吉水贛江二橋斜拉橋塔梁同步施工技術(shù)

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摘 要：受安全、索塔偏位、索力和高程控制等因素影響，常規(guī)斜拉橋特別是混凝土梁斜拉橋一般采用先塔后梁施工方案，塔梁同步施工對(duì)縮短工期、節(jié)約成本具有明顯優(yōu)點(diǎn)，但也存在諸多難點(diǎn)。文章以吉水贛江二橋?yàn)楸尘?，介紹了特定條件下斜拉橋塔梁同步施工方法，針對(duì)塔梁同步施工中索塔垂直度、索力和高程控制、安全風(fēng)險(xiǎn)等影響因素提出了具體控制措施，對(duì)類似塔梁同步施工具有拓展和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：塔梁同步；塔柱垂直度；高程；索力；不平衡；控制

1 工程概況

吉水贛江二橋位于江西吉水縣城，跨贛江航道主橋采用（110+110）m獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。索塔高度90m，采用雙魚造型混合塔柱，17對(duì)斜拉索錨固區(qū)采用鋼塔，錨索區(qū)以下采用混凝土塔，兩者之間設(shè)置鋼混結(jié)合塔柱。主梁高3m、標(biāo)準(zhǔn)寬度36m，采用“π”型斷面，全橋共17個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段、1個(gè)塔梁固結(jié)段、2個(gè)邊跨現(xiàn)澆段和合攏段。其中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)5.5m、重450噸，采用前支點(diǎn)掛籃懸臂澆筑施工，塔梁固結(jié)段及邊跨直線段采用支架現(xiàn)澆施工，合攏段采用吊架施工。

全橋總工期26個(gè)月，因工期緊張，同時(shí)受特定施工條件限制，采用塔梁同步施工方案，通過(guò)分析影響塔梁同步施工的因素并制定相應(yīng)的控制措施，優(yōu)質(zhì)高效完成了斜拉橋施工。

2 總體施工方案背景

吉水贛江二橋主橋斜拉橋原設(shè)計(jì)采用先塔后梁施工方案，即塔柱全部施工完成后采用前點(diǎn)掛籃進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段懸臂澆筑施工，斜拉索在塔端錨固、梁端張拉，根據(jù)前支點(diǎn)掛籃施工工序，施工過(guò)程中斜拉索需張拉3次，分別在掛籃走行到位、混凝土澆筑一半、主梁預(yù)應(yīng)力張拉壓漿后各張拉1次。受施工荷載限制，前支點(diǎn)掛籃采用輕型長(zhǎng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

施工過(guò)程斜拉索前兩次張拉可利用掛籃前端牽索系統(tǒng)在掛籃上進(jìn)行，第三次張拉時(shí)由于張拉噸位的增加掛籃結(jié)構(gòu)受荷不夠，常規(guī)在掛籃前移后滯后張拉，根據(jù)掛籃結(jié)構(gòu)和張拉位置，第三次張拉需滯后兩對(duì)斜拉索，經(jīng)檢算斜拉索第三次索力滯后兩對(duì)張拉時(shí)主梁線形和應(yīng)力均不能滿足要求，特別是線形影響大，滯后張拉方案不能滿足要求，因此建議將斜拉索調(diào)整至塔端張拉。而鋼塔為箱室結(jié)構(gòu)，每節(jié)鋼塔由兩個(gè)獨(dú)立的箱室組成，塔柱全部施工完成后內(nèi)部空間狹小，不便于張拉設(shè)備的輸送和安裝。針對(duì)實(shí)際情況，經(jīng)各方商議研究，采用塔梁同步施工方案：主梁滯后鋼塔兩個(gè)節(jié)段施工（每節(jié)段對(duì)應(yīng)1對(duì)斜拉索），既滿足了主梁施工線形和應(yīng)力要求，又解決了斜拉索第三次張拉問(wèn)題。

3 塔梁同步施工難點(diǎn)及對(duì)策分析

對(duì)斜拉橋施工過(guò)程實(shí)施有效的控制，是確保成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。塔梁同步與先塔后梁施工方法的區(qū)別為塔柱承受荷載的階段不同，塔梁同步施工是在塔柱未形成整體之前便承受結(jié)構(gòu)恒載和施工荷載，因荷載的提前施加，塔柱垂直度、橫向剛度、鋼塔變形、索導(dǎo)管定位、索力控制等均與先塔后梁施工方案下的狀態(tài)不一致，需根據(jù)實(shí)際施工工況制定相應(yīng)的對(duì)策予以控制。

