無背索斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要：結(jié)合工程實例，對無背索斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系特點進(jìn)行總結(jié)，并分析施工方案，從主梁、主塔、索導(dǎo)管傾角、橋塔內(nèi)力控制等方面對施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。實踐結(jié)果表明：無背索，斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)，對于確保橋梁工程的整體施工質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用，可將成橋后斜拉橋的主梁高程偏差值控制在1.3cm，橋塔縱向偏差值控制在1.6cm，橋塔未產(chǎn)生受力裂縫等病害問題。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；鋼混混合梁；主塔內(nèi)力；索導(dǎo)管傾角

1" "工程概況

某橋梁工程項目為無背索獨塔斜拉橋，整體采用塔梁墩固結(jié)鋼構(gòu)體系，橋梁主梁為鋼混混合梁結(jié)構(gòu)，其中鋼箱梁與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁長度分別為91m和44m，結(jié)合段長度為2m，箱梁均為單箱三室結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁高度為3m，鋼箱梁高度為2m。

斜拉橋的橋塔位置采用鋼混結(jié)構(gòu)，橋塔高度為72m，縱向為滿足景觀造型和采用反S形曲線擬合，將終端傾斜角設(shè)為50°，底部與頂部角度接近于垂直狀態(tài)。采用“先梁后塔”與“塔索同步”的施工方案，加強(qiáng)對索導(dǎo)管傾角與橋塔內(nèi)力的有效施工控制，以保障施工質(zhì)量，提高施工效率。

2" "結(jié)構(gòu)體系分析

以往的無背索斜拉橋在施工控制環(huán)節(jié)，主要是憑借橋塔自重與剛度特征，依靠斜塔自重完成對塔梁固結(jié)點位置的彎矩抵消。而應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土材料會使橋的主梁承載力偏大，不利于滿足索塔自重要求[1]。

與此同時，斜拉橋作為一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，在成橋的線形方面有著十分嚴(yán)格的要求，節(jié)點坐標(biāo)的改變會直接對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配情況產(chǎn)生影響[2-3]。一旦斜拉橋的線形與設(shè)計值發(fā)生偏離，將會造成內(nèi)力與設(shè)計值不相符。因此，在橋梁工程結(jié)構(gòu)體系設(shè)計環(huán)節(jié)，有必要加強(qiáng)對拉索垂度、臨時荷載或混凝土收縮等影響因素分析，兼顧各項條件，完成結(jié)構(gòu)體系的調(diào)整[4-5]。

該項目中，橋梁主要以鋼構(gòu)體系為整體結(jié)構(gòu)，主梁為鋼混組合梁，主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中央分隔帶位置設(shè)斜拉索。由于橋梁建設(shè)對周圍景觀要求比較高，經(jīng)過勘測得知河道的寬度在100m左右，為了使該項目中的無背索斜拉橋適用于該河道寬度，需要依靠橋塔重力來平衡主梁的荷載，使主塔傾斜度達(dá)到60°左右。在塔梁墩固結(jié)體系下，只有少數(shù)小跨徑橋?qū)⑺汗探Y(jié)、塔墩分離。

該項目選用豎琴形索面，配合曲線型塔柱進(jìn)行施工，其中前2根短索塔短索導(dǎo)管長度為16.5m。為降低主梁質(zhì)量，使塔柱自重有所減輕，根據(jù)該斜拉橋的實際情況，融合施工現(xiàn)場環(huán)境氣候特點，采取鋼混組合結(jié)構(gòu)，以發(fā)揮鋼筋與混凝土材料的作用。

主梁位置應(yīng)用鋼混結(jié)構(gòu)，以主跨為分界點位，與塔梁固結(jié)點保持大約19m距離。對分界點位置，需要分析主梁的應(yīng)力傳遞情況與主梁剛度變化情況。對鋼混結(jié)合段處，需要做好結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化，加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分析，保障橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。

3" "施工方案分析

3.1" "總體施工方案

常規(guī)斜拉橋多采取先塔后梁與主梁懸拼相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，但無背索斜拉橋塔柱會產(chǎn)生傾斜，使塔柱自身無法有效保持平衡，需依靠斜拉索保持主梁的質(zhì)量平衡。為此對無背索斜拉橋需要先梁后塔，且塔索同步進(jìn)行施工，完成主梁架設(shè)后再對主塔進(jìn)行懸臂節(jié)段施工。

