摘要：随着我国经济迅猛发展，基础设施建设也呈现跃跃欲试的景象。桥
梁建设是其中一项比较重要的项目。重庆作为中国最年轻的直辖市，号称“中国桥都”和“桥梁博物馆”，截止到2010年底，重庆地区再建或已经建成通车的桥梁达到6000座以上，桥型也千变万化，种类多种多样。桥型新颖了，但施工难度确增加不少。重庆嘉悦大桥作为我市第一座“矮塔”斜拉桥，其构造相当复杂，造型优美。
关键词：矮塔 斜拉桥 塔柱外倾
一、引言
纵观当今桥梁建筑，美学要求越来越突出，异型结构因此越来越多。有许多市区桥梁为减少工程量和少占用空间，其立柱均设计成独柱分叉状。而在大跨径斜拉桥梁中，其墩（或塔）柱均设成A形、人形、Y形或倒Y形。一方面，这些结构增加了建筑物的美感，而另一方面也无疑给施工增大了难度。近年来，在倾斜状结构施工中，因措施不当导致质量和安全事故时有发生，造成巨大的经济损失和大量的人员伤亡。
以往大型倾斜结构，设计单位基本未考虑定位设计，而是由施工单位提出定位方案经过相关部门审批即可。目前，对于塔（墩）柱施工，许多设计已经将此项内容纳入结构设计中，但主要是针对钢筋。一般的考虑是加设劲性型钢骨架和控制节段施工高度，从而确保施工质量和安全。而加设劲性型钢骨架这一措施，在学术届存在较大分歧。一部分人认为：加设劲性型钢骨架后不但保证了定位准确和施工安全，还适当的增大了配筋率，起到了加强结构的作用；而另一部分人认为：由于骨架和钢筋的冲突使得施工困难，且因骨架与混凝土的相互约束作用，在混凝土强度形成过程中造成内部结构一定程度的微观破坏，不利于结构。笔者认为：应该加设劲性型钢骨架或采取类似的措施。
而模板的定位就更加困难，因它要承受混凝土灌注冲击力、部分混凝土及钢筋自重、施工措施荷载和风雪荷载等所产生的巨大外倾力，外加施工高度较大，经常处于深沟河谷的危险环境等。在模板设计时，施工单位必须把它列为重点进行详细的计算验证。而国家相关规定也明确了高大模板专项方案必须通过专家论证，可行后方可进入现场实施。
笔者现亲历重庆嘉悦大桥工程，希望在倾斜结构的定位施工技术方面与大家进行交流。 二、结构特点
本工程结构设计新颖。在西南地区属首创，乃至在全国也少见。其主塔柱单塔截面为空心薄壁
0
矩形，双塔立面呈Y形。下塔柱尺寸三边渐变收分，上塔柱最大倾斜角度22，离地高度达到120米。钢筋设计为Ⅲ级束状周边布置，采用剥肋直螺纹接头形式。其结构构造设计见附图一。
本工程施工有如下几个特点：
1、高，一是结构高度达到120余米，要特别注意施工安全；二是施工精度要求高，结构外表面按照清水混凝土施工。
2、大，一是结构尺寸大，混凝土方量大，要按照大体积混凝土技术进行施工（本文不作讨论），二是模板要求采用大面积模板，必须进行精心设计。
3、难，高空倾斜施工定位技术难。 三、施工设计及施工
3.1钢筋 3.1.1连接
钢筋的连接在设计中已经明确，采用直螺纹接头。根据现场情况，钢筋分节高度与节段施工高度一致，直立收分段采取4.5米，外倾段采取3米。一般露出混凝土面0.5米和1.8米，即同一断面按照50% 错开布置接头。由于钢筋制作和安装的误差，特别是混凝土节段逐渐升高带来的累计误差，可能使原来预留出混凝土短的50%那一部分钢筋露出的长度越来越短，造成连接困难，因此，在施工到一定程度时，需要重新调整配置钢筋的接长长度。
3.1.2 脚手架
由于塔柱为从直立收分变为外倾斜状，原方案中在直立收分段采用在导向模板上设定型型钢脚手架，而外倾段考虑在已灌注混凝土上设埋件加焊牛腿再搁置定型型钢脚手架的办法（如附图二）。该方法有以下缺点：一是浪费材料，虽然技术受力可行，但一个位置的埋件和牛腿最多只能保证两段钢筋施工，之后又要重新考虑设置牛腿，使得多用埋件和焊条。二是操作困难，牛腿在焊接时需另外设吊蓝架而显得十分繁琐，加之悬空操作且操作面窄，使得施工无比困难。三是牛腿埋件剔除后需经过二次处理以确保外观质量。四是由于重复的设置牛腿和焊接安装的困难，无形中延长了工期。五是高空悬空作业增加了安全隐患。
