一种超高空间钻石型四塔肢索塔及其施工方法

摘要

本发明公开了一种超高空间钻石型四塔肢索塔及其施工方法，在下塔肢横桥向设置对拉系统，纵桥向的下横梁合龙口设置顶推装置，控制索塔下塔柱两个方向内力；在四个中塔肢间设置顶推稳固系统，提高索塔稳定性；中塔柱钢筋采用钢筋部品施工，钢筋部品采用万吨米级塔吊吊装，通过设置塔吊附墙结构，承载较大水平剪力和拉力；四个中塔肢顶端的交汇段合龙前两个方向错节施工，为模板支撑系统提供操作空间；四个中塔肢合龙前通过双向临时锁定装置，解决四个中塔肢相对变形控制难的问题。本发明结构稳定且能有效控制四塔肢的相对变形。

权利要求

1.一种超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，超高空间钻石型四塔肢索塔包括：下塔柱，其包括四个下塔肢，纵桥向的两个下塔肢下端通过底座连接为一体，四个下塔肢的下端均向所述下塔柱的中心倾斜设置，四个下塔肢沿横桥向和纵桥向均呈对称设置，四个下塔肢的上端依次通过四个呈矩形布设的下横梁连接为一体；中塔柱，其包括四个中塔肢，四个中塔肢的下端分别连接至四个下塔肢的顶端，四个中塔肢的顶端向上朝向所述中塔柱的中心交汇形成交汇段；上塔柱，其下端连接至所述中塔柱顶端形成的交汇段顶端，所述上塔柱的顶端垂直向上延伸；其特征在于，包括如下步骤：步骤一：施工下塔柱的四个下塔肢和对应的底座，从下至上施工一段高度后，在横桥向的两个下塔肢之间均设置对拉系统，从而在横桥向的两个下塔肢之间产生向内的拉力F1，继续施工一段高度后，在横桥向的两个下塔肢之间再设置对拉系统，从而在横桥向的两个下塔肢之间产生向内的拉力F2，直至完成四个下塔肢和对应的底座的施工；

步骤二：施工下横梁，四个下横梁均为独立的L型结构，且四个L型结构的转角分别对应位于四个下塔肢的顶端，任意相邻的两个下横梁之间具有合龙口，四个下横梁施工完成后，在任意相邻的两个下横梁之间均设置临时锁定装置，在纵桥向的两个下横梁之间均设置顶推装置，形成对顶力F3，同时结合临时锁定装置控制四个下横梁合龙口之间的相对位移后，施工合龙口；

步骤三：施工中塔柱，首先在地面施工塔吊基础埋件，然后在下塔柱侧面安装大吨位塔吊，通过大吨位塔吊吊装提前在加工场内加工完成的钢筋部品，结合液压爬模从下至上依次施工中塔柱，在施工的中塔肢上安装附墙埋件，施工一段高度后，在附墙埋件和大吨位塔吊之间安装塔吊附墙结构，同时在施工完成的下塔肢之间安装顶推稳固系统，以提供中塔柱横桥向和纵桥向的主动顶推力，同时控制中塔柱施工过程中的相对位移，继续向上施工一段高度后，再次安装塔吊附墙结构和顶推稳固系统，直至完成中塔柱的施工；

步骤四：施工交汇段，交汇段纵桥向的塔肢上下错节施工，且错节高度不超过一个节段，横桥向的塔肢施工高度相同，施工完成后，根据塔柱内力监测结果，中塔肢合龙前调整中塔肢内设置的顶推稳固系统控制塔柱内力达到目标状态，然后通过临时锁定系统进行临时锁定后，进行合龙施工；

步骤五：施工上塔柱。

2.如权利要求1所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，所述步骤一中，拟定F1＝F2，式中：σX为下塔柱施工过程中不考虑对拉系统混凝拉应力与混凝土拉应力差值；

E为混凝土弹性模量；

IX为下塔肢横桥向塔肢截面惯性矩；

YX为下塔肢截面形心距离截面横桥向外壁距离；

H1、H2分别为F1、F2对应的对拉系统距离下塔肢下端的高度。

3.如权利要求2所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，所述步骤二中，对顶力式中：σY为成桥阶段考虑最不利荷载组合混凝拉应力与混凝土拉应力差值；