項目整體施工方案主要為“先梁后塔”與“塔索同步”。具體施工流程如下：搭設(shè)橋梁支架，對混凝土箱梁與鋼混結(jié)合段進(jìn)行現(xiàn)澆施工，安裝鋼箱梁。張拉箱梁預(yù)應(yīng)力，澆筑混凝土。搭設(shè)主塔平臺，依靠勁性骨架對主塔節(jié)段進(jìn)行懸臂澆筑，保持塔端同步張拉斜拉索，然后放索，將主梁支架與主塔支架一次拆除。

3.2" "承臺深基坑施工方案

項目施工位置存在淤泥質(zhì)土壤，填筑材料內(nèi)摻雜巖石。一般深基坑施工多為放坡開挖與圍堰施工方法相結(jié)合，但施工存在一定風(fēng)險。經(jīng)研討決定采用“放坡+圍堰開挖”的施工方案，放坡開挖同時觀察土壤與水文變化情況，必要時使用鋼板樁圍堰。開挖期間如果填土效果良好，可將放坡開挖坡比設(shè)計為1：1.25，隨后掛網(wǎng)噴漿護(hù)面，依靠抽水機(jī)提高施工效率。

3.3" "承臺一次性澆筑方案

項目中橋梁承臺屬于大體積混凝土，根據(jù)圖紙要求對承臺位置分層施工。為防止混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生穩(wěn)定裂縫，要求結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差不能超出±25℃。采用分層施工手段預(yù)防裂縫問題，加強(qiáng)對混凝土入模時溫度的有效控制，要求混凝土溫度≤30℃。

此外，使用低水化熱膠凝材料，比如具有低水化熱特征的硅酸鹽水泥，并在材料內(nèi)摻入一部分粉煤灰，以降低材料發(fā)熱量，防止混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)溫度急劇升高。夏季施工時，要求摻入粉煤灰的混凝土入模溫度≤30℃，冷卻水管共3層，每層保持1m的間隔距離，水管間距1.2m，承臺養(yǎng)護(hù)7d后可以拆模。

4" "施工控制關(guān)鍵技術(shù)

4.1" "主梁施工控制技術(shù)

鋼混混合梁結(jié)構(gòu)中，鋼箱梁與混凝土梁的高度分別為2m和3m，采用單箱三室斜腹板界面，混合位置處于主跨區(qū)域，與主塔中心相距19m。對主梁進(jìn)行澆筑與拼裝，邊跨區(qū)域的混凝土主梁跨徑為25m，采用鋼管臨時墩與貝雷架相結(jié)合的施工方案。為防止臨時墩沉降，避免主梁出現(xiàn)開裂問題，要求鋼管臨時墩必須支撐在承臺上，貝雷架的跨徑達(dá)到25m。邊跨區(qū)域主梁自重770kN/m，所需貝雷架數(shù)量較多，需增強(qiáng)支點位置的剪力。

鋼混混合梁施工時，先進(jìn)行主梁施工，再進(jìn)行混合段施工，張拉主梁預(yù)應(yīng)力后安裝鋼箱梁。對主梁結(jié)構(gòu)線形控制。該斜拉橋的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁端采用現(xiàn)澆法進(jìn)行施工，分段拼裝鋼箱梁，共計11個階段，標(biāo)準(zhǔn)段長度為8m。通過合理設(shè)置主梁預(yù)拱度，完成對線形的有效控制。

4.2" "主塔施工控制技術(shù)

承臺之上主塔高度為72m，下塔柱高度為12m，主梁以上高度為60m。中心線縱向采用反S形的曲線形式擬合，使主塔中部傾斜角達(dá)到50°，塔底部和頂部的角度接近垂直狀態(tài)?？v向?qū)挾瘸蕽u變趨勢，底部與頂部縱寬分別為11.75m和3.25m，橫向等寬3m。

主塔位置使用四邊倒角實心截面，縱向?qū)挾扔傻撞肯蝽敒?.5～0.5m的漸變，橫向?qū)挾鹊葘?.3m。上塔柱共劃分成15個節(jié)段，澆筑高度最大為4.581m。根據(jù)模板受力情況進(jìn)行節(jié)段劃分，確保塔根位置最大拉應(yīng)力＜2MPa時不會產(chǎn)生應(yīng)力裂縫問題。