在实际施工中，考虑到脚手架上仅有施工人员、小型焊接连接设备，以及脚手架自重，总荷载不超过10kN，因此，采用短边模板包长边模板的办法，把短边模板适当加固，在其端头设可拆卸式（也可固定）定型型钢牛腿（如附图三），其上再设置脚手架，起到同时解决上述难题的作用。
其工作原理是：脚手架与牛腿连接后，所有施工荷载通过连接螺栓或焊接缝传递给短边模板，短边模板靠自身刚度再通过拉杆传递给已浇混凝土。由于每一节段模板都可设置牛腿，在模板翻移时，牛腿跟着上翻，既方便又快捷。当然，其连接和受力都需经过严格计算，以确保施工的安全。
A、原模板加固
上一段混凝土完成后，在安装脚手架前，对短边导向模板所有拉杆重新紧固。将模板端头75角钢与原8号槽钢背楞加强焊接，角钢槽内侧还可设三角筋板。把需要连接牛腿位置的75角钢肢加宽，使其连接面不小于200*300mm，保证牛腿与角钢有4个螺栓连接。此工作在加工模板时就可以完成。
B、牛腿的设计和连接
牛腿同样采用75 角钢，将设有￠18螺栓孔的1~1.5厘米厚200*300mm钢板与牛腿角钢焊接，然后用￠16螺栓与模板端头加宽位置连接。
C、脚手架设计和连接
为减轻脚手架自重，脚手架材料均采用轻型型钢。每层（共三层）操作平台均铺焊钢板网，外侧按照安全防护规定设护栏。脚手架宽度60~80cm，高度3~4米，长度6.15m（结构长度加模板厚度）。脚手架立柱脚和牛腿上相应位置设200*300钢板，两者用螺栓连接，螺栓孔￠18 ，螺栓￠16 。
3.1.3型钢骨架定位 A、型钢的设计
由于断面为渐变收分和外倾，钢筋的定位尤其重要。采用结构内设型钢骨架定位，但必须解决的是骨架与钢筋的冲突矛盾。一种方法是将多肢箍筋改为对拉筋，但是考虑到此桥的特殊性和抗震要求而放弃。另一种方法是凡与型钢冲突的钢筋均割断，然后加设L形钢筋将其与型钢焊牢。型钢骨架设成桁架形，沿着断面钢筋周圈布置。立柱为L100，长边共3根，短边2 根，其长度与钢筋分节段长度匹配；横联为L75，4.5米节段设3~4道，3米节段设2~3道。斜撑为L50。节点采用加缀板焊接。具体设计见附图四。
B、施工步骤
首先是测量定线挂线，然后将立柱与上一节段混凝土面留出的型钢对位焊接，接着焊接横联，最后加焊斜撑。在钢筋安装前，测量还要在骨架上二次定线，有必要进行纠偏。所有焊接均严格按照施工规范进行检查验收。
3.2模板
模板设计施工是个重点。由于该工程是按照清水混凝土的要求施工，为求美观，采用了大块定
制钢模翻模施工手法，型钢肋骨、拉杆锁固、斜拉定位的措施。具体设计见附图五。
3.2.1面板
根据结构断面尺寸和分节段情况，在高度上设为1.5米，长度为塔柱长边做成6米，短边作成4米，即短边包长边。面板厚度0.6厘米，Q235钢材。必须注意：由于塔柱成外倾斜状，每一节段内外都有一个高差，外弧需要补充一块窄模以调节到同一高程。同样，拉杆也有一个错位的情况，后面将作说明。采用专用脱模剂。
3.2.2背肋、背楞
边框采用普通75角钢，上下连接处设成偏搭接形式，以防止漏浆。板后背肋采用普通8号槽钢，间距为30厘米。背肋与面板均采取间断焊，焊缝长5厘米，间隔距离15厘米。（此步骤注意施焊顺序，以防变形）背楞采用双肢12.6槽钢，每块模板设两道背楞，距离1米。
3.2.3拉杆
采用45号直径25毫米的圆条钢，水平间隔距离65~110厘米，竖向间隔距离50~100厘米，戴双螺帽。本方法采用了短边包长边的办法，由于结构中空，角部一定范围不便设拉杆（如果设穿通对拉浪费材料），因此在角部设硬腿加固（见附图五大样一）。对于内外弧模板高度不一造成拉杆错位的问题，我们考虑了一种通用各种倾斜度的附加背楞的办法，即在原横向背楞外层再设一道竖向背楞，拉杆可以任意布置而避免了弯折（见附图五立面图和平面图）。
3.2.4定位 A、拉索定位
斜拉索有两种，一种是体内，一种是体外。对于前者适用于施工高度不大，直立收分段；对于后者，适用于外倾段且塔两肢距离较小的节段。体外拉索主要采用直径21.5mm钢丝绳对拉，10吨葫芦收紧，每一个断面设3~4组（具体布置见附图五）。
B、龙门杆件定位
