雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋合龍施工技術(shù)研究

常心煜，鄭祎雷

（1.江西省交通工程集團有限公司，江西 南昌 330003；2.江西省公路橋梁工程有限公司，江西 南昌 330029）

0 引言

矮塔斜拉橋是橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)合化、輕型化發(fā)展的過程中產(chǎn)生的介于斜拉橋和預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋之間的過渡性組合體系橋型，主要具備塔矮、梁剛、索布置集中等特征，此種橋型結(jié)構(gòu)表現(xiàn)內(nèi)容豐富，橋型美觀，具有一定經(jīng)濟性，發(fā)展?jié)摿薮蟆０崩瓨蛑髁航孛嫘问脚c連續(xù)梁更為接近，連續(xù)梁所采用的截面形式均適用于矮塔斜拉橋，矮塔斜拉橋高度可按照等高或變截面設(shè)計，等高的情況下，梁高與跨度比通常為1/35～1/45，變截面設(shè)計時，梁高約為連續(xù)梁的1/2[1]。矮塔斜拉橋的斜拉索僅承擔(dān)部分荷載，根據(jù)其受力特征，斜拉索與預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋體外索較為接近，斜拉索對梁提供豎向分力以及軸壓力。其與連續(xù)梁以梁受彎、受剪承受豎向荷載以及斜拉橋以梁體受拉和索受拉承受豎向荷載的方式不同，矮塔斜拉橋通過梁受彎、受壓及索受拉共同承受豎向荷載，主梁受力狀態(tài)發(fā)生改變[2]。矮塔斜拉橋?qū)儆谒髁航M合結(jié)構(gòu)體系，受力較為復(fù)雜，成橋內(nèi)力和線形受施工方法的影響較大，必須通過施工方法的控制保證成橋應(yīng)力狀態(tài)及線形均符合設(shè)計要求。

1 工程概況

某大橋全長865m，橋面寬20m，主橋錨索段寬22m，雙向四車道設(shè)計，橋面兩側(cè)均設(shè)置寬2.25m的人行道。橋跨按照3+7×30+3×30+（60+100+60）+3×30+8×30+3m布置，其中主橋墩為11#及12#主墩和10#、13#過渡墩，為雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。邊跨14.85m及中跨10m為無索區(qū)，橋梁采用塔梁固結(jié)及兩個主塔墩梁分離的體系，為使部分斜拉橋受力體系接近梁式體系，簡化結(jié)構(gòu)，明確受力，故在墩頂設(shè)置支座。布置于中央分隔帶上的主塔高度23m，為實心矩形截面設(shè)計，塔身上設(shè)置有矩形分絲管形式鞍座，方便拉索。斜拉索為扇形單索面，拉索為鍍鋅鋼絞線材料，索體則為數(shù)根HDPE外防護套防護的無黏結(jié)高強度鋼絞線。主梁為單箱三室大懸臂變截面連續(xù)梁，主墩墩頂根部等高段設(shè)計高度4m，向邊跨及中跨方向呈二次拋物線變化形式[3]，其余段梁高均為2.2m。主梁為三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計，橫縱向預(yù)應(yīng)力均為高強低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力則為高強精軋螺紋鋼粗鋼筋。

為保證該矮塔斜拉橋主橋合龍后的內(nèi)力、變形以及成橋后的主梁線形均符合設(shè)計要求，且結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力與設(shè)計值更為接近，必須按照先邊跨合龍、后中跨合龍的順序施工，加強主橋合龍段施工過程控制，并采取有效措施監(jiān)控合龍施工過程中受力、變形等參數(shù)變化。