E为混凝土弹性模量；

IY为下塔肢纵桥向塔肢截面惯性矩；

YY为下塔肢截面形心距离截面纵桥向外壁距离；

H3为F3对应的临时锁定装置距离下塔肢下端的高度。

4.如权利要求1所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，对拉系统从下至上设置的层数根据对拉系统锚点位置塔壁局部受力确定，设置至少两层。

5.如权利要求1所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，所述顶推装置为千斤顶。

6.如权利要求1所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，所述步骤三中，中塔柱的四个中塔肢在施工过程中相对高差不超过1个节段。

7.如权利要求1所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，所述步骤三中顶推稳固系统包括顶推系统和固定结构，所述顶推系统在任意相邻的两个中塔肢之间设置一个并提供顶推力，所述固定结构呈十字交叉水平固定连接至四个中塔肢之间。

8.如权利要求1所述的超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，其特征在于，所述步骤四中，交汇段施工过程中，交互段边、中跨塔肢错节施工，拆除液压爬模内侧干扰爬架结构，而塔肢外侧爬架结构作为中塔柱合龙段模板支撑系统。

说明书

一种超高空间钻石型四塔肢索塔及其施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桥梁索塔施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种超高空间钻石型四塔肢索塔及其施工方法。

背景技术

[0002] 随着经济的发展，江河内通航交通更加繁忙，为了减少对航运的影响，过江桥梁跨径越来越大，索塔高度越来越大，为了提高索塔刚度，同时为了减少大断面索塔开裂的问
题，越来越多大跨度索塔结构更加倾向于空间钻石型四塔肢结构。对于超高空间钻石型索
塔结构，两塔肢结构索塔结构施工方法不再适用，主要有以下几个问题：1、施工过程中需要
控制横桥向和纵桥向内力，两塔肢结构塔柱内力对拉/对顶控制不再适用；2、超高空间钻石
型四索塔结构单个塔柱结构刚度小，施工过程中稳定性及相对位移控制更加突出；3、四塔
肢索塔施工量大，钢筋采用钢筋部品施工，部品整体吊装需要大型塔吊吊装；4、四塔肢合龙
前相对变形控制难度大，需要有效临时锁定装置；5、交汇段两个方向错节施工，错节施工空
间满足模板安装需求。

发明内容

[0003] 本发明的一个目的是提供一种超高空间钻石型四塔肢索塔及其施工方法，其结构稳定且能有效控制四塔肢的相对变形。

[0004] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超高空间钻石型四塔肢索塔，包括：

[0005] 下塔柱，其包括四个下塔肢，纵桥向的两个下塔肢下端通过底座连接为一体，四个下塔肢的下端均向所述下塔柱的中心倾斜设置，四个下塔肢沿横桥向和纵桥向均呈对称设
置，四个下塔肢的上端依次通过四个呈矩形布设的下横梁连接为一体；

[0006] 中塔柱，其包括四个中塔肢，四个中塔肢的下端分别连接至四个下塔肢的顶端，四个中塔肢的顶端向上朝向所述中塔柱的中心交汇形成交汇段；

[0007] 上塔柱，其下端连接至所述中塔柱顶端形成的交汇段顶端，所述上塔柱的顶端垂直向上延伸。

[0008] 本发明还提供了一种超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，包括如下步骤：

[0009] 步骤一：施工下塔柱的四个下塔肢和对应的底座，从下至上施工一段高度后，在横桥向的两个下塔肢之间均设置对拉系统，从而在横桥向的两个下塔肢之间产生向内的拉力
F1，继续施工一段高度后，在横桥向的两个下塔肢之间再设置对拉系统，从而在横桥向的两
个下塔肢之间产生向内的拉力F2，直至完成四个下塔肢和对应的底座的施工；

[0010] 步骤二：施工下横梁，四个下横梁均为独立的L型结构，且四个L型结构的转角分别对应位于四个下塔肢的顶端，任意相邻的两个下横梁之间具有合龙口，四个下横梁施工完
成后，在任意相邻的两个下横梁之间均设置临时锁定装置，在纵桥向的两个下横梁之间均
设置顶推装置，形成对顶力F3，同时结合临时锁定装置控制四个下横梁合龙口之间的相对
位移后，施工合龙口；

