斜拉橋雙向傾斜橋塔豎向主動頂撐施工技術(shù)

李云東

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 300300)

斜拉橋是現(xiàn)代橋梁建設領域的主要形式，梁體、索與塔三部分結(jié)構(gòu)共同作用，形成具有穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)體系，可提升主梁彈性支承水平，有效控制梁體彎矩，且在減輕結(jié)構(gòu)自重等方面具有優(yōu)良應用效果[1]。

1 工程概況

六安市壽春西路橋工程，建設于城市主干道，為雙向六車道。主橋主梁是重要構(gòu)成部分，含鋼箱梁段、鋼-混結(jié)合段及混凝土現(xiàn)澆段三部分。本工程引入貝雷架支架法，設置主塔與副塔各2個。采取了液壓爬模技術(shù)，可滿足塔柱模板施工要求?；谥鳂蚪Y(jié)構(gòu)形式，采取的是先梁后塔的工藝流程。引橋工程中，主梁使用預制箱梁，通過架橋機的輔助完成施工作業(yè)。

2 斜拉橋主橋施工步驟

2.1 主動頂撐預頂力的控制方式

以內(nèi)力為核心控制指標，輔以變形控制措施，從而保證主動頂撐預頂力的合理性。若為雙向傾斜形式的橋塔，在確定理論預頂力時應充分考慮到多方面內(nèi)容，該值必須能夠抵消自重和施工荷載。預頂力不可偏大，否則將對塔柱穩(wěn)定性造成不利影響，使其發(fā)生大幅度的橫橋向位移現(xiàn)象。此條件下若持續(xù)澆筑塔柱混凝土，將導致其內(nèi)側(cè)塔壁截面形成相對較大的附加拉應力，而該處恰好是配筋較薄弱的區(qū)域，因此易形成受力裂縫。

(1)頂撐材料的數(shù)量應盡可能少，要求具有較大的剛度，可選擇Q235或更高等級的鋼管，單個頂撐截面可設置2根鋼管(規(guī)格應具有一致性)。頂撐剛度的控制主要考慮到的是施工受力需求，豎直平面內(nèi)的鋼管應維持穩(wěn)定狀態(tài)，具體可采取增設豎向支撐的方式。對于水平面的鋼管，可通過水平型鋼平聯(lián)的方式實現(xiàn)穩(wěn)定連接。

(2)頂推作業(yè)采取的是機械千斤頂，確定具體的頂推位置后將千斤頂安裝到位。為順利完成頂推，需要保證油壓千斤頂具有足夠良好的工作性能，例如頂推噸位大、施工便捷、穩(wěn)定性好等。頂撐施工的干擾因素較多，油壓千斤頂持力效果難以達到理想狀態(tài)，甚至需要經(jīng)過長達數(shù)月的時間油壓才可維持穩(wěn)定。鑒于此，在油壓千斤頂頂推到位后，需使用型鋼在頂推處焊接，以達到維持穩(wěn)定的效果。

2.2 主動頂撐施工

具體工藝流程如圖1所示。

圖1 主動頂撐工藝流程圖

2.3 具體施工步驟

步驟1：①設備進場，精確測量并放樣，為各項施工做好準備;②搭設棧橋與鋼護筒，組織人員施作鉆孔灌注樁;③承臺施工作業(yè);④根據(jù)鋼管樁施工要求，搭設支架，并組織人員施工下塔柱與過渡墩。

步驟2：①根據(jù)主梁施工要求，為之搭建支架并實施預壓處理；②拼裝鋼箱梁，完成模板安裝、鋼筋綁扎等準備工作；③澆筑主梁，遵循的是縱向分段依次澆筑的方法，單段長15～20 m；④拼裝塔吊。

步驟3：①根據(jù)橋塔施工要求，為之適配液壓爬模系統(tǒng)及相關(guān)支撐裝置，并完成澆筑；②設置斜拉索，調(diào)整預埋件；③預應力張拉，以施工方案為指導，結(jié)合現(xiàn)場情況確定合適索力；④完成主、幅塔柱施工，兼并組織人員張拉斜拉索。

