斜拉索橋塔梁同步施工技術(shù)研究

周喜祥

摘要 文章以某大型斜拉索橋所采取的塔梁同步施工技術(shù)為例，結(jié)合工程實(shí)踐應(yīng)用，梳理了所應(yīng)用的塔梁同步施工技術(shù)要點(diǎn)，主要包括主塔、主梁同步施工技術(shù)要點(diǎn)，以及同步施工帶來的索力、主梁以及索塔的應(yīng)力應(yīng)變影響，可為同類斜拉索橋塔梁同步施工提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 斜拉索橋；塔梁同步；施工技術(shù)；應(yīng)力應(yīng)變；影響研究

中圖分類號(hào) U448.27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）14-0132-03

0 引言

塔梁同步施工雖然具有一系列新優(yōu)勢(shì)，但在塔梁同步配合施工和塔梁應(yīng)力應(yīng)變把握控制上存在研究需求和技術(shù)應(yīng)用挑戰(zhàn)。該文以某大型斜拉索橋采取塔梁同步施工作為案例，結(jié)合工程應(yīng)用，梳理介紹所應(yīng)用的塔梁同步施工技術(shù)要點(diǎn)，并通過工程有限元分析成果，探討同步施工帶來的塔梁應(yīng)力應(yīng)變影響，旨在為同類斜拉索橋塔梁同步施工應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例情況

案例是一座特大型雙塔斜拉索橋梁，全橋總長(zhǎng)度為1 380 m，跨度組合為“50×3+50×4+（155+360+155）+（40+50×3）+50×3”。速度設(shè)計(jì)80 km/h，公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，峰值地震加速度0.05 g，設(shè)防按0.10 g控制。鉆石結(jié)構(gòu)主塔，高192.08 m，由基座、塔墩、上下塔柱、塔冠、上下橫梁等構(gòu)成，基座、塔身、承臺(tái)、橫梁的表面增設(shè)一層帶肋焊固鋼筋網(wǎng)。主梁采取“Π”型邊主梁型式，主梁高2.50 m，頂面全寬27.0 m，頂板厚度0.32 m，雙向設(shè)置2%的橫坡。8#塔墩處主塔與主梁通過下橫梁臨時(shí)固結(jié)，索塔采取塔梁同步方法施工。9#塔墩處主塔與主梁通過下橫梁永久固結(jié)，索塔采取先塔后梁方法施工。

2 塔梁同步施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 主梁同步施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）主梁的0#、1#、1'#、24#、24'#梁段采取了墩旁舉架現(xiàn)澆方法施工，安裝完托架后，需要預(yù)壓以滿足荷載要求。在施工24#、24#梁段時(shí)，舉架另側(cè)須施加平衡重，以確保7#、10#墩安全。

（2）第2#～22#梁段采取前支掛籃懸澆方法施工，其中前支掛籃的載承能力要求達(dá)到540 t。中支撐點(diǎn)與已澆梁段的前端距離0.50 m，滿足垂直向下的作用力280 t，支撐點(diǎn)與后錨點(diǎn)的距離參考梁段長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，滿足垂直向上的作用力80 t。作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡量選取符合上述要求的前支撐點(diǎn)掛籃。懸澆作業(yè)前，有必要給予預(yù)壓，預(yù)壓載荷不得低于1.2倍的掛籃載承能力。

（3）在主梁雙懸臂澆筑施工中，混凝土澆筑、掛籃、鋼束張拉和移動(dòng)機(jī)具等，都必須按梁上施工圖和監(jiān)控指令進(jìn)行。為了確保施工安全，應(yīng)盡可能地減少在梁上堆放材料或機(jī)具，必須堆放的應(yīng)對(duì)稱堆放。在特殊情況下，兩側(cè)不平衡重只允許10 t差異。

（4）主梁23#和23'#梁段屬合龍段，采取吊架施工，吊架重量按30 t配備。邊跨23#梁段先合龍，主跨（23#梁段）再合龍。澆筑合龍段混凝土?xí)r，采取預(yù)壓重法，即先在合龍段的兩端加水箱，按該段一半的混凝土重量注水壓重。邊澆筑混凝土邊放水。灌完壓重水后再焊接剛性攏段連接。設(shè)計(jì)合龍溫度為10～15 ℃，為盡可能減少溫度影響，要求焊接剛性攏段連接、臨時(shí)固結(jié)解除操作中的應(yīng)盡可能地選擇低溫時(shí)段進(jìn)行，確?；炷敛粫?huì)因大幅度或過快降溫而開裂。合龍段混凝土澆筑要快，一定要確保合龍剛性連接穩(wěn)定可靠，并且與梁端預(yù)埋件焊接牢固。合龍段混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和齡期后，應(yīng)盡快進(jìn)行合龍鋼束的張拉操作。

