（68+120+68）m矮塔斜拉橋施工關(guān)鍵工藝介紹

高光品

摘 要：矮塔斜拉橋近年來較多采用一種橋梁結(jié)構(gòu)形式。本文介紹四川省巴中市東門大橋主橋，單索面混凝土矮塔斜拉橋施工過程中的關(guān)鍵工藝，包括臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)，寬幅掛籃施工，預(yù)應(yīng)力混凝土梁線型控制，以及鋼絞線斜拉索施工等。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；固結(jié)；線型控制；合龍；斜拉索施工

巴中市東門大橋主橋是一座跨度為（68+120+68）m的三跨雙塔單索面混凝土矮塔斜拉橋（見圖1），其中1#墩采用塔梁墩固結(jié)體系，2#墩采用塔梁固結(jié)，墩梁分離體系。主梁0#塊長度10m，1#～14#節(jié)段長3.5m～4m，16#、16#邊跨現(xiàn)澆段長7m，15#、15#合攏段長2m，為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土梁，頂寬32.5m，底寬19.7～21.3m。索塔高度25.3m，截面為鋼筋混凝土實(shí)心矩形截面，縱橋向3m，橫橋向2.5m，布置在中央分隔帶上，并與箱梁固結(jié)。塔身上部設(shè)有轉(zhuǎn)向索鞍，索鞍橫橋向2排布置，中心距為1.2m。每根斜拉索對應(yīng)一個(gè)索鞍，每個(gè)索塔設(shè)有9層18根斜拉索，兩側(cè)對稱錨于梁體。斜拉索采用OVMAT15-31平行環(huán)氧鋼絞線群錨體系，每根拉索由3l根Φl5.24mm環(huán)氧鋼絞線組成，外套HDPE套管，單根索重量2086Kg～4758Kg，索長度51.2m～116.8m，設(shè)計(jì)張拉力3150KN～3750KN。

2 施工關(guān)鍵工藝介紹

2.1 2#墩臨時(shí)固結(jié)

2#墩設(shè)計(jì)為墩梁分離體系的橋梁，懸臂施工時(shí)，為保證施工時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，須將墩梁臨時(shí)固結(jié)。設(shè)計(jì)單位考慮的極限工況是：對稱澆筑至最大懸臂狀態(tài)時(shí)單側(cè)掛籃連同濕混凝土同時(shí)掉落。結(jié)合以往施工的經(jīng)驗(yàn)，臨時(shí)固結(jié)主要考慮以下荷載及不平衡荷載：節(jié)段混凝土澆筑誤差5%，箱梁、塔柱、斜拉索自身重量及不平衡荷載、舉升風(fēng)荷載的不平衡荷載、塔柱橫向風(fēng)荷載、施工荷載及不平衡荷載。根據(jù)計(jì)算在極限工況下，臨時(shí)錨固要抵抗最大不平衡力矩M=258788KN.m和最大豎向力N=107504KN。

主梁0#塊長度10米，考慮0#塊施工完成后的掛籃施工及臨時(shí)固結(jié)的拆除等因素，參照設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑墓探Y(jié)方案，采用墩頂C30素混凝土臨時(shí)支座+墩旁鋼管支撐柱的方案（見圖2），墩頂設(shè)置4個(gè)臨時(shí)支座，同時(shí)在墩身的兩側(cè)共設(shè)8根直徑830mm、δ=10mm的鋼管，每側(cè)4根直立于主梁4個(gè)腹板之下。鋼管上端深入到主梁腹板內(nèi)0.5m，下兩端通過預(yù)埋件錨于承臺上，為防止洪水期漂浮物撞擊，鋼管樁內(nèi)部灌滿河砂。根據(jù)變形協(xié)調(diào)計(jì)算，最不利工況下受力均滿足要求。