步驟4：①根據(jù)實際情況調(diào)整索力；②將主梁支架等無需使用的裝置拆除，并做好索力、主塔應力的檢測工作；③橋面系施工作業(yè)，配套附屬設備；④結(jié)合施工要求靈活調(diào)整索力；⑤最后檢驗成橋索力，無誤則滿足成橋要求。

3 豎向主動頂撐施工技術(shù)

本斜拉橋工程中，主塔施工選擇的是液壓自動爬模的工藝方法，下塔柱分段依次施工，單段4 m。受到塔柱雙向傾角偏大的影響，大懸臂施工將明顯改變拉索的狀態(tài)，該處尚未張拉時便出現(xiàn)極為明顯的傾覆彎矩。為解決此問題，使用豎向主動頂撐技術(shù)，可提升塔柱施工作業(yè)安全性，并確保線形合理性。

3.1 豎向主動頂撐位置的確定

頂撐裝置要具有穩(wěn)定性，選擇的是豎向鋼管結(jié)構(gòu)，形成框架結(jié)構(gòu)以達到增強塔柱穩(wěn)定性的效果，具體措施為臨時固結(jié)豎撐與塔柱。本次施工所用豎撐在強度與剛度上都較為良好，塔壁處的預應力施加作業(yè)選擇的是千斤頂裝置，能夠解決中塔柱附加應力過度集中的問題。由雙向傾斜橋塔的特點可知，其受2個方向自重的影響，加之施工中產(chǎn)生的荷載，極容易形成附加應力，且此問題在無索區(qū)體現(xiàn)得更為明顯。因此，中塔柱按懸臂梁結(jié)構(gòu)考慮，分析此條件下根部角點的狀況，提出該處的拉應力計算公式，具體見式(1)：

(1)

式中:σ為頂撐拉應力,N/m2;Mx、My為順橋向、豎橋向的彎矩,kN·m;Ix、Iy為順橋向、豎橋向截面慣性矩,kg·m2;yx、yy為順橋向、豎橋向截面中性軸到受拉邊緣的距離,m;N為軸力,kN;A為中截面面積,m2;K為安全系數(shù);R為極限拉應力,MPa。

3.2 豎向主動頂撐計算

根據(jù)本橋豎向主動頂撐的結(jié)構(gòu)形式，在對其進行受力分析時，應建立在澆筑最不利工況的前提下，分析應力分布情況。此時考慮的是塔柱最大拉應力[2]，以該值不超過1 MPa為基本要求。結(jié)合工程特點確定最不利工況，指的是尚未張拉前，編號為17的模板結(jié)束安裝這一時段。將線形控制作為主要目標，根據(jù)塔柱傾覆彎矩的特點，假定頂撐力具備完全平衡該彎矩的能力，且此處尚未受到壓應力(源自于混凝土自重)的影響，若達到該假定條件，則為理想狀態(tài)。

由于傾斜橋塔建設規(guī)模較大，基于降低難度、控制用料的目的，將應力控制作為主要途徑，并輔以線形控制措施。根據(jù)塔柱根部拉應力的特點，確定其來源形式，即傾覆彎矩引起的拉應力扣除混凝土自重而得，此部分壓應力應得到有效地均衡，根據(jù)此特點得知，所需頂撐力有所減少，解決了豎向主動頂撐作業(yè)難度大的問題，塔柱施工安全狀況優(yōu)良。

3.3 豎向主動頂撐設置

鋼管樁支架搭設作業(yè)使用的是φ800×10 mm鋼管，并于下部施作擴大基礎。鋼管平聯(lián)選擇的是φ273×6.5 mm鋼管，支架平聯(lián)選擇的是φ480×10 mm鋼管。搭建樁頂支架，設置橫梁與縱梁，并于上部鋪設適量分配梁，在塔柱反力架的作用下，可實現(xiàn)有效的傳力。

