1 工程概况

　　新建援柬埔寨体育场项目南、北两侧各设1座高99m的人字形索塔，结构外形在标高72.000m处向平面外的偏移最大，为33m。项目效果如图1所示。

　　国内外斜拉索桥的索塔截面一般为标准的几何形状，沿高度方向的变化基本在一个平面内，结构变形产生的影响较小，通过成熟的施工技术可实现形体建造。调研国内外屋盖系统结构由两端混凝土结构支承的体育场，支承结构基本是规则的塔柱、剪力墙柱，高度低，施工操作简便。

　　2 爬升造塔平台设计

　　2.1 设计目的

　　索塔造型独特，双肢对称布置，截面自下而上逐渐缩减，左、右两肢分别由A～E 5个自由曲面组成，其中A～C 3个面由直线旋转向上且截面不断缩小形成，D,E 2个面由不同半径的弧旋转形成。为了保证施工安全、实现索塔结构形体，研发26.4m满堂脚手架平台、26.4～77.5m爬升造塔平台与77.5～99m定型悬挑平台三段式截面递减曲线爬升造塔平台，索塔截面递减及自由曲面如图2所示。

　　

　　图1 项目效果   

　　 

　　2.2 设计思路

　　基于对索塔结构形体外倾、模板高空组装安全、截面缩减导致造塔平台变化等因素的综合考虑，应用ABAQUS,ANSYS等结构计算软件，分析索塔在施工过程中各阶段的力学状态，结合BIM模型与CAD三维设计方法，提出此截面递减爬升造塔平台设计方案，为结构施工提供操作空间，解决结构施工难题。

　　

　　图2 索塔截面递减及自由曲面示意  

　　 

　　2.3 设计内容

　　整个平台的设计可分为3个阶段，第2阶段即26.400～77.500m标高段的施工难度最大，采用曲线倾斜爬升平台+局部挂架形式(见图3)。平台设置退模装置，满足定型模板高空组装的需求。

　　

　　图3 截面递减曲线爬升造塔平台设计 

　　 

　　截面递减爬升造塔平台设计内容包括确定爬升轨迹、埋件形式与位置、附墙挂座装置等;经多次讨论分析，最终确定了一条爬升最安全、高空转换工作量最少、效率最高的路径。

　　1)爬升轨迹设计

　　根据索塔造型曲率变化情况，造塔平台由爬升平台与挂架平台组合构成，其中爬升平台又分仰爬与俯爬两种形式，造塔平台组合形式及爬升剖面如图4所示。

　　

　　图4 造塔平台组合形式及爬升剖面  

　　 

　　其中，A～C面爬升平台的爬升范围为:(1)A面26.4～47.1m,2个单元，4榀架体;47.1～77.5m空间受限，变为1个单元;(2)B面26.4～47.1m,3个单元，6榀架体;47.1～65.8m空间受限，变为2个单元;(3)C面爬升范围26.4～65.8m,1个单元，2榀架体。平台爬升轨迹如图5所示。

　　

　　图5 造塔平台爬升轨迹  

　　 

　　2)附墙挂座装置

　　通过受力螺栓将附墙座固定于已预埋好的埋件上。为防止爬升平台向架体一侧倾斜导致整体偏移，在传统附墙座基础上，创新设计出附墙挂座“左进右限位”和“右进左限位”，如图6所示。

　　

　　图6 埋件附墙挂座  

　　 

　　对传统平台的桁架系统进行技术创新，在完全拟合倾斜爬升轨迹的基础上，调整桁架系统与平台梁的连接角度，确保造塔平台的平整性和安全性，平台梁与桁架系统的位置关系如图7所示。

　　

　　图7 平台梁与桁架系统的位置关系  

　　 

　　3)爬升次数及爬升高度

　　借助信息化模型进行空间架体及平台的设计和模拟，26.4～77.5m的爬架及挂架的设计应充分考虑各施工段模板垂直投影宽度，保证支撑架体的稳定性。随着索塔截面的不断缩减，爬架设计在47.1m位置处变换爬升路线。

　　架体及平台以完成模板设计的模型为底模型进行设计，采用BIM模型与CAD三维设计方法，对架体单元进行编号，并在空间中完成设计图纸绘制工作，爬架单榀架体设计如图8所示。

　　通过在BIM模型中模拟每段模板形状、悬挑平台宽度、爬升高度等因素对现场实施的影响程度，确定最优的爬升分段如表1所示。

　　