对于外倾且两肢塔柱距离较大，采用万能杆件龙门架定位。龙门架可以起到对拉对顶的作用，确保了混凝土灌注过程中模板变位在控制范围。龙门架采用双肢万能杆件拼装，支架高34m，宽20m，中间设一道横联。对拉钢丝绳采用2υ28布置，每根预拉10吨力。（具体布置见附图六）
3.2.5模板设计计算 3.2.5.1计算荷载
倾斜段浇注高度定为4.5m和3.0m两种。现按4.5m高度进行模板设计，而一段塔柱（4.5m）混凝土必须在初凝（6～8h）前完成，混凝土方量约为64方，混凝土的浇筑速度v=0.75m/h。
作用于模板的最大侧压力Pmax为：
1/2
Pmax=0.22×Υ×t0×K1×K2×v或Pmax=k×Υ×h（二者取其小值）； 其中，Pmax为新浇注混凝土对模板的最大侧压力（kPa）； h为有效压头高度（h）； v为混凝土的浇筑速度（m/h），一次浇筑高度为4.5m，则v=4.5m/6h=0.75m/h； t0为新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定；
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Υ为混凝土的容重（KN/m），取24KN/m；
K1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝作用的外加剂时取1.2； K2为混凝土坍落度影响修正系数，取1.15；
1/2
1、按《公路桥涵施工技术规范》，Pmax=0.22×Υ×t0×K1×K2×v代入数据，则Pmax=0.22
31/2
×24KN/m×6×1.2×1.15×0.75=37.86kPa。
2、最不利情况为塔柱外倾最大的时候。塔柱模板外倾角最大为
a=68°，现拟将模板竖直方向范围以外的混凝土荷载（即外倾部分混凝土荷载）考虑为作用在外倾模板的荷载P2，P1为沿竖直方向AB计算的浇筑混凝土时对模板的侧压力。
P1=37.86KPa
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P2=4.0691m*2.4t/m*6m/4.5m/6m=21.7KPa 将P1、P2沿上图所示的x—x方向进行分解，
得出P=P1*cos22°+P2*sin22°=37.86cos22°+21.7*sin22°=35.1+8.13=43.23KPa 3、对于外倾模板，根据《路桥施工计算手册》，倾倒混凝土时对侧面模板产生的水平荷载P，由Pmax=K×Υ×h可计算混凝土浇筑时对侧模板的侧压力，其中k为外加剂修正系数（不加时，K=1；掺缓凝外加剂时，k=1.2），h为有效压头高度。
当倾斜角≥55°时，沿浇筑竖直面计算h，而弧形段模板外倾角为68°。 由v/T=0.75/30=0.025<0.035,其中，v为砼浇筑速度（m/h）；T为砼入模时的温度（℃）。则h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×0.025=0.8425m
3
则Pmax=k×Υ×h=1.2×24KN/m×0.8425m=24.264kPa
4、另外，考虑振捣混凝土时对模板产生的侧向荷载4.0kPa，则Pmax=43.23+24.264+4.0=71.49kPa。
3.2.5.2模板计算 1、面板强度计算 （1）强度验算
模板的面板被纵横肋分割成许多小块方格，根据方格的长宽尺寸比例lx=30cm，ly=20～80cm（Lx、Ly分别为楞方的横、竖向间距）。
由Lx/Ly=30cm/80cm=0.375<0.5,因此，本模板工程的面板应按单向板考虑。 查《路桥施工计
ql2ql4算手册》“模板工程部分”相关章节得：模板在均布荷载作用下的弯矩M=，挠度f=，式
10128EI中l取lx和ly的最小值。
现取1mm宽的板条作为计算单元，荷载q为：q=71.49kPa×0.001m=71.49N/m=0.07149N/mm