2 施工方案

該雙塔單索面矮塔斜拉橋東西兩岸引橋均采用預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)，通過架橋機架設(shè)施工，主橋箱梁則通過掛籃懸臂澆筑施工，該施工方法受力明確，但掛籃移動和縱向預(yù)應(yīng)力張拉必須等混凝土達到設(shè)計強度后進行。掛籃施工過程中合龍段必須設(shè)置勁性骨架，從而使合龍施工期間合龍段混凝土重量及合龍段混凝土達到設(shè)計強度前的結(jié)構(gòu)受力由勁性骨架與掛籃共同承擔(dān)；此外，還應(yīng)在合龍段混凝土澆筑施工前增加一定數(shù)量的配重，在混凝土澆筑的同時卸去同等重量的載荷，確保合龍段澆筑施工時主梁始終處于較為穩(wěn)定的撓度狀態(tài)，從而保證合龍段混凝土澆筑施工質(zhì)量。

主梁0#塊及1#塊節(jié)段總長度為13m，主要在墩頂及墩旁邊臨時支架上立?，F(xiàn)澆，邊跨支架現(xiàn)澆梁段長8.85m，通過滿堂腳手架現(xiàn)澆施工；邊跨中跨合龍段通過掛籃吊架輔助合龍施工；長度為3.5m的2#～4#梁段以及長度4.0m的4#～12#梁段均通過掛籃懸臂澆筑施工。

3 合龍施工

3.1 配重的施加

配重包括合龍段混凝土重量等量代換而施加的基本配重以及梁體變形及標(biāo)高調(diào)整而施加的附加配重，其中，基本配重按照合龍段混凝土重量的1/2確定，并通過水箱蓄水方式配重，在24#塊箱內(nèi)蓄水充當(dāng)配重水箱，在箱內(nèi)每間隔10cm的高度進行一次標(biāo)高標(biāo)記，閥門設(shè)置在箱底，合龍段混凝土澆筑過程中只需打開閥門放水，通過電子水表控制，使放水重量恰好與混凝土澆筑重量相等。在合龍段混凝土澆筑施工的同時將基本配重拆除，并在合龍段混凝土達到設(shè)計強度后拆除不平衡配重，掛籃上部結(jié)構(gòu)及吊架底籃等均應(yīng)待全橋合龍后拆除。

采用MIDAS軟件進行同一工況下合龍段待澆筑梁體混凝土濕重轉(zhuǎn)換成所需配重的模擬計算，其中中跨、邊跨合龍段均為2.0m，通過軟件計算得出轉(zhuǎn)化配重為43.5t。MIDAS有限元分析所導(dǎo)出的東西邊跨合龍段節(jié)點以及中跨合龍段節(jié)點配重前后位移情況詳見表1和表2。表中荷載狀態(tài)合計表示包括恒荷載、施工荷載、徐變一次、鋼束一次、收縮一次荷載組合在內(nèi)的所有施工荷載效應(yīng)。

表1 邊跨合龍段配重前后位移

表2 中跨合龍段配重前后位移

3.2 邊跨合龍段施工

3.2.1 施工程序

在邊跨合龍前應(yīng)將中跨掛籃拆除，并在各邊以及中跨懸臂端分別按設(shè)計要求進行配重，同時安裝勁性骨架；澆筑合龍段混凝土，按照澆筑進度逐次卸除等重量壓重物。待混凝土強度達到90%后進行邊跨頂和底板預(yù)應(yīng)力鋼束張拉以及邊跨合龍段預(yù)應(yīng)力鋼束管道壓漿施工。待邊跨合龍段混凝土強度達到設(shè)計要求后，將邊跨支架及主墩臨時約束全部拆除。

3.2.2 支架施工及配重調(diào)整

邊跨合龍段采用與邊跨現(xiàn)澆段相同的鋼管支架支模施工方式，待最后節(jié)段懸臂梁段澆筑完畢后將掛籃拆除，并將邊跨等高度現(xiàn)澆段支架接長后進行合龍段支架搭設(shè)。