臨時(shí)鎖定鋼管剛度小，主梁懸臂施工過程中，大部分塊段重量由混凝土臨時(shí)支座和永久支座共同承擔(dān)；鋼管支撐柱主要承擔(dān)施工中的不平衡荷載；同時(shí)，臨時(shí)支座確保了懸臂施工時(shí)永久支座不會產(chǎn)生縱橫向的滑移，保證了結(jié)構(gòu)的安全。因此，只要保證T構(gòu)懸澆過程中各塊段立模標(biāo)高正確，臨時(shí)固結(jié)解除時(shí)，主梁高程不會產(chǎn)生過大變化，確保主梁線型。另外，鋼管柱用氧氣乙炔切除較為方便，素混凝土臨時(shí)支座鑿除也較為方便。

2.2 寬幅掛籃施工

東門大橋主橋主梁設(shè)計(jì)為單箱三室變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，箱梁頂寬32.5m，底寬19.7～21.3m，箱梁根部梁高4.625m，跨中梁高2.625m，按二次拋物線變化，共劃分為63個(gè)梁段，其中0#梁段采用墩旁支架現(xiàn)澆法施工，1#～14#、1#～14#節(jié)段采用掛籃懸澆施工，懸澆梁段長3.5～4m不等，最大節(jié)段重約309t，每個(gè)主墩懸澆梁段14對，掛籃采用4片主桁的中型寬幅菱形后支點(diǎn)掛籃（掛籃斷面間圖3），寬幅掛籃施工方法和步驟與傳統(tǒng)窄幅掛籃相似，并有其自身特有的特點(diǎn)。

掛籃在設(shè)計(jì)和施工中較傳統(tǒng)掛籃不同點(diǎn)主要有：（1） 掛籃幅面較寬，采用4片主桁架，頂面模板外側(cè)最寬處達(dá)到了34.2米，底模平臺寬度達(dá)到了28米，模板加掛籃重量120t，重量的比為0.39。（2）掛籃走行采用了液壓千斤頂頂推的方式，保證了走行的同步性，節(jié)省了人力；走行時(shí)后錨部分采用了反扣輪扣掛于軌道梁上，同時(shí)主桁架上設(shè)置保險(xiǎn)壓梁，以防止掛籃走行時(shí)傾覆；底平臺較寬，設(shè)置2根底滑梁，以確保寬幅底平臺走行時(shí)平穩(wěn)。（3）主梁橫坡2%，縱坡3%，橫橋向采用不同高度的支腿及反扣輪長度來調(diào)節(jié)掛籃橫向水平；縱橋向除1#塊采用楔形墊塊調(diào)節(jié)縱向水平外，其余節(jié)段采用掛籃帶坡度作業(yè)的方式。（2） 因橫隔梁存在，掛籃內(nèi)模沒法設(shè)置內(nèi)導(dǎo)梁，內(nèi)模支架采用建筑鋼管現(xiàn)場散拼的方式施工，模板采用鋼木組合模板。

2.3 主梁線型控制

矮塔斜拉橋成橋后一般不進(jìn)行二次調(diào)索，且主梁剛度大，斜拉索對線型的影響較小，因此施工中的線型控制就顯得尤為重要，而大跨徑連續(xù)梁懸臂施工的線形本身就較難控制，施工控制就是一個(gè)動態(tài)調(diào)整的過程，加之索塔和索的影響，使得施工控制的難度加大。

線形控制中最難控制的要屬高程控制，節(jié)段立模標(biāo)高目前常用灰色理論進(jìn)行預(yù)測，灰色理論預(yù)測需要在前幾個(gè)節(jié)段施工完成后并取得實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通常還要根據(jù)已施工節(jié)段實(shí)測數(shù)據(jù)加上一些經(jīng)驗(yàn)值來修正，使實(shí)際線形向理論線形靠近。而懸臂開始節(jié)段立模標(biāo)高的確定一般在理論計(jì)算和預(yù)壓實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