（5）主梁應(yīng)與橫梁同時(shí)澆筑，由懸臂端向已經(jīng)澆筑好了的塊件澆筑，斷面規(guī)格要嚴(yán)格控制。張拉橫梁的預(yù)應(yīng)力鋼束的操作順序應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

2.2 主塔同步施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）在主塔作業(yè)中，允許誤差要求如下：柱體斷面允許誤差±20 mm，軸線允許誤差±10 mm，傾斜度≤塔高/3 000，塔頂高程允許誤差±10 mm，錨點(diǎn)高程允許誤差±10 mm，錨具軸線允許誤差±5 mm。

（2）采用冷壓鋼筋連接器或強(qiáng)直螺紋連接器進(jìn)行塔柱垂向主筋接長(zhǎng)。同截面的主筋接頭數(shù)量不應(yīng)該超出25%全部主筋數(shù)量。主筋和捆筋交叉處，均采取點(diǎn)焊予以固定。

（3）可以分次澆筑上塔柱、上橫梁、下橫梁的混凝土，一定要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度級(jí)別的85%強(qiáng)度，齡期≥4 d后，方能施加預(yù)應(yīng)力。張拉順序和張拉噸位遵照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。所有鋼絞線均須同時(shí)兩端張拉。張拉應(yīng)力要求按照鋼束引伸量與張拉噸位設(shè)施雙重控制，但以張拉噸位為主[1]。

（4）施工順序及措施。在操作過程中，應(yīng)使橫梁及塔柱符合設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)，工程隊(duì)?wèi)?yīng)提前制定操作方案。案例塔柱的斜度較大，因此在上塔柱配置3道臨時(shí)撐桿，在下塔柱配置1道臨時(shí)拉桿，并進(jìn)行預(yù)頂。具體要求：

1）臨時(shí)桿配置：塔柱模板超過臨時(shí)桿標(biāo)高時(shí)配置，同時(shí)對(duì)上塔柱臨時(shí)桿加施水平預(yù)頂力，預(yù)頂力大小執(zhí)行設(shè)計(jì)要求。

2）臨時(shí)桿結(jié)構(gòu)：鋼管，壁厚12.00 mm，徑值≥800 mm，應(yīng)支撐于塔柱實(shí)心部分。撐桿傳力可靠，緊密連接，拉桿配置12Φ15.24 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線2根，并預(yù)先給予拉張。

3）臨時(shí)桿拆卸：完成下橫梁的預(yù)應(yīng)力張拉后，及時(shí)拆卸下塔柱所配臨時(shí)拉桿，之前則不應(yīng)拆卸。當(dāng)完成塔冠施工后，可以拆卸上塔柱所配臨時(shí)撐桿。工程隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)上述要求，制定臨時(shí)桿配置圖，并向設(shè)計(jì)單位報(bào)告。

4）上、下橫采用支架現(xiàn)澆施工，待完成橫梁預(yù)應(yīng)力張拉后，方可拆架。工程隊(duì)?wèi)?yīng)將支架結(jié)構(gòu)、塔上反力點(diǎn)相關(guān)配備設(shè)計(jì)以書面形式通知設(shè)計(jì)單位，以便給予必要的驗(yàn)算。如果需要在塔上布設(shè)其他設(shè)施，也應(yīng)該提前向設(shè)計(jì)單位提交書面通知。

（5）塔座、下塔柱、承臺(tái)、塔墩的底部實(shí)心段，塔柱與橫梁連接實(shí)體段，均屬于大體積混凝土筑體，為加強(qiáng)水化熱控制，工程隊(duì)在施工前應(yīng)根據(jù)水泥、集料等材料的熱性，合理確定配合比和給予必要的溫控設(shè)計(jì)。施工過程中應(yīng)采取配置冷卻管、降低入模溫度、縮短齡期差、加強(qiáng)養(yǎng)生等措施，降低混凝土水化熱，以防水化反應(yīng)導(dǎo)致混凝土開裂。

（6）9#塔墩采取墩、塔、梁固結(jié)，在下橫梁混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)同時(shí)澆筑0#節(jié)段內(nèi)塔中線兩側(cè)3.25 m范圍的橫梁和主梁的混凝土，強(qiáng)度達(dá)到要求后，方可進(jìn)行塔下橫梁鋼束的預(yù)應(yīng)力張拉。

3 同步施工的塔梁應(yīng)力應(yīng)變影響

案例特大橋8#塔采取塔梁同步施工方式，9#塔則采用先主塔后主梁的施工方式。這里以有限元模擬分析結(jié)果，揭示同步施工對(duì)塔梁應(yīng)力應(yīng)變影響情況。