通過(guò)對(duì)塔梁同步施工工況的分析，主要有結(jié)構(gòu)即塔柱自身難點(diǎn)和施工控制難點(diǎn)。塔柱自身難點(diǎn)需根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定變形偏位和應(yīng)力是否滿足要求；施工控制可歸納為荷載控制、監(jiān)測(cè)控制、工序銜接控制，具體思路為通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定各類荷載控制參數(shù)和要求、各道工序的控制方法和各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方式的要求。

4 塔梁同步施工控制

4.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算主要根據(jù)塔梁同步施工工況對(duì)施工過(guò)程中開(kāi)口狀態(tài)下塔柱的剛度、變形和應(yīng)力計(jì)算。根據(jù)分析，可能受影響部位主要為鋼混段及以上鋼塔節(jié)段，具體驗(yàn)算工作由設(shè)計(jì)院進(jìn)行，并由監(jiān)控單位予以復(fù)核。驗(yàn)算思路為模擬各施工工況，據(jù)實(shí)施加結(jié)構(gòu)荷載、施工荷載、風(fēng)荷載及溫度作用力等。通過(guò)有限元模型分析結(jié)果表明：在最大風(fēng)荷載及施工工況作用下，鋼混段鋼結(jié)構(gòu)Miss應(yīng)力在0～24Mpa之間，混凝土主壓應(yīng)力大部分在0～-2.0Mpa范圍內(nèi)，局部最大應(yīng)力為3.5Mpa；上部鋼塔Miss應(yīng)力大部分在0～24Mpa范圍內(nèi)，應(yīng)力水平較低，未出現(xiàn)不利的應(yīng)力集中；開(kāi)口狀態(tài)下塔柱的變形可控，鋼塔塔壁最先失穩(wěn)，最低階的穩(wěn)定系數(shù)為60.7，塔柱穩(wěn)定性較好。

根據(jù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算表明：所制定的塔柱超前兩節(jié)段（兩對(duì)斜拉索）的塔梁同步施工方案總體可行，對(duì)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生不利影響。

4.2 荷載控制

塔梁施工過(guò)程，除結(jié)構(gòu)荷載和風(fēng)荷載外，所涉及的主要施工荷載有掛籃和模板系統(tǒng)荷載、各類安全平臺(tái)和防護(hù)欄桿荷載、施工機(jī)具荷載、橋面吊機(jī)、混凝土輸送通道、施工人員荷載等。

各類荷載控制是塔梁同步施工控制的重點(diǎn)，是保證塔柱垂直度和偏位、主梁線形和應(yīng)力、斜拉索結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。而在既定施工方案條件下，除了保證實(shí)際荷載與計(jì)算參數(shù)一致外，荷載控制的重點(diǎn)是控制不平衡荷載的大小。

施工前通過(guò)計(jì)算確定了各類荷載偏差值和不平衡荷載的允許值，在制定的施工方案條件下，要求不平衡施工荷載單向單側(cè)不超過(guò)10噸，特別是隨著懸臂跨度的增加，更需控制不平衡荷載的產(chǎn)生，橋面不得隨意增加施工荷載；其次需嚴(yán)格控制掛籃重量；施工過(guò)程應(yīng)保證混凝土配合比的穩(wěn)定性，分析計(jì)算時(shí)應(yīng)以混凝土實(shí)際容重作為計(jì)算參數(shù)。

恒載即混凝土澆筑控制：按照對(duì)稱、均衡澆筑的原則進(jìn)行，控制兩側(cè)懸臂端不平衡荷載不超過(guò)10噸，同時(shí)做到單側(cè)對(duì)稱澆筑。實(shí)際施工過(guò)程采取方量控制的方法，即兩側(cè)同步采用同規(guī)格混凝土運(yùn)輸車供料，澆筑過(guò)程專人監(jiān)控兩側(cè)布料情況，確保兩側(cè)澆筑方量基本一致。

施工荷載控制：施工過(guò)程產(chǎn)生不平衡荷載的主要施工荷載為材料、機(jī)具荷載。施工前做好各類材料、機(jī)具的分布位置和數(shù)量規(guī)劃，施工過(guò)程隨著懸臂增大對(duì)稱移動(dòng)，不得隨意增加材料的堆放。對(duì)移動(dòng)性較為隨意的橋面汽車吊機(jī)，由專人負(fù)責(zé)吊機(jī)的對(duì)稱布置，混凝土澆筑時(shí)，吊機(jī)均停放至0#塊主塔處。