設(shè)計(jì)單位給出的箱梁各節(jié)點(diǎn)立模標(biāo)高為：箱梁頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高+施工預(yù)拱度值（包括掛籃彈性變形）+施工調(diào)整值（包括溫差引起的變位等）+成橋預(yù)拱度值，其中箱梁頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高、成橋預(yù)拱度設(shè)計(jì)已經(jīng)給出，施工預(yù)拱度與施工調(diào)整值由監(jiān)控單位確定，施工方主要工作是配合監(jiān)控單位進(jìn)行測量控制。

（1）預(yù)壓掛籃，提供掛籃彈性變形數(shù)據(jù)。掛籃預(yù)壓的主要目的是驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的可靠性、消除非彈性變形和測定掛籃的彈性變形。通常掛籃預(yù)壓存在壓重量估算不準(zhǔn)、預(yù)壓荷載分布不符合實(shí)際荷載工況等情況，導(dǎo)致預(yù)壓數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較差。本項(xiàng)目根據(jù)預(yù)壓數(shù)據(jù)擬合掛籃預(yù)壓重量（t）與掛籃彈性變形（mm）之間的曲線為y=0.097x，根據(jù)這個(gè)公式，1#塊理論重量296t，掛籃預(yù)測彈性變形達(dá)到了29mm，與Midas建模計(jì)算的掛籃變形值18mm差距比較大。為此，在預(yù)壓消除非彈性變形后，1#塊掛籃彈性變形按照建模計(jì)算數(shù)值18mm預(yù)測，同時(shí)實(shí)測4支掛籃在1#塊砼澆筑前后的高程變化，通過實(shí)測據(jù)擬合的掛籃彈性變形曲線為y=0.0676x，與建模計(jì)算結(jié)果較為接近，后續(xù)節(jié)段用此公式來預(yù)測掛籃彈性變形。

（2）嚴(yán)格控制測量時(shí)間，長懸臂狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)線形受溫度影響較大，如不統(tǒng)一測量時(shí)間，將影響對結(jié)構(gòu)變形偏差的準(zhǔn)確判斷，線形的監(jiān)控量測時(shí)刻定在了早上7：30左右，線形測量工作務(wù)必在日出之前完成。同時(shí)，測量數(shù)值受測點(diǎn)位置、掛籃實(shí)際重量、施工不對稱堆載、非對稱張拉等因素的影響較多，施工中盡量避免在橋上堆載，且堆載要對稱。

（3）提前編制邊跨直線段和合龍方案，為線型平順過渡打下基礎(chǔ)，邊跨現(xiàn)澆支架提前進(jìn)行預(yù)壓，消除非彈性變形，測得彈性變形，邊跨直線段施工時(shí)提前設(shè)置好預(yù)拱度，邊跨直線段施工完成后，將實(shí)測標(biāo)高提供給監(jiān)控單位，作為合龍口14#塊標(biāo)高預(yù)測的目標(biāo)值，保證合龍口線型平順過渡，保證主梁線型美觀。此外，為防止邊跨合龍段澆筑后邊跨現(xiàn)澆支架沉降，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使邊跨現(xiàn)澆支架有足夠的承載力和剛度。

2.4 合龍段施工

主橋共有3個(gè)合龍段（2個(gè)邊跨、1個(gè)中跨），分2次體系轉(zhuǎn)換，第1次為2個(gè)單T構(gòu)通過邊跨合龍轉(zhuǎn)換為單懸臂剛構(gòu)，第2次為2#墩臨時(shí)固結(jié)解除后2個(gè)單懸臂剛構(gòu)轉(zhuǎn)換為半剛構(gòu)半連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，0#臺側(cè)邊跨合龍段采用支架法施工，3#墩側(cè)邊跨合龍段、中跨合龍段采用掛籃底模吊架法施工。

合龍口兩側(cè)梁體變形受溫度影響比較大，溫度觀測數(shù)據(jù)顯示，在溫度變化7.5～17℃范圍內(nèi)，合龍口縱向間距變化0～3.7mm（圖4），豎向位移變化為0～30mm（圖5）。從數(shù)據(jù)可以看出，合龍口縱向位移受溫度影響比較小，而豎向位移受溫度影響比較大，本橋合龍均采用了勁性骨架鎖定的方法。