　　图8 爬架单榀架体设计  

　　 

　　  

　　表1 索塔单肢爬升高度 

　　 

　　 

　　

　　表1 索塔单肢爬升高度

　　3 爬升造塔平台施工

　　爬升造塔平台施工流程为:造塔平台地面拼装→安装埋件挂座、附墙挂座→插入承重插销→造塔平台吊装、固定到位→插入安全销→完善防护，安装主背楞及斜撑→施工段钢筋安装、模板高空组装、混凝土浇筑→平台斜撑后移，拆模并吊移→安装液压系统、导轨、挂座→利用液压系统提升导轨→造塔平台爬升到位→平台施工完毕。

　　3.1 造塔平台地面拼装

　　1)单榀承重三脚架安装(见图9)。单榀承重三脚架由承重三脚架立杆、吊平台立杆、液压平台立杆、吊平台立杆连接件和斜向支撑及固定于三脚架立杆上的附墙撑和换向盒组成。承重三脚架立杆与吊平台立杆通过平台立杆连接件连接，承重三脚架立杆对侧的液压平台立杆和吊平台立杆与固定在承重三脚架立杆和平台立杆连接件间的横梁连接。

　　

　　图9 承重三脚架安装  

　　 

　　2)48钢管扣件连接单榀承重三脚架。

　　3)安装主平台、液压平台、吊平台横梁。

　　4)48钢管扣件连接外围防护龙骨。

　　5)安装主平台模板后移装置。

　　6)安装液压系统换向装置及油缸，单元架体地面拼装完成(见图10)。

　　

　　图1 0 单元架体地面拼装完成效果  

　　 

　　3.2 造塔平台吊装、固定

　　1)进行架体试吊装，观察其在空中的稳定性，确定吊点位置。

　　2)预埋件安装。预埋前在爬锥孔内抹黄油，拧紧高强螺栓，保证混凝土不流入爬锥螺纹内，并用胶带及黄油包裹爬锥以便拆卸，如图11所示。

　　

　　图1 1 预埋件安装  

　　 

　　3)安装附墙挂座，架体吊装就位。

　　4)固定安全销，搭设临边安全防护。

　　5)安装液压平台上电气控制和升降系统。

　　6)安装爬升导轨，达到爬升条件。

　　3.3 造塔平台爬升流程(见图12)

　　待本层施工完成后，爬架需进行爬升，以便进行上层结构施工，爬升流程如图12所示。

　　

　　图1 2 爬升流程  

　　 

　　3.4 造塔平台47.1m处变轨操作流程

　　1)完成该段混凝土浇筑后，拆除模板、主背楞及主背楞斜撑，安装下层挂座。

　　2)松开导轨尾撑，拆除导轨。

　　3)拆除下层挂座、爬锥及液压系统。

　　4)拆除安全销及下架体。

　　5)重新拼装架体，吊装至对应埋件挂座处，插入安全销。

　　6)安装液压系统，进一步完善平台防护，爬架变轨操作完成。

　　3.5 造塔平台原轨迹下落工艺

　　A～C 3个面为爬架爬升面，索塔饰面清水混凝土自上而下施工，爬架须采用“向下滑降”(即反向爬升)工艺，与可实现自动控制的爬升工艺不同，滑降的每榀架体须人工控制换向装置的半月牙形机爪实现向下滑降。以1榀爬架平台为例，向下滑降的施工工艺为:(1)拔去安全销;(2)油缸给油向下顶;(3)下机爪固定于导轨提档;(4)向上扳动上机爪;(5)油缸回油，架体随千斤顶自然下降;(6)向下扳动上机爪固定于导轨提档;(7)重复步骤(2)～(6)直至架体下降至下层挂座位置，固定安全销。

　　D,E面为挂架，采用塔式起重机吊装，与安装上层架体平台类似，挂架拆除后，吊装至下一层预留孔洞位置处进行安装固定。

　　4 结语

　　本工程应用了一种超高异形索塔结构截面递减爬升造塔平台施工技术。应用BIM技术及CAD三维设计方法，在空间中完成模架体系的图纸设计及出图工作，保证应用于索塔结构的架体整体稳定性好、安全可靠。同时，实现了架体加工与拼装的专业化生产，减少了一次性成本投入，提高了施工效率。目前应用于该项目索塔结构的架体达到了设计要求，可为类似结构或构筑物的形体实现提供借鉴。