【摘要】本文介紹了國內第一斜拉橋南京長江二橋南北主塔預應力真空輔助吸漿工藝、中塔柱橫撐方案、勁性骨架安裝等在塔柱施工中的方案選擇與工藝應用。
【關鍵詞】南京長江二橋南汊大橋 索塔 真空輔助吸漿 橫撐 勁性骨架 施工爬架

一、前言
南京長江二橋南汊大橋南、北主塔于1998年12月18日澆注第一次索塔混凝土，至1999年10月10日勝利封頂，歷時十個月，共計完成19082m3C50混凝土澆注任務，高速度、高標準建成近200m高南、北兩座索塔。且無論是內在質量還是表面外觀質量都上了一個新的臺階。

二、索塔構造
索塔采用空間倒Y形，底面高程-5.00m，頂面高程+190.4m，總高度為195.41m。索塔包括下、中、上塔柱和橫梁，以及索塔附屬結構設施。下塔柱高度 35.11m，內側面和外側面的斜率分別為1：2.7383，1：3.4021，順橋向、橫橋向斷面尺寸由 12.0m*7.0m向上漸變至7.5m*4.5m；中塔柱高度95.30m，斜率為1：5．8395，斷面尺寸為7.5m*4.5m；上塔柱為相互平行、豎直向上的分離雙柱，高度 65m，斷面尺寸7.5m*4.5m不變，其內有 92道 U形預應力筋，40對斜拉索鋼套筒。上橫梁和中橫梁的長度均為 5.0m，斷面尺寸均為7.1m（寬度）*6.0m（高度），下橫梁的長度為46.64m，斷面尺寸為7.56m（平均寬度）*8.0m（高度）。

三、垂直運輸設備及其布置方案的選擇
塔吊和電梯是斜拉橋索塔施工垂直運輸必不可少的設備，已有的高索塔垂直運輸設備布置方案有：一臺塔吊布置在塔位中心，穿過橫梁，或是-臺塔吊布置在索塔上、下游塔柱的一側，另一側布置電梯，隨索塔升高而升高。另一種方案是由兩臺塔吊和兩部電梯分別依附上、下游塔柱，并服務于各自的塔柱。
南京二橋南汊橋南、北索塔均處于水深流急的長江主航道，其圬工體積達到10000余m3，高達195.41m。施工人員和施工用材都是交通船駁送到塔位，再由垂直運輸設備送到塔柱施工段。如果把塔吊布置在塔位中心，那樣，塔吊標準節段將穿過下、中、上橫梁。不但給橫梁施工帶來不便和不必要的浪費，而且今后處理橫梁混凝土表面也很麻煩，特別是綜合上部結構施工，需要在上橫梁上安裝一臺塔吊，這樣，采用該方案顯然不合適。另外，下橫梁長達46.64m，中塔柱斜率大，上塔柱凈距只有 5.0m，考慮施工空間和塔吊最小吊距，上、下游各布一臺的方案也不現實（相互沖突，不能發揮塔吊的起重優勢）。
根據已有設備，綜合施工條件，我們選用一臺起吊能力為240t·m的ZSC4060全液壓塔吊安裝在距索塔中心線675m的岸側，施工電梯安裝在塔吊對稱位置的江側。這一方案不僅克服了以上方案的不足，還可以充分發揮其起吊能力大的優勢。

四、模板工程
南京二橋南汊橋南、北索塔為非對稱六邊形箱形斷面，下塔柱還是雙向變截面，加之索塔斜率大，對模板的排例布置帶來一定的困難，考慮塔柱在施工節段勁性骨架自身的抗傾能力，還有國產9m長標準鋼筋，施工節段的高度定為4.5m，整個素塔共分43個流水段。充分發揮大鋼模周轉次數多的優勢，保證精品工程索塔外觀質量。下塔柱和上塔柱共用部分模板，再增加一些變截面收分模配合使用；中塔柱模板按中塔柱傾斜度制成平行四邊形，每節模板 2．25m高，共分 3節，每次整體提升翻模兩節，內模亦如此，立在已澆注混凝土塔柱頂口錨固模板上，澆注混凝土高度為4.5m。

索塔下橫梁采用支架現澆施工（如圖 1），4個φ3.4m鋼護筒和 6根φ1.2m鋼管樁同四組貝雷架共同組成下橫梁施工主要承重結構，并用兩束預應力拉住下塔柱頂四。混凝土分兩層澆注，每層4.0m高，當第一層混凝土強度達到80％以后張拉部分預應力，以便第二層混凝土荷載由第一層混凝土和支架共同承擔。中、上橫梁通過在塔身預埋的牛腿搭設支架施工。