[0011] 步骤三：施工中塔柱，首先在地面施工塔吊基础埋件，然后在下塔柱侧面安装大吨位塔吊，通过大吨位塔吊吊装提前在加工场内加工完成的钢筋部品，结合液压爬模从下至
上依次施工中塔柱，在施工的中塔肢上安装附墙埋件，施工一段高度后，在附墙埋件和大吨
位塔吊之间安装塔吊附墙结构，同时在施工完成的下塔肢之间安装顶推稳固系统，以提供
中塔柱横桥向和纵桥向的主动顶推力，同时控制中塔柱施工过程中的相对位移，继续向上
施工一段高度后，再次安装塔吊附墙结构和顶推稳固系统，直至完成中塔柱的施工；

[0012] 步骤四：施工交汇段，交汇段纵桥向的塔肢上下错节施工，且错节高度不超过一个节段，横桥向的塔肢施工高度相同，施工完成后，根据塔柱内力监测结果，中塔肢合龙前调
整中塔肢内设置的顶推稳固系统控制塔柱内力达到目标状态，然后通过临时锁定系统进行
临时锁定后，进行合龙施工；

[0013] 步骤五：施工上塔柱。

[0014] 优选的是，所述步骤一中，拟定F1＝F2，

[0015] 式中：σX为下塔柱施工过程中不考虑对拉系统混凝拉应力与混凝土拉应力差值；

[0016] E为混凝土弹性模量；

[0017] IX为下塔肢横桥向塔肢截面惯性矩；

[0018] YX为下塔肢截面形心距离截面横桥向外壁距离；

[0019] H1、H2分别为F1、F2对应的对拉系统距离下塔肢下端的高度。

[0020] 优选的是，所述步骤二中，对顶力

[0021] 式中：σY为成桥阶段考虑最不利荷载组合混凝拉应力与混凝土拉应力差值；

[0022] E为混凝土弹性模量；

[0023] IY为下塔肢纵桥向塔肢截面惯性矩；

[0024] YY为下塔肢截面形心距离截面纵桥向外壁距离；

[0025] H3为F3对应的临时锁定装置距离下塔肢下端的高度。

[0026] 优选的是，对拉系统从下至上设置的层数根据对拉系统锚点位置塔壁局部受力确定，设置至少两层。

[0027] 优选的是，所述顶推装置为千斤顶。

[0028] 优选的是，所述步骤三中，中塔柱的四个中塔肢在施工过程中相对高差不超过1个节段。

[0029] 优选的是，所述步骤三中顶推稳固系统包括顶推系统和固定结构，所述顶推系统在任意相邻的两个中塔肢之间设置一个并提供顶推力，所述固定结构呈十字交叉水平固定
连接至四个中塔肢之间。

[0030] 优选的是，所述步骤四中，交汇段施工过程中，交互段边、中跨塔肢错节施工，拆除液压爬模内侧干扰爬架结构，而塔肢外侧爬架结构作为中塔柱合龙段模板支撑系统。

[0031] 本发明至少包括以下有益效果：

[0032] 本发明通过在下塔肢横桥向设置对拉系统，纵桥向的下横梁合龙口设置顶推装置，控制索塔下塔柱两个方向内力；在四个中塔肢间设置顶推稳固系统，提高索塔稳定性；
中塔柱钢筋采用钢筋部品施工，钢筋部品采用万吨米级塔吊吊装，通过设置塔吊附墙结构，
承载较大水平剪力和拉力；四个中塔肢顶端的交汇段合龙前两个方向错节施工，为模板支
撑系统提供操作空间；四个中塔肢合龙前通过双向临时锁定装置，解决四个中塔肢相对变
形控制难的问题。

