摩洛哥斜拉橋下塔柱預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)與施工

中鐵大橋局集團(tuán)第六工程有限公司，湖北 武漢 430100

1 塔柱工程概況

摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋全長(zhǎng)951.66m，主橋?yàn)?183+376+183)m的3跨斜拉橋。其中，P1#墩塔柱高197.45m，設(shè)計(jì)有12.4m高的垂直段，P2#墩塔柱高185.05m，兩個(gè)塔柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度均為4.0m。L1～L5節(jié)段橫縱四面裙板完全相連，L6～L15節(jié)段順橋向裙板保持相連，橫橋向裙板分離、間隙增大，直至L15節(jié)段四個(gè)塔肢完全分離。塔柱設(shè)計(jì)全部采用空心薄壁結(jié)構(gòu)。各塔肢呈不規(guī)則矩形斷面，長(zhǎng)邊由5.0m變化到5.2m，短邊約為3.5m，壁厚0.65m?？v橋向裙板厚1.0m，橫橋向厚0.65m。塔柱底部四肢為實(shí)心段。在初步設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑主體受力進(jìn)行了計(jì)算，但并未對(duì)某些局部重要部位進(jìn)行受力計(jì)算與設(shè)計(jì)。在該橋主塔下塔柱部位，尤其是L5節(jié)段裙板分離處，出現(xiàn)了非常大的應(yīng)力集中，然而初步設(shè)計(jì)中并沒(méi)有考慮這么重要的細(xì)節(jié)。通過(guò)對(duì)此部位進(jìn)行重點(diǎn)論證和計(jì)算分析，最終確定在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)，使下塔柱結(jié)構(gòu)受力滿(mǎn)足法國(guó)規(guī)范要求。

2 下塔柱關(guān)鍵部位L5節(jié)段設(shè)計(jì)

2.1 考慮的荷載及荷載組合

主塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算分施工階段計(jì)算和使用階段計(jì)算，施工階段對(duì)單塔、最大雙懸臂狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，考慮施工荷載、風(fēng)荷載等。由此進(jìn)行每個(gè)階段各種組合工況的受力分析，各種工況中除了恒載為強(qiáng)制組合，其余均為判別組合。荷載組合工況，如表1所示。

表1 荷載組合

2.2 結(jié)構(gòu)模型

在建立模型時(shí)，橫向裙板和縱向裙板都用板單元模擬，主塔4個(gè)塔肢部分用變截面梁?jiǎn)卧M。塔底座用梁?jiǎn)卧M，塔腳處固結(jié)。主塔按施工節(jié)段劃分，每4m一個(gè)節(jié)段。

2.3 L5節(jié)段預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)

在下塔柱L5節(jié)段，由于橫向裙板分開(kāi)，主塔結(jié)構(gòu)逐漸向外傾斜，該處拉力過(guò)大。按照初步設(shè)計(jì)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在施工階段和使用階段，塔柱L1～L2節(jié)段裙板處受壓，而L2～L5節(jié)段裙板處拉力逐漸增大。施工階段塔柱L5節(jié)段的上半部分的內(nèi)力合成后達(dá)到1250t，而在使用階段L5節(jié)段的上半部分的內(nèi)力合成后達(dá)到2027t，該內(nèi)力應(yīng)由尺寸為1.3m2的裙板承受，將不可避免地出現(xiàn)極大的拉應(yīng)力，初設(shè)施工階段、使用階段L5裙板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

表2 初設(shè)施工階段L5裙板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

表3 初設(shè)使用階段L5裙板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

在法國(guó)規(guī)范中，混凝土結(jié)構(gòu)主塔設(shè)計(jì)要求全截面不得出現(xiàn)拉應(yīng)力。鑒于初步設(shè)計(jì)中橫向裙板中出現(xiàn)的較大拉力，對(duì)該部分橫向裙板結(jié)構(gòu)重新優(yōu)化，主要采取以下措施：一是在L5節(jié)段內(nèi)設(shè)置了加強(qiáng)板，板厚2m；二是在加強(qiáng)板內(nèi)部配置了4束橫橋向預(yù)應(yīng)力（共5000t的預(yù)應(yīng)力）。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，使L5節(jié)段下半節(jié)段內(nèi)最大內(nèi)力下降到59t的拉力，加強(qiáng)板內(nèi)的內(nèi)力下降到988t的拉力。優(yōu)化后L5節(jié)段裙板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表4所示，預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如表5所示，從表4、表5中可以看出，優(yōu)化后主塔L1～L5節(jié)段受拉區(qū)明顯減小，僅在L5節(jié)段上半部分出現(xiàn)可控的拉應(yīng)力，而其余下塔柱部分均為壓應(yīng)力。進(jìn)而按規(guī)范要求進(jìn)行普通鋼筋配筋計(jì)算，使該部分混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而保證了結(jié)構(gòu)在施工和使用過(guò)程中的安全性。現(xiàn)澆混凝土底板，與120mm混凝土預(yù)制蓋板共同構(gòu)成混凝土加強(qiáng)板施工底模。（4）2000mm現(xiàn)澆混凝土加強(qiáng)板，其為主要受力部位，將塔柱及裙板連接成一個(gè)實(shí)體段。