在合龍施工前測量軸線及梁體頂面標(biāo)高，并連續(xù)測試溫度影響程度的偏差，同時觀測受溫度影響后的邊跨合龍段梁體長度變動情況。若根據(jù)測試及觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)懸臂端標(biāo)高不符合設(shè)計要求，則應(yīng)在11#及12#墩邊跨、中跨懸臂端分別進行配重設(shè)置，并以加載方式調(diào)整合龍段兩側(cè)主梁的標(biāo)高，直至將主梁合龍段橫向偏差、相對高度誤差分別控制在1.5cm和2.5cm范圍內(nèi)。

3.2.3 模板安裝

底模采用鋼模板并與底籃Ⅰ40a縱梁牢固焊接，順橋向底模板長度為8.0m。外模為鋼模板加工而成的桁架結(jié)構(gòu)，由面板、橫豎肋及桁架等部分組成。內(nèi)模長5.4m，后端與所對應(yīng)箱梁頂板錨固連接，通過HM588型鋼吊架將內(nèi)模前端吊起，該鋼吊架兩端均焊接固定于下方墊梁。梁端模板主要采用大片鋼模板，下口連接底籃Ⅰ40a工字鋼，并通過?22mm圓鋼對拉桿進行模板對拉固定。

3.2.4 鋼筋制安

鋼筋均由車間加工成型，并按照施工進度分批次運輸至施工現(xiàn)場，利用吊機起吊并配合人工的方式安裝。鋼筋綁扎過程中須加強保護層設(shè)置，并在鋼筋和模板間增設(shè)墊塊；鋼筋應(yīng)順直且間距均勻；對于普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道位置沖突的情況，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置；鋼筋接頭通過焊接方式連接，并保證焊接長度和焊縫質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范。

3.2.5 安裝臨時勁性鋼接桿

在12#塊段及14#塊段施工時，將預(yù)埋件設(shè)置于中腹板和邊腹板設(shè)計位置，并據(jù)此進行合龍段體外支撐錨固。該矮塔斜拉橋邊跨合龍段體外支撐主要采用臨時勁性鋼接桿，上下分別按4道設(shè)置，且每根勁性鋼接桿均通過2根Ⅰ20槽鋼焊接為箱型斷面，同時增設(shè)聯(lián)結(jié)板。待邊跨合龍段兩端標(biāo)高及軸向偏差均控制在允許范圍后，按施工方案將勁性鋼接桿與12#塊段及14#塊段腹板處預(yù)埋件牢固焊接，對稱鎖定合龍段兩端后才能進行混凝土澆筑。按照合龍段實際長度進行勁性鋼接桿下料，為避免勁性鋼接桿偏心受壓，應(yīng)確保勁性鋼接桿軸線平行于箱梁中線，勁性鋼接桿兩側(cè)也與箱梁中線等距。

3.2.6 混凝土澆筑

進行合龍段混凝土澆筑前必須全面檢查吊籃結(jié)構(gòu)、模板、鋼筋及預(yù)應(yīng)力體系。該橋梁邊跨合龍段混凝土澆筑施工安排在0:00～7:00的溫度最低時段進行，以最大程度減小日照升溫所可能引起的懸臂端箱梁變化，并按照澆筑施工進程逐步卸除等重量壓重。邊跨合龍段混凝土澆筑施工應(yīng)全斷面一次完成，澆筑時間應(yīng)控制在4h以內(nèi)?；炷镣ㄟ^輸送泵泵送入模，按照底板、腹板及頂板的次序從跨中開始至兩側(cè)水平分層連續(xù)澆筑，頂板則從外向內(nèi)橫向澆筑。邊跨合龍段混凝土標(biāo)號與配合比應(yīng)與梁段相同，并且由于夜間施工期間溫度較低，水分蒸發(fā)少，水灰比應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度適當(dāng)減?。粸榉乐够炷聊虝r出現(xiàn)收縮裂縫，還應(yīng)在澆筑后進行收漿壓平。將草袋覆蓋于主梁頂板以上全跨范圍內(nèi)，并定期灑水降溫，控制梁體上下溫度差以及懸臂段撓度。