[0033] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

[0034] 图1为本发明超高空间钻石型四塔肢索塔结构示意图；

[0035] 图2为本发明下塔柱及下横梁施工纵桥向结构示意图；

[0036] 图3为本发明下塔柱及下横梁施工横桥向结构示意图；

[0037] 图4为本发明下塔柱及下横梁施工俯视图；

[0038] 图5为本发明中塔柱施工立面图；

[0039] 图6为本发明中塔柱施工俯视图；

[0040] 图7为本发明交汇段开始施工结构示意图；

[0041] 图8为本发明交汇段施工完成结构示意图；

[0042] 图9为本发明交汇段施工俯视图。

[0043] 附图标记说明：

[0044] 1、下塔柱，2、下横梁，3、中塔柱，4、交汇段，5、上塔柱，6、对拉系统，7、临时锁定装置，8、顶推装置，9、塔吊基础埋件，10、顶推稳固系统，11、塔吊附墙结构，12、大吨位塔吊，
13、液压爬模，14、钢筋部品，15、附墙埋件，16、临时锁定系统。

具体实施方式

[0045] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0046] 需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵
向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，
并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因
此不能理解为对本发明的限制。

[0047] 本申请的纵桥向即塔柱边跨、中跨方向，本申请的横桥向即塔柱的上游、下游方向。

[0048] 如图1所示，本发明提供一种超高空间钻石型四塔肢索塔，包括：

[0049] 下塔柱1，其包括四个下塔肢，纵桥向的两个下塔肢下端通过底座连接为一体，四个下塔肢的下端均向所述下塔柱1的中心倾斜设置，四个下塔肢沿横桥向和纵桥向均呈对
称设置，四个下塔肢的上端依次通过四个呈矩形布设的下横梁2连接为一体；

[0050] 中塔柱3，其包括四个中塔肢，四个中塔肢的下端分别连接至四个下塔肢的顶端，四个中塔肢的顶端向上朝向所述中塔柱3的中心交汇形成交汇段4；

[0051] 上塔柱5，其下端连接至所述中塔柱3顶端形成的交汇段4顶端，所述上塔柱5的顶端垂直向上延伸。

[0052] 如图2至9所示，本发明还提供一种超高空间钻石型四塔肢索塔施工方法，包括如下步骤：

[0053] 步骤一：如图2至4所示，施工下塔柱1的四个下塔肢和对应的底座，从下至上施工一段高度后，在横桥向的两个下塔肢之间均设置对拉系统6，从而在横桥向的两个下塔肢之
间产生向内的拉力F1，继续施工一段高度后，在横桥向的两个下塔肢之间再设置对拉系统
6，从而在横桥向的两个下塔肢之间产生向内的拉力F2，直至完成四个下塔肢和对应的底座
的施工；

[0054] 步骤二：施工下横梁2，四个下横梁2均为独立的L型结构，且四个L型结构的转角分别对应位于四个下塔肢的顶端，任意相邻的两个下横梁2之间具有合龙口，四个下横梁2施
工完成后，在任意相邻的两个下横梁2之间均设置临时锁定装置7，在纵桥向的两个下横梁2
之间均设置顶推装置8，形成对顶力F3，同时结合临时锁定装置7控制四个下横梁2合龙口之
间的相对位移后，施工合龙口；

[0055] 空间钻石型索塔下塔肢横桥向倾角大，为了避免下塔柱1施工过程中拉应力超限，下塔肢横桥向设置对拉系统6，拉力分别为F1和F2，如图3标注，为了便于施工过程中控制拟
定F1＝F2；为了改善成桥后塔柱内力，减少下塔柱1的截面尺寸，纵桥向的下横梁2合龙前需
要顶推装置8即千斤顶对顶，对顶力大小为F3，如图2标注。

[0056] F1、F2、F3求解方法如下：

[0057]

[0058]

[0059] 式中：σX为下塔柱1施工过程中不考虑对拉系统6混凝拉应力与混凝土拉应力差值；

[0060] σY为成桥阶段考虑最不利荷载组合混凝拉应力与混凝土拉应力差值；

[0061] E为混凝土弹性模量；

[0062] IX、IY分别为塔肢横桥向和纵桥向塔肢截面惯性矩；

[0063] YX、YY分别为塔肢截面形心距离截面横桥向和纵桥向外壁距离；

[0064] 对拉系统6对拉层数可根据对拉系统6锚点位置塔壁局部受力确定，不限于上述给出的两层，如果是更多层，则对拉系统6的拉力分别为F1、F2、F4、F5等，且数值相等，均通过
上述公式计算，对拉系统6设置的层数更多，每层的拉力值设置的更小，根据实际施工情况
合理设置。