3.1 索力影響

在斜拉橋的施工過程中，索力一直是重要的質(zhì)量和安全控制技術(shù)項(xiàng)。斜索與成橋應(yīng)力形變關(guān)系密切。有限元模擬分析獲得的兩種施工方法的索力影響結(jié)果見表1所示。表中的同步索力為8#塔同步施工中7對(duì)斜拉索的索力值，非同步索力為9#塔7對(duì)斜拉索的力值[2]。

表1數(shù)據(jù)顯示，兩種施工方式的索力狀態(tài)存在差異，但差異百分率卻都在±1%范圍內(nèi)波動(dòng)，相對(duì)誤差最大值為0.86%，這顯示兩種施工方式的索力影響均比較小，均可以滿足索力張拉施工控制的最大允許誤差為2%的設(shè)計(jì)要求。值得注意的是，初始索力呈現(xiàn)同步施工比非同步施工要低，但成橋索力則普遍相對(duì)要大，這表明同步施工帶來的索力變化相對(duì)要大。為了工程安全，同步施工過程中應(yīng)通過7根斜拉索的張拉調(diào)整，以確保兩側(cè)索力平衡。

3.2 主梁應(yīng)力影響

有限元模擬分析獲得的兩種施工方法的主梁應(yīng)力影響見表2所示，8#和9#塔相對(duì)應(yīng)的斷面均以同一編碼表示，壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)，單位為MPa。

表2數(shù)據(jù)顯示，表中無負(fù)值，意味主梁上下緣均只承受了壓應(yīng)力，兩種施工方式的主梁上緣的應(yīng)力最大差值僅0.05 MPa，顯示主梁上緣的應(yīng)力影響比較小。但在主梁下緣，同步作業(yè)方式下的應(yīng)力值相對(duì)大一些，意味存在一定影響，但是考慮均為壓應(yīng)力，并且其應(yīng)力值比較小，可以滿足保證同步施工安全。顯然塔梁同步施工方法的主梁應(yīng)力影響并不大。

3.3 索塔應(yīng)力應(yīng)變影響

同步與非同步施工方式帶來的主梁應(yīng)力應(yīng)變終究要反映到索塔的應(yīng)力應(yīng)變上。為了確保分析準(zhǔn)確性，這里將8#塔改為非同步施工，然后對(duì)不同施工方案的應(yīng)力應(yīng)變影響進(jìn)行比較分析[3]。

（1）應(yīng)力狀態(tài)比較。主塔內(nèi)外側(cè)的應(yīng)力曲線顯示，同步施工的壓力值普遍低于非同步施工的壓力值，并且塔外側(cè)的應(yīng)力差值比內(nèi)側(cè)的要低。在采取同步施工方案時(shí)，塔恒載所下傳的軸向力相對(duì)小，所以導(dǎo)致此差異。因此，同步施工控制過程中，要特別注意防止張拉斜拉索后，主塔由于壓力安全積累不足而發(fā)生拉應(yīng)力影響，這對(duì)保證施工過程中結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要。

（2）應(yīng)變狀態(tài)比較。對(duì)不同工況下8#塔的偏位結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，具體結(jié)果見表3所示。其中向左水平移位為正，向右水平移位為負(fù)，向上豎向移位為正，向下豎向移位為負(fù)。

表3模擬結(jié)果顯示，同步施工方法對(duì)索塔的形變影響非常小，其中最大水平移位差值不到1 cm，僅在0.13 cm。豎直移位差值稍大一點(diǎn)，但最大差值不超過2 cm，僅在1.78 cm。上述分析結(jié)果顯示，塔梁同步施工方式對(duì)索塔形變影響均在允許誤差范圍內(nèi)，無需額外采取形變控制措施。

4 結(jié)語

綜上所述，該文介紹了所應(yīng)用的主塔同步施工技術(shù)要點(diǎn)和主梁同步施工技術(shù)要點(diǎn)，并通過有限元仿真模擬分析，探討了同步施工帶來的索力、索塔的應(yīng)力應(yīng)變影響。分析結(jié)果顯示，塔梁同步施工方法對(duì)主梁應(yīng)力應(yīng)變影響并不大；雖然對(duì)主梁形變影響較小，但為了確保最終合龍前兩側(cè)的線型一致，還是需要加強(qiáng)對(duì)施工中塔梁線型和標(biāo)高的檢測(cè)和控制，避免最終合龍時(shí)積累出現(xiàn)較大的誤差；塔梁同步施工方式對(duì)索塔形變影響均在允許誤差范圍內(nèi)，無需額外采取形變控制措施。

參考文獻(xiàn)

[1]汪勁豐. 預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋施工控制的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)， 2003.

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[3]孫全勝， 孫永存. 斜拉橋塔梁同步施工與控制技術(shù)的研究[J]. 公路， 2007（4）： 88-91.