掛籃荷載控制：為保證施工過(guò)程各項(xiàng)監(jiān)測(cè)計(jì)算的準(zhǔn)確性，施工前應(yīng)對(duì)掛籃和模板系統(tǒng)進(jìn)行稱重以便得到掛籃的準(zhǔn)確重量，另外明確掛籃上所需固定機(jī)具的安放方法和位置，不得在掛籃上隨意堆放材料機(jī)具，以便為各項(xiàng)計(jì)算提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定的參數(shù)。

掛籃前移工況控制：?jiǎn)蝹?cè)掛籃系統(tǒng)重量達(dá)210噸，掛籃前移時(shí)極易產(chǎn)生不平衡荷載，應(yīng)制定嚴(yán)格的掛籃前移細(xì)則，掛籃滑移軌道上應(yīng)標(biāo)識(shí)刻度，前移時(shí)兩側(cè)充分溝通，保證兩側(cè)掛籃前移偏差值不超過(guò)計(jì)算允許值，實(shí)際施工時(shí)在滑移軌道上間隔1cm標(biāo)識(shí)刻度，通過(guò)梁體縱坡和掛籃重心計(jì)算兩側(cè)前移偏差值為5cm。

其他荷載及風(fēng)荷載控制：嚴(yán)格按照制定的方案進(jìn)行施工平臺(tái)和防護(hù)欄桿等輔助措施的布置，施工過(guò)程密切關(guān)注氣象變化，風(fēng)力達(dá)到6級(jí)時(shí)不得進(jìn)行掛籃前移和混凝土澆筑作業(yè)。

4.3 施工監(jiān)測(cè)

施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括塔柱偏位、主梁線形和高程、索力、應(yīng)力等項(xiàng)目。

塔柱偏位、主梁線形及高程監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)方法主要以測(cè)量為手段，通過(guò)分析測(cè)量數(shù)據(jù)制定糾偏方法。施工前制定詳盡可行的測(cè)量方案和測(cè)量規(guī)則，經(jīng)審定后在施工過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行。首先保證測(cè)量網(wǎng)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定并定期復(fù)測(cè)，實(shí)施過(guò)程盡可能在同等條件下進(jìn)行同一項(xiàng)目的測(cè)量，為減小外界環(huán)境的干擾，本項(xiàng)目要求掛籃精確定位、立模標(biāo)高、塔柱定位和偏位檢測(cè)等測(cè)量工作均在每天溫度較低且較為穩(wěn)定的凌晨5點(diǎn)左右進(jìn)行，避免溫差影響測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；其次規(guī)范測(cè)量點(diǎn)位的布設(shè)方法和要求，確保測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固，布設(shè)部位同類可比。測(cè)量頻率滿足各項(xiàng)指標(biāo)分析要求。

索力監(jiān)測(cè)：索力監(jiān)測(cè)也是保證施工過(guò)程主梁線形和塔柱偏位及安全的重要因素。索力在每次張拉后均需測(cè)量，測(cè)量時(shí)必須確保無(wú)施工及外界干擾因素，保證測(cè)量值的準(zhǔn)確性。索力監(jiān)測(cè)的目的是保證索力對(duì)稱、均衡分布，同時(shí)做到各索力偏差值不超過(guò)監(jiān)控計(jì)算值的5%。

應(yīng)力監(jiān)測(cè)：應(yīng)力監(jiān)測(cè)指在施工過(guò)程對(duì)塔柱、主梁的不利截面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便掌控實(shí)際應(yīng)力狀況。本項(xiàng)目通過(guò)在塔柱和主梁不利節(jié)段中設(shè)置應(yīng)力傳感器的方式進(jìn)行監(jiān)控。

監(jiān)測(cè)計(jì)算：各項(xiàng)監(jiān)測(cè)的目的是為了對(duì)本道工序進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算并給下道工序提供施工依據(jù)和糾偏方法。通過(guò)建立有限元模型采用自適應(yīng)理論控制方法，以各項(xiàng)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，為下道工序提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4.4 塔柱壓縮量控制

塔柱上部錨索區(qū)為鋼塔，因塔梁同步施工與先塔后梁施工時(shí)塔柱承載的時(shí)間不一致，需根據(jù)實(shí)際狀態(tài)對(duì)塔柱壓縮量進(jìn)行調(diào)整，以便為索導(dǎo)管的安裝提供準(zhǔn)確坐標(biāo)值。具體采用倒裝法計(jì)算出每節(jié)段鋼塔安裝時(shí)鋼塔的壓縮值，在鋼塔制造時(shí)根據(jù)數(shù)值進(jìn)行匹配預(yù)留，在安裝時(shí)通過(guò)微調(diào)鋼塔節(jié)段間的環(huán)向焊縫厚度進(jìn)行定位。