共設置三級頂推力架體，具體為：第一級架體，具備向塔肢提供豎向頂推力的能力，分別為5 000 kN，此處作用點高度為20.5 m，結(jié)束第7節(jié)塔柱模板安裝后即可設置該架體；第二級架體，提供的豎向頂推力與前述一致，作用點高度提升至32.5 m，結(jié)束第10節(jié)塔柱模板安裝后即可設置該架體；第三節(jié)架體，此處提供的豎向頂推力最大，均可達到7 500 kN，同時對應的作用點高度也明顯提升，為46.81 m，結(jié)束第14節(jié)塔柱模板安裝后即可設置該架體。

3.4 豎向主動支架安裝

支架工程中，鋼管是重要原材料，考慮到尺寸較大的特點，立桿下料長度確定為9 m(依據(jù)實際使用要求，部分為12 m)，重量對應為1.75 t或2.35 t，所有鋼管均通過法蘭盤實現(xiàn)穩(wěn)定的連接。通過塔吊的作用提升鋼管并到達指定位置，經(jīng)搭接后形成立桿體系。完成首層立桿施工作業(yè)后，需對其平聯(lián)，再安排人員施工后續(xù)層。鋼管斜桿首先根據(jù)使用要求在指定場地拼接，形成整體構(gòu)件后通過汽車吊將其提升至指定位置，焊接并平聯(lián)定位，最終結(jié)束整個操作。豎向主動支架的安裝如圖2所示。

圖2 豎向主動支架立面圖

3.5 頂推力的施加與固定

(1)主動頂推加載作業(yè)時，遵循的是分級原則。

(2)在支架結(jié)構(gòu)的基礎上增設型鋼，目的在于為塔柱反力架安裝創(chuàng)造良好條件。

(3)主塔上預埋鋼板，可實現(xiàn)與反力架的穩(wěn)定連接。

(4)結(jié)束各塔節(jié)施工后，檢驗該處混凝土強度，符合設計要求后再向上移動模板，經(jīng)過此操作令鋼板外露，現(xiàn)場吊裝反力架，將其與預埋鋼板連接成整體結(jié)構(gòu)。

(5)設置數(shù)顯液壓千斤頂，以實際數(shù)值為指導，持續(xù)頂推最終滿足設計要求。

(6)頂推后，對塔柱反力架采取加固措施。

(7)卸載千斤頂，此處分多級完成。

4 主動頂撐施工要領

(1)鋼管樁所處位置應足夠合理，設置豎向鋼管樁時重點控制垂直度指標，誤差在1%以內(nèi)；同時，斜向鋼管施工時則要注重對傾角的控制，要求該處誤差在±0.5°內(nèi)。

(2)鋼管立柱上安裝了牛腿結(jié)構(gòu)，應加強對該處頂標高的檢測。

(3)遵循千斤頂同步頂推的原則，提升塔柱反力架的協(xié)調(diào)性，令其受力均勻。

(4)檢測頂推力，若該值上升至最終值的80%，后續(xù)每級施加后均要給予30 min的觀測時間。

(5)以實測數(shù)據(jù)為基本參考，在此基礎上靈活控制頂推力，重點分析關(guān)鍵點的線形、應力情況，若快要滿足設計要求時，則適當放慢頂推速度，最終達到預期效果[3]。

(6)轉(zhuǎn)換受力體系后，需全面檢驗所有可調(diào)節(jié)鋼楔塊，其必須達到楔入緊密的狀態(tài)，從而提升構(gòu)件受力均勻性。

5 結(jié)束語

主動頂撐支架的優(yōu)勢體現(xiàn)在鋼材用量少、施工時間短、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境安全等多個方面，在大傾角斜塔柱中具有較好的應用效果，可有效控制傾覆彎矩。合理應用主動頂撐技術(shù)，可為斜拉橋的建設提供可靠的技術(shù)支持，從而創(chuàng)造高品質(zhì)工程項目，推動現(xiàn)代橋梁事業(yè)的發(fā)展。