3.2.7 預(yù)應(yīng)力張拉及體系轉(zhuǎn)換

在鋼束前端安放引導(dǎo)頭，短合龍束以人工方式穿束，長合龍束則在人工與卷揚機配合下穿束，待混凝土強度達到90%后從縱向至橫向進行張拉。張拉過程中始終遵循先長束、后短束，先頂板束、后底板束的原則。最后進行邊跨現(xiàn)澆段及合龍段橫向預(yù)應(yīng)力束張拉，結(jié)束張拉后對預(yù)應(yīng)力管道壓漿，隨即結(jié)束邊跨合龍施工。

完成邊跨合龍段預(yù)應(yīng)力張拉及管道壓漿后，將合龍段及現(xiàn)澆段支架拆除，并解除臨時錨固精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力筋，鑿除墩頂臨時錨固混凝土塊，隔斷預(yù)應(yīng)力筋并清除后，達到解除11#墩和12#墩墩梁臨時固結(jié)的目的，使梁體收縮自由，完成體系轉(zhuǎn)換。

3.3 中跨合龍段施工

3.3.1 施工程序

將跨中掛籃拆除后安裝合龍吊架，在中跨懸臂端增設(shè)配重的同時安裝勁性骨架；中跨合龍段混凝土澆筑施工仍安排在一天中溫度最低的夜間進行，并隨著澆筑進程卸除等質(zhì)量壓重物。待混凝土強度達到90%后進行中跨頂?shù)装孱A(yù)應(yīng)力束張拉。

3.3.2 合龍吊籃拼裝

在吊籃上進行中跨合龍，吊籃由懸臂澆筑施工掛籃改造而成；待將合龍段兩側(cè)混凝土澆筑完畢且縱向預(yù)應(yīng)力束張拉結(jié)束后拆除一側(cè)掛籃，將留下的另一側(cè)掛籃繼續(xù)前移至前排吊桿靠近另一側(cè)懸臂端。借助掛籃前吊掛系統(tǒng)將縱向分配梁設(shè)置于下橫梁上并延伸鋪設(shè)底模。向前移動外滑梁，將其前端吊掛于另一側(cè)梁段，通過外側(cè)模和支架的滑動使外滑梁不斷靠近梁段。

通過配重的方式進行合龍段兩側(cè)標(biāo)高調(diào)整。中跨合龍段施工鋼筋制安、勁性鋼接桿安裝及混凝土澆筑施工工藝與邊跨合龍段基本相同。

3.3.3 預(yù)應(yīng)力張拉

待混凝土結(jié)構(gòu)強度達到90%后，從縱向至橫向張拉施工，張拉過程按照先長束、后短束，先頂板束、后底板束的原則進行，對于同一斷面必須先張拉邊束、后張拉中束，對稱施工。最后進行12#塊和合龍段橫向預(yù)應(yīng)力束的張拉。完成后對預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工，并最終結(jié)束中跨合龍。

該雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋邊跨及中跨合龍施工前后斜拉索索力、主梁線形及應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果顯示，該橋梁在邊跨及中跨合龍過程中，橋梁體系均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)；且合龍結(jié)束后，合龍段主梁下緣與支座附近均無裂縫出現(xiàn)，線型控制及體系轉(zhuǎn)換均滿足設(shè)計要求。該橋梁邊跨及中跨合龍前后應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 邊跨及中跨合龍前后混凝土應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)語

綜上所述，矮塔斜拉橋是介于斜拉橋與連續(xù)剛構(gòu)橋之間的橋型，其在順應(yīng)橋型發(fā)展輕型化、組合化趨勢的同時，主梁結(jié)構(gòu)更加多元化、輕薄化，索塔錨固構(gòu)造也更加多樣化。該橋梁邊跨及中跨合龍段施工結(jié)束后的仿真計算結(jié)果和施工監(jiān)測結(jié)果顯示，合龍施工前后矮塔斜拉橋面線形及塔頂偏位均與橋梁運行實際較為吻合，橋梁邊跨及中跨合龍施工質(zhì)量完全處于可控范圍內(nèi)。