凝結(jié)之前，將次層混凝土澆筑完畢。間歇的最長時問應(yīng)按所用水泥品種、氣溫及混凝土凝結(jié)條件確定，一般超過2h應(yīng)按施工縫處理。
圖4 橋塔模板及支架結(jié)構(gòu)