一般斜拉橋橋塔部位呈垂直狀態(tài)，兩側(cè)斜拉索的索力會均等分布，實際施工過程中無需對橋塔預(yù)偏量進(jìn)行額外設(shè)置。針對該斜拉橋加強(qiáng)線形控制，將橋塔的預(yù)偏量劃分為水平與豎向兩部分。對橋塔位置進(jìn)行分段澆筑施工，計算每節(jié)塔柱澆筑施工環(huán)節(jié)的節(jié)段預(yù)偏量，同時計算索塔錨固點位置的預(yù)偏量值，從坐標(biāo)中得到預(yù)偏量結(jié)果。根據(jù)握預(yù)偏量的變化趨勢，完成對橋塔線形的有效控制，為后續(xù)斜拉橋施工技術(shù)的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。索塔錨固點預(yù)偏量如表1所示。

4.3" "索導(dǎo)管傾角控制

完成橋梁線形的控制后，還要安裝索導(dǎo)管，判斷斜拉索垂度給傾角控制造成的影響。確保斜拉索位于導(dǎo)管內(nèi)部，且保持位置居中，實現(xiàn)對索導(dǎo)管傾角的有效控制。將傾角取值為錨固點傾角，采用切線法對傾角變化量加以計算[6-7]。

該項目中橋梁的塔柱為實心的，且索導(dǎo)管的長度在16.5m左右，已經(jīng)超出索長大約1/3，計算后利用割線法對索導(dǎo)管傾角進(jìn)行調(diào)整，修正夾角，使導(dǎo)管前端的降低值能夠低于索導(dǎo)管中點位置垂度，最終符合施工要求。

4.4" "橋塔內(nèi)力控制

橋臺選擇傾斜的鋼混結(jié)構(gòu)，由于其彎矩偏大，橋塔位置會形成較大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時會造成受力裂縫，為此需加強(qiáng)對各環(huán)節(jié)斜拉索索力的控制。

4.4.1" "張拉索力

為保證傾斜塔柱局部平衡，在橋塔節(jié)段施工環(huán)節(jié)要求張拉索力與成橋索力必須一致。因主梁預(yù)拱度的存在，使得落架前橋塔與索梁錨固點的間距較小，斜拉索看起來“超長”。其中cb1～cb6號的斜拉索錨杯長度為42cm，cb7～cb10號斜拉索錨杯長度為37cm。

斜拉索錨頭前端長度如表2所示。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)信息可知，梁端螺母處于錨杯前1/3位置時，cb6～cb8斜拉索超長梁超過理論長度，該處斜拉索塔端錨杯需要用到錨墊板。

為解決上述問題，需減小無應(yīng)力索長，對螺母的位置做出調(diào)整，或減小一部分張拉索力，讓梁端螺母位于錨杯前1/3的位置。澆筑塔柱節(jié)段環(huán)節(jié)，塔端與梁端的錨頭前端長度超過最小理論值，有效解決了斜拉索“超長”問題，實現(xiàn)了對橋塔拉應(yīng)力的有效控制。

4.4.2" "放索索力

對橋塔部位進(jìn)行施工后，主梁落架會加大斜拉索的索力。此時橋塔的內(nèi)力超出容許值，有必要在落架前進(jìn)行放索處理[8]。受應(yīng)力限制，放索需要分2次進(jìn)行，且放索應(yīng)力需要與實際工程施工中索力與目標(biāo)索力的差值相同。其中，目標(biāo)索力可以采用反推的方式，在迭代法的試用下求解。

按照橋梁實際設(shè)計要求，放索量依據(jù)螺母旋出量控制，保持螺母位置不動，外旋塔端螺母，延長錨頭前端位置的長度，從而實現(xiàn)對放索索力的控制。斜拉橋放索索力如表3所示。

5" "結(jié)束語

本文針對無背索獨塔斜拉橋，采取“先梁后塔”與“索塔同步”的總體施工方案，通過無應(yīng)力狀態(tài)法實現(xiàn)對工程的有效施工控制。根據(jù)主梁與橋塔線形控制，加強(qiáng)對索導(dǎo)管傾角的控制，不斷完善各項施工關(guān)鍵技術(shù)，將成橋后斜拉橋的主梁高程偏差值控制在1.3cm，橋塔縱向偏差值不超過1.6cm，橋塔未產(chǎn)生受力裂縫問題，使橋梁受力與線形均能符合工程預(yù)期要求。

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