4.5 工序銜接控制

工序銜接控制是為了保證梁塔實(shí)際受力狀況與分析計(jì)算狀態(tài)一致。本工程實(shí)施塔梁同步施工的主要前提是鋼塔節(jié)段安裝進(jìn)度超前兩對(duì)斜拉索安裝進(jìn)度，因此，在保證正常的工序銜接時(shí)，必須保證最低鋼塔安裝進(jìn)度，且必須保證超前安裝的兩個(gè)鋼塔節(jié)段所有焊縫焊接完成并檢測(cè)合格。

4.6 重點(diǎn)安全控制

安全控制主要分為結(jié)構(gòu)安全和施工人員安全，前述各方面主要指結(jié)構(gòu)受力安全，由于塔梁同步施工重疊交叉作業(yè)面多，且上塔柱鋼塔安裝過(guò)程施焊、定位作業(yè)時(shí)極易對(duì)橋面施工人員形成安全威脅，同時(shí)，大量的焊花和焊渣也容易損傷斜拉索保護(hù)層。因此，在施工過(guò)程中制定可靠的安全措施：施工過(guò)程對(duì)鋼塔設(shè)置大型、全封閉、升降式操作平臺(tái)，鋼塔施工過(guò)程所需的各類工具、材料均裝箱放置，避免工具或材料墜落至橋面，同時(shí)也避免了焊花或焊渣飄出塔外損傷斜拉索、燒傷橋面作業(yè)人員；其次在橋面設(shè)置安全區(qū)域，塔柱周邊設(shè)置封閉圍擋，禁止人員靠近，避免突發(fā)安全事故產(chǎn)生。

5 塔梁同步施工效果

根據(jù)施工過(guò)程監(jiān)控結(jié)果，斜拉索張拉及調(diào)索情況良好，成橋后斜拉索索力對(duì)稱、均衡，索力分布規(guī)律與理論吻合，實(shí)測(cè)索力與理論索力最大相對(duì)差在±5%以內(nèi)；通過(guò)施工階段對(duì)主梁線形的監(jiān)測(cè)分析和調(diào)整，成橋線形達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，主梁立模高程誤差控制在10mm以內(nèi)，成橋橋面高程與理論基本一致；主塔鋼塔節(jié)段安裝坐標(biāo)施工誤差基本在±5mm以內(nèi)，施工全過(guò)程主塔塔身偏位值在±3mm以內(nèi)，控制優(yōu)良；通過(guò)對(duì)各施工階段主梁及塔身內(nèi)力的檢測(cè)和分析結(jié)果，施工階段主梁及塔身各控制截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論預(yù)測(cè)結(jié)果一致，保證了大橋施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力安全。

根據(jù)成橋動(dòng)靜載試驗(yàn)結(jié)果，靜載條件下，其校驗(yàn)系數(shù)均小于1，表明測(cè)試截面具有一定的安全儲(chǔ)備，橋梁實(shí)際狀況要好于理論狀況；其相對(duì)殘余變位、相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20%，表明橋梁處于彈性工作狀態(tài)；在試驗(yàn)荷載條件下，主塔水平位移偏差為-8.49mm，滿足規(guī)范要求。動(dòng)荷載作用下，實(shí)測(cè)橋梁一階豎向自振頻率大于理論頻率，表明橋梁實(shí)際剛度大于理論剛度。

6 結(jié)論

本工程針對(duì)實(shí)際施工條件提出了塔梁同步施工的設(shè)想，通過(guò)對(duì)塔梁同步施工方案的可行性、施工過(guò)程控制難點(diǎn)的分析，對(duì)實(shí)際施工工序進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，制定了詳細(xì)可控的控制措施，成功實(shí)現(xiàn)塔梁同步施工，保證了施工過(guò)程塔梁的結(jié)構(gòu)安全和成橋后的線形及應(yīng)力，縮短了施工工期，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，對(duì)類似工程的施工具有參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1]洪穎，凡漢云.淺談吉水贛江特大橋施工監(jiān)控技術(shù)要點(diǎn)[J].江西公路科技，2015，（3）：36-38.

（作者單位：中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司）