表4 優(yōu)化后L5節(jié)段裙板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

表5 預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

3.1 L5節(jié)段下半部分0～1430mm施工

下半部分0～1430mm結(jié)構(gòu)形式與L4節(jié)段相同，仍采用DOKA爬模施工。將L4節(jié)內(nèi)外模爬升至L5節(jié)段，L5節(jié)段下半部分施工完成后，為了保證塔柱外觀的一致性，所有外模均保持不變，外模一次性爬升到位，將塔柱內(nèi)模及爬架、裙板內(nèi)模及爬架、內(nèi)外模連接拉桿全部拆除。

3.2 120mm預(yù)制混凝土蓋板安裝

由于L5節(jié)段加強(qiáng)板的設(shè)置，空心塔柱變?yōu)閷?shí)心，通常采用在塔身預(yù)埋牛腿，安裝模板并澆筑該部分混凝土的方

3 下塔柱L5節(jié)段施工

L5節(jié)段在增加了預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)后，由原來(lái)塔柱4m一節(jié)的爬模施工，變?yōu)橐韵?個(gè)部分分步施工：（1）下半部分0～1430mm，結(jié)構(gòu)形式與L4節(jié)段相同。（2）120mm混凝土預(yù)制蓋板，作為混凝土加強(qiáng)板施工底模。（3）450mm法，不僅施工難度大，脫模困難，而且因安裝牛腿影響塔柱的外觀。結(jié)合該橋的特點(diǎn)，將厚度為120mm的預(yù)制混凝土板作為模板，可省去復(fù)雜的牛腿結(jié)構(gòu)。

3.3 450mm現(xiàn)澆混凝土底板施工

450mm現(xiàn)澆混凝土底板與120mm混凝土預(yù)制蓋板共同構(gòu)成混凝土加強(qiáng)板施工底模。由于塔柱從初步設(shè)計(jì)的空心變?yōu)閷?shí)心，現(xiàn)澆底板鋼筋綁扎完成后，安裝一層通長(zhǎng)拉桿，采用φ16mm普通螺紋鋼筋。

3.4 2000mm現(xiàn)澆混凝土加強(qiáng)板施工

通過(guò)加強(qiáng)板將塔柱及裙板連接成一個(gè)實(shí)體段。加強(qiáng)板設(shè)置2層通長(zhǎng)拉桿。拉桿采用φ16mm普通螺紋鋼筋，共設(shè)置16束22t橫橋向預(yù)應(yīng)力（每束鋼絞線(xiàn)有22根直徑為15.2mm的鋼絞線(xiàn)），共5000t的預(yù)應(yīng)力，兩端張拉。預(yù)應(yīng)力管道的安裝與鋼筋安裝同時(shí)進(jìn)行。在L5節(jié)段加強(qiáng)板混凝土澆筑完成后，主塔爬模即可向上爬升。然后便可在第L5節(jié)段上重新立內(nèi)模，進(jìn)行第L6節(jié)段施工。但是加強(qiáng)板預(yù)應(yīng)力張拉前不得進(jìn)行第L6節(jié)段混凝土澆筑施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在塔底裙板交匯處設(shè)置高度為2m的預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板段，對(duì)主塔逐漸分離的四肢進(jìn)行有效約束，滿(mǎn)足了主塔施工和運(yùn)行過(guò)程中混凝土的受力性能，裙板與塔柱由原先的異步變?yōu)橥绞┕?，不僅避免了裙板后澆時(shí)受拉，還避免了基坑回填造成的施工困難。L5節(jié)段加強(qiáng)板施加預(yù)應(yīng)力后，在下塔柱裙板部位未產(chǎn)生裂縫，充分說(shuō)明預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)板發(fā)揮了其結(jié)構(gòu)功能，保障了主體結(jié)構(gòu)的安全。