（1）0#臺側(cè)邊跨合龍段采用建筑鋼管支架現(xiàn)澆的方法施工，建筑鋼管頂托在清早頂緊，此時(shí)梁端高程最高，勁性骨架采用8根雙拼工45b型鋼鎖定，同時(shí)設(shè)置剪刀撐（抵抗豎向剪切力），鎖定時(shí)間定在低溫且變化比較平緩的夜間，鎖定完成后立即進(jìn)行混凝土澆筑。

（2）3#臺側(cè)邊跨合龍段采用掛籃底模吊架法施工，其余施工方法同0#臺側(cè)邊跨合龍段。

（3）中跨合龍段采用掛籃底模吊架法施工，因2#墩臨時(shí)固結(jié)未解除，監(jiān)控單位提供軸向的溫度力約為±100t/℃，故中跨勁性骨架采用10根雙拼工45b型鋼鎖定，中跨未設(shè)置剪刀撐（因中跨合龍段有一道橫隔板及合龍口兩側(cè)變化幅度相近），勁性骨架鎖定時(shí)間定在低溫且變化比較平緩的夜間，鎖定完成后立即進(jìn)行混凝土澆筑。

合龍完成后，主梁線型平順，結(jié)構(gòu)受力可靠，合龍方案比較成功。

2.5 斜拉索施工

2.5.1主梁上索道管施工

主梁上索道管高程、坐標(biāo)是否正確，將影響斜拉索的張拉質(zhì)量和減振器的安裝。通常，設(shè)計(jì)圖紙只提供成橋后的斜拉索預(yù)埋管高程和傾角。在懸臂施工過程中，預(yù)埋管的高程和傾角均隨著梁段混凝土的澆筑、掛籃前移、斜拉索張拉等各種工況變化而變化，為克服這種動態(tài)特性，加高索道管定位分為兩種狀態(tài)，一種是以監(jiān)控時(shí)刻為基準(zhǔn)的絕對高程法；另一種是具體定位時(shí)的相對狀態(tài)法。前者是在監(jiān)控量測時(shí)刻測定主梁懸臂前端高程線形點(diǎn)的瞬時(shí)絕度高程；后者是在索道管定位期間，不管梁面高程是否受動態(tài)影響而變化，總是以前端高程線性點(diǎn)受監(jiān)控時(shí)刻的瞬時(shí)高程為起算高程。利用這兩種狀態(tài)的定位控制和相對時(shí)間關(guān)系，解決了動態(tài)特性對梁面高程變化的影響，將索道管的定位高程都統(tǒng)一到監(jiān)控狀態(tài)時(shí)刻施工設(shè)計(jì)高程系統(tǒng)內(nèi)。

索道管定位坐標(biāo)的計(jì)算需考慮預(yù)拱度和垂度（本橋垂度效應(yīng)引起的索道管前端高程變化量3～11mm）效應(yīng)的影響，預(yù)拱度由監(jiān)控單位提供，垂度近視按拋物線計(jì)算，高程計(jì)算時(shí)需將兩個(gè)效應(yīng)引起的變化疊加。

索道管施工放樣采取了以下辦法：首先在模板上大致放出索道管底口放樣點(diǎn)位置，根據(jù)測量調(diào)整模板位置，這樣可以大致確定索道管底口位置；然后在索道管安放過程中，在其前端用一塊圓形木板分中放置在索道管口，棱鏡立在木板中間，用小型鋼配合千斤頂、螺栓微調(diào)的方法安裝、定位預(yù)埋索道管。放樣點(diǎn)見圖6。

2.5.2 索鞍施工

本橋索鞍采用分絲管管結(jié)構(gòu)，分絲管由31根φ內(nèi)22mm、δ=3.0mm的小鋼管組成，每根斜拉索從一根小鋼管內(nèi)穿過，拉索兩端錨固在箱梁內(nèi)。整束施工完成后，通過抗滑移裝置和索塔固結(jié)，以防斜拉索滑動。