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面板的截面系数：W=1/6bh=1/6×1×6=6mm
ql20.0712843002由M===643.41N.mm
1010则面板的应力为：σ=Mmax/W=643.41/6=107.2MPa<[σ]=215MPa，满足规范要求。 （2）挠度验算
ql4由f==
128EI0.0712843004=1.19mm<1.5mm,满足规范要求。 3161282.1105122、[8槽钢竖楞方计算
竖向楞方间距为300mm，初步设计采用[8槽钢，支承于横向外肋上。荷载q=Ph=0.071284×
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300=21.39N/mm，查《五金手册》得[8槽钢的截面系数W=25325mm，惯性矩I=1013000mm，竖向楞方现按2端带悬臂的（25cm+20cm+75cm+30cm）3跨连续梁结构计算其内力。
（1）结构模型
（2）弯矩示意图
Mmax= -1085820N.mm （3）应力示意图
σmax=42.875MPa<[σ]=215MPa，满足规范要求。 （4）变形（挠度）示意图
fmax=0.136mm<
l15003mm，满足规范要求。 5005003、2[12.6槽钢横楞方计算
横向楞方高度上间距为200～800mm，初步设计采用2[12.6槽钢。荷载q=Ph=0.071284×
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750=53.5N/mm，查《五金手册》得2[12.6槽钢的截面系数W=123334mm，惯性矩I=7697268mm，横向楞方现按20×30cm等跨连续梁结构进行计算。
（1）结构模型
（2）弯矩示意图
最大弯矩Mmax=384762N.mm （3）应力示意图
σmax=3.15MPa<[σ]=215MPa，满足规范要求。 （4）变形（挠度）示意图
结构变形很小，忽略不计。 （5）结论
a、面板、横、竖向楞方强度均满足规范要求；
b、根据面板、横、竖向楞方挠度，进行挠度组合为：
面板与竖向楞方组合：fmax=1.139+0.136=1.266mm<1.5mm 面板与横向楞方组合：fmax=1.19+0=1.19mm<1.5mm 可见，模板的变形满足设计及相关规范要求。 3.2.5.3拉杆计算 1、拉杆拉应力
模板拉杆设计选用Φ25的对拉杆，拉杆平面间距为La=1.2～1.5 m，高度上间距Lb=0.7～0.8m。
2
拉杆采用Q45号钢，查《钢结构设计规范》Q45号钢的容许拉应力为：[σ]=210MPa，As=4.91cm，
2
由[N]=As*[σ]=3.53cm*210MPa=103.11KN
由F=[P]×La×Lb（La为拉杆水平间距, Lb为拉杆高度间距）得可计算拉杆所承受的拉力。 由F=[P]×La×Lb=54.83KPa*1.5*0.8=65.796KN<103.11KN 2、拉杆抗剪应力
施工时拉杆与螺栓及混凝土面接触良好，可将拉杆考虑成处于纯剪状态。施工时的最不利状况为未拆除的那层导向模板承受的下一段3m高的模扳及施工荷载ΣP=30t
则拉杆所受的剪应力τ:
2
τ=P/A/20=30t/20/4.91cm=30.5MPa<[σ]=125MPa，满足规范要求。 四、结论
通过对该工程钢筋混凝土倾斜塔(墩)柱劲性骨架、模板的精确定位控制，成功地解决了该工程高难度、高危险的难题，而且缩短了工期，节约了成本，保障了施工质量，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.
[2]范立础.桥梁工程(高等教育教材上册)(第二版)[M].北京: 人民交通出版社,1986. [3]钢结构设计手册(GBJ17-88版)中国建筑工业出版社
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