五、施工爬架
由于索塔所處場地限制、塔柱傾斜等原因，下塔柱施工依附雙壁銅圍堰塔設腳手支架，中、上塔往采用施工爬架作為施工平臺。
根據塔柱的截面形狀特點，綜合考慮垂直運輸條件、塔吊附著、上、中、下橫梁施工人員的登高條件等因素，索塔施工爬架擬在中塔柱開始應用，在中塔柱等一次施工節段上開始組裝，中間經過中橫梁轉向爬升直至施工頂部。
中塔柱四側布置爬架，上塔柱三側布置（內側空間不夠，搭設腳手支架），每個塔肢布置四個架體，分別為P1，P2架兩種類型，P1，P2架體分別由附墻段、工作段、導向機架、接長架等幾部分組成。
爬架在提升前要用葫蘆拉緊錨固段模板吊環，使架體受力，拆除爬架固定螺栓，然后均勻推進伸縮腳輪，使爬架附墻段離開塔面2～3cm，最后均勻拉緊葫蘆，使架體上升，架體到位后退回伸縮腳輪，調節吊點的松緊度，使架體下部先緊貼塔面，再調整爬架位置，對準固定螺栓孔位，將M2445號鋼螺栓擰進塔體中預埋的H形錐形螺母中，使附墻框緊貼塔面，一個爬升周期完成。

六、勁性骨架方案
勁性骨架作為索塔施工導向、鋼筋定位、模板固定之用，也是上塔柱U柱形預應力PT-plus塑料波紋管和斜拉索鋼套管定位安裝必不可少的。該結構采用A3鋼板及型鋼，設計鋼材用量先后為77kg／m3混凝土、65kg／m3混凝土、60kg／m3混凝土，通過優化設計方案，不但節約了鋼材，還加快了工程進度。
起初勁性骨架設計為 4.5m高，豎向分成四塊，安裝時一塊塊往已安裝好的勁性骨架上接高，每次接高兩節8塊9m高，澆注塔柱混凝土兩次。該種勁性骨架安裝方法的缺點是：每塊骨架在沒有安裝定位前不能放松吊點，占用吊點時間長，影響進度。于是把骨架設計加工成9m高。豎向仍為四塊，相對以前方案已經是節約了時間，但仍然占用吊點時間比較長。隨后又先后修改骨架設計為4.5m高和6.0m高整體全斷面吊裝方案，最后我們把每節骨架6m高整體全斷面吊裝定為施工方案，每次安裝兩節，選用12m長鋼筋，鋼筋接長采用冷擠壓鋼套筒工藝；斜拉索鋼套管棄用了傳統測量定位方法，開發利用“斜拉索鋼套管測量定位方法”專利技術，大大加快工程進度，提高勞動效率。

七、混凝土配合比選擇
索塔泵送混凝土垂直運輸采用水土攪拌站，利用德產SCHWING3000型輸送泵一次泵送到位。輸送泵管沿著塔柱由下往上接高，由于泵送高度達到190m，混凝土既要求強度達到50MPa以上，又要求保持一定的流動性，保證混凝土能夠一次泵送到位，因此我們根據不同泵送高度、不同施工季節，經過試驗對比，選擇了不同的配合比，不同外摻劑和不同粗骨料粒徑（詳見表1）。

八、中塔柱橫撐施工方案選擇
南京二橋南汊橋索塔中塔柱95.30m高，斜率1：5.8395，處于結構復雜、施工難度最大索塔行列，由于索塔兩柱逐漸往上施工過程將形成（中塔柱）大斜率懸臂受力狀態，因此必須對中塔柱分階段設置水平橫撐以抵抗斜柱懸臂所造成的中塔柱底段外側出現較大混凝土拉應力，避免出現混凝土裂縫。此外，隨著塔柱升高而升高的塔吊和電梯需要隔段設置附著，因此中塔柱橫撐亦須滿足塔吊和電梯附著技術要求。
傳統的索塔施工是在兩柱之間搭設滿堂支架，國內外普遍適用的方法也是逐段設置被動力橫撐的方法，如此設置在水平橫撐解除后，經受力分析和試驗檢測得出塔柱根部外側的殘余應力仍然很大。為避免這一不利情況出現，采用了設置主動力橫撐方法。
如果橫撐的道數過多，剛度大，則在拆除時由于結構內力將多次重分配，導致應力集中，給拆卸帶來困難，同時耗材也多；如果橫撐道數過少，剛度小，則又不能達到控制索塔位移與內力的目標。為此，我們經過多次計算分析，得出五道橫撐方案，每道橫撐由四根相同的鋼管水平設置；每兩根并排為一組，鋼管直徑609mm，壁厚為11mm。
事先設計橫撐一端與塔柱固結，另一端施力。考慮減少水平橫撐自重撓度和自由長度，增加核撐的整體剛度，方便橫撐的架設和施工，方案改成在下橫梁上加設4根豎向鋼管柱，橫撐分別支承在立柱牛腿上，中間斷開，兩端固結在塔柱上，待主動力施加完畢，再將橫撐中間連接好。其間用型鋼連接成桁架，有利于抵抗塔吊和電梯水平作用力（如圖3）。