[0065] 四个下横梁2分为4个独立L型结构浇筑(L1、L2、L3、L4)，如图4标注，可减少相邻塔肢之间影响，4个L形结构浇筑顺序根据施工组织确定；合龙段浇筑前合龙口设置临时锁定
装置7，临时锁定装置7应具备一定刚度，控制横梁合龙口相对位移。

[0066] 步骤三：如图5和图6所示，施工中塔柱3，首先在地面施工塔吊基础埋件9，然后在下塔柱1侧面安装大吨位塔吊12，通过大吨位塔吊12吊装提前在加工场内加工完成的钢筋
部品14，结合液压爬模13从下至上依次施工中塔柱3，在施工的中塔肢上安装附墙埋件15，
施工一段高度后，在附墙埋件15和大吨位塔吊12之间安装塔吊附墙结构11，同时在施工完
成的下塔肢之间安装顶推稳固系统10，以提供中塔柱3横桥向和纵桥向的主动顶推力，同时
控制中塔柱3施工过程中的相对位移，继续向上施工一段高度后，再次安装塔吊附墙结构11
和顶推稳固系统10，直至完成中塔柱3的施工；

[0067] 中塔柱3钢筋采用钢筋部品14整体吊装施工，钢筋部品14在钢筋加工场内自动化成型，钢筋部品14重量大，吊幅远，采用万吨米级塔吊吊装，塔吊荷载大，塔吊基础埋件9结
构既能抗拉和抗压，减少承台局部开裂问题，塔吊附墙结构11受力大，塔吊附墙结构11及附
墙埋件15设置抗剪和抗拉结构，承受塔吊剪力和拉力。

[0068] 为了减少各个塔肢龄期差带来成桥阶段四塔肢不均匀收缩和徐变带来次内力问题，中塔柱3四个塔肢施工过程中相对高差不能超过1个节段。

[0069] 中塔柱3四个塔肢间设置四塔肢顶推稳固系统10，既能提供横桥向和纵桥向主动顶推力，又能提高四塔肢结构施工过程抗风稳定性和控制四塔肢结构施工中相对位移。顶
推稳固系统10由顶推系统和固定结构组成，所述顶推系统在任意相邻的两个中塔肢之间设
置一个并提供顶推力，所述固定结构呈十字交叉水平固定连接至四个中塔肢之间，四塔肢
顶推系统能提供塔柱横桥向和纵桥向推力，固定结构由交叉撑组成，固定结构通过塔柱包
边梁和顶推系统相连。

[0070] 步骤四：如图7至9所示，施工交汇段4，交汇段4纵桥向的塔肢上下错节施工，且错节高度不超过一个节段，横桥向的塔肢施工高度相同，施工完成后，根据塔柱内力监测结
果，中塔肢合龙前调整中塔肢内设置的顶推稳固系统10控制塔柱内力达到目标状态，然后
通过临时锁定系统16进行临时锁定后，进行合龙施工；

[0071] 交汇段4四塔肢净间距较小，且纵桥向净间距比横桥向净间距小，交汇段4塔柱的边跨、中跨侧塔肢错节施工，错节高度不超过一个节段。

[0072] 同边跨和同中跨塔柱施工高度相同，交互段边、中跨塔肢错节施工，并拆除液压爬模13内侧干扰爬架结构，塔肢外侧爬架结构作为中塔柱3合龙段模板支撑系统。

[0073] 四塔肢内力控制，根据塔柱内力监测结果，四塔柱合龙前调整四塔肢顶推稳固系统10内力控制塔柱内力达到目标状态。

[0074] 四塔肢临时锁定，安装适用于四塔肢临时锁定系统16，在任意相邻的两个塔肢之间均设置临时锁定系统16，四塔肢临时锁定系统16既能抗拉又能抗压，能有效控制四塔肢
相对位移，减少外荷载对四塔肢合龙段混凝土干扰。

[0075] 步骤五：施工上塔柱5。

[0076] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。