鞍座一般在專業(yè)廠家加工，施工中，增加索塔勁性骨架可以方便索鞍定位。勁性骨架由角鋼和主塔鋼筋構(gòu)成。由于索鞍在橫橋向沒有轉(zhuǎn)角，施工放樣相對簡單些，施工放樣控制點(diǎn)見圖7，先將索鞍預(yù)埋在索塔中，然后采用小型鋼配合千斤頂、螺栓微調(diào)的方法，確保鞍座的精確定位和固定。

2.5.3斜拉索張拉

東門大橋斜拉索采用平行環(huán)氧鋼絞線加夾片式群錨體系，張拉時(shí)，采用等張拉力法單根張拉到位，不需進(jìn)行整體張拉。

（1）單根張拉

當(dāng)梁體內(nèi)常規(guī)縱向預(yù)應(yīng)力束、隔板橫向預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，前移掛籃，即可進(jìn)行斜拉索張拉。操作如下：張拉時(shí)，將壓力傳感器安裝在張拉端上排第2根或第3根鋼絞線上作為基準(zhǔn)鋼絞線，控制索力為P傳單。后續(xù)每根鋼絞線的張拉力按壓力傳感器變化值進(jìn)行控制，索力計(jì)算公式：PN=P傳單-ΔTN。ΔTN：第n根絞線張拉至比第n-1根絞線對應(yīng)的油壓少0.5MP時(shí)與第2或3根對應(yīng)傳感器顯示值比較變化值。

P傳單=P控單+P1+P2+P3+P4

P傳單：實(shí)際單根控制初張力

P控單：監(jiān)控指令單根控制初張索力

P1：夾片回縮影響索力（考慮按3-4mm）

P2：橋面位移影響索力，位移量由監(jiān)控提供。

P3：塔柱位移影響索力，位移量由監(jiān)控提供。

P4：錨具、混凝土壓縮影響索力

單根張拉注意事項(xiàng)：①在單根掛索時(shí)，兩束索的總索力差不大于20T，同時(shí)掛索，每束索相差不超過2根。②當(dāng)張拉到該根鋼絞線計(jì)算控制應(yīng)力的100%時(shí)，開始手工安裝工作夾片，同時(shí)記錄此時(shí)傳感器的顯示值以指導(dǎo)下一根鋼絞線張拉。③安裝夾片時(shí)必須保證一致的外露量一致、平整而且縫隙均勻，高度必須保證達(dá)到相應(yīng)控制值。④張拉時(shí)保壓1分鐘，保證油壓數(shù)值的準(zhǔn)確。

（2）減振器、索箍、防水罩等安裝

本橋合龍后未進(jìn)行調(diào)索。合龍后經(jīng)監(jiān)控單位同意后進(jìn)行后續(xù)減振器、索箍、防水罩、塔端抗滑裝置等安裝。

（3）斜拉索防水防腐

斜拉索是斜拉橋的生命線，索體、錨頭防腐需高度重視。塔端抗滑裝置裝內(nèi)灌注環(huán)氧砂漿防護(hù)，梁端錨具密封筒內(nèi)灌注防腐油脂。①環(huán)氧砂漿：環(huán)氧砂漿材料由斜拉索生產(chǎn)廠家配備專用砂漿原料，按廠家配合比稱重配合攪拌，務(wù)必使?jié){體均勻，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的錨固強(qiáng)度及防水效果。②防腐油脂：張拉及調(diào)索結(jié)束后，在錨頭夾片位置涂滿防腐專用油脂，使夾片后外露的鋼絞線段全部被油脂所覆蓋。

3 結(jié)語

東門大橋主橋是巴中市首座矮塔斜拉橋，建設(shè)過程中得到了各級領(lǐng)導(dǎo)和專家的大力支持幫助，該工程質(zhì)量良好，線形優(yōu)美，該橋的建成，將為類似橋梁的建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。