施工過程中的施力，塔柱變位和應力變化等檢測數據均符合設計要求，證明水平主動橫撐方案是可行的。

九、塔柱預應力管道壓漿工藝和留孔材料選擇
南京二橋南汊橋南北索塔的上、中、下橫梁均為預應力混凝土結構，上塔柱拉索區設有92道 U形預應力筋，彎曲半徑 1.55m。
設計要求預應力管道采用真空吸漿工藝。考慮國內傳統普通壓漿工藝的成熟性，且真空吸漿工藝在國內采用尚屬首次，經研究決定用對比試驗論證選擇工藝，同時也對金屬波紋管、薄壁無縫鋼管、PT－plus塑料波紋管三種不同留孔材料在小半徑下安裝定位、張拉等施工工藝進行對比試驗，為U形預應力留孔材料的選擇提供了技術性參考。對比試驗在南京二橋南汊橋上塔柱1：1模型上進行。真空吸漿工藝是這樣的：關閉壓漿端密封蓋壓漿球閥，出漿端球閥已打開，真空泵開啟，并把管道真空度抽至1000mmbar以上，打開壓漿端球閥開始壓漿。維持真空泵開啟至出漿端球閥透明喉管吸進水泥漿，關閉球閥3（同時關閉真空泵），讓水泥漿流進廢漿桶，關閉球閥2，開啟出漿端密封蓋上的出氣孔。待水泥漿流出順暢時關閉出氣孔，持壓lmin，關閉壓漿端進漿球閥，一個壓漿流程完成。
1.孔道灌漿試驗結果（表2）

工藝評價：普通壓漿每孔壓漿至出漿約需7min，穩壓2min，共9min。真空吸漿工藝先用真空泵抽孔道內空氣至真空度達到0.1MPa時需要2min，孔道壓漿至出漿需 4min，持壓lmin，共7min，顯然速度比較快，而且可以事先抽掉孔道內空氣，關閉閥門保持真空度1000mmbar。
2.關于預應力孔道摩阻系數K，μ值
實測結果表明：無縫鋼管正反方向摩阻損失偏差較小，但摩阻系數為 0.36；金屬波紋管正、反向摩阻損失偏差較大，正向摩阻損失較小，反向摩阻損失較大，摩阻系數為0.24；PT-plus塑料波紋管摩阻系數為 0.20，為最小，反向測試的摩阻系數比正向摩阻系數還小，從摩阻系數測試結果及有關數據分析，索塔成孔材料采用PT－Plus塑料波紋管較為理想。
PT－Plus塑料波紋管強度大，不易損壞（焊渣燒不壞，人踩不扁），成孔有保證，但對于小半徑成形安裝有困難，材料供應商也是第一次碰到，如果不解決安裝問題，特別是高空作業，
肯定影響工程進度。通過不斷摸索和對材料特性的認識，我們按設計要求制成半徑為1.55m半 U形管孔道模，把PT-lus塑料波紋管住孔道模內強迫就位，再用噴燈加熱使其成形，安裝時用連接器把兩根半U形管連接定位到勁性骨架設計位置。這樣，不但把PT-Plus塑料波紋管安裝難的問題解決了，而且把高空作業變成了地面作業，行之有效。

十、結束語
高塔施工除了進行嚴密的勞動組織外，關鍵要根據實際情況，在施工工藝上進行突破，在技術上對方案進行謹慎分析比較，高空、立體、平行、交叉作業才有可靠保證。南京二橋斜拉橋索塔施工充分發揮先進設備的特殊功效和新技術新工藝的特殊作用，創造了日平均澆注索塔 2．25m高度的新記錄。全液壓 ZSC4060塔吊一次起吊全斷面 6m高勁性骨架、4.5m
高大鋼模15t重P1施工爬架；德國SCHWING混凝土輸送泵一次送混凝土190m高；預應力PT一Plus塑料波紋管高空作業變成地面操作工藝；預應力真空輔助吸漿工藝；“斜拉橋斜拉索套管測量定位法”專利技術等都是南京二橋南江橋南北索塔高速度、高標準建成的前提條件。