連續(xù)體系矮塔斜拉橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要 為探索矮塔斜拉橋主橋架設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)及施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)，文章以某公路橋梁為例，應(yīng)用Midas Civil專用程序構(gòu)建了連續(xù)體系矮塔斜拉橋的三維有限元模型，對(duì)施工荷載、橋梁整體剛度等進(jìn)行了模擬分析；進(jìn)而從臨時(shí)固結(jié)體系施工、鋼絞線斜拉索索力測(cè)量、主梁合龍等方面對(duì)其施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，連續(xù)體系矮塔斜拉橋的受力情況與普通斜拉橋不同；通過選擇適用的臨時(shí)固結(jié)方式和主梁合龍工藝，加強(qiáng)斜拉索索力的測(cè)試控制，可為此類橋型預(yù)留出足夠的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 連續(xù)體系；矮塔斜拉橋；施工技術(shù)；合龍；臨時(shí)固結(jié)

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0055-03

0 引言

矮塔斜拉橋是介于連續(xù)剛構(gòu)和斜拉橋之間的組合橋型，其主梁具有較大剛度，承荷能力強(qiáng)；拉索主要在改善主梁受力、增強(qiáng)跨越性能等方面起輔助作用。此類橋型兼具連續(xù)梁橋剛性和斜拉橋柔性，能較好彌補(bǔ)梁式結(jié)構(gòu)和斜拉橋等在跨徑方面的空白，結(jié)構(gòu)受力更加合理穩(wěn)定。在受力方面，連續(xù)體系矮塔斜拉橋與普通斜拉橋存在較大差異，施工工藝也應(yīng)隨之調(diào)整?；诖耍撐囊劳泄窐蛄旱墓こ虒?shí)際，對(duì)連續(xù)體系矮塔斜拉橋的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行了分析研究，以期為此類獨(dú)特橋型的推廣應(yīng)用提供借鑒參考。

1 工程概況

某公路橋梁主橋?yàn)樽兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土的雙矮塔斜拉橋形式，跨徑為（76+128+76）m。引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)。箱梁頂?shù)讓挾确謩e為22.6 m和14.6 m，翼緣設(shè)計(jì)寬度為4.0 m。主墩為花瓶形狀，墩頂布設(shè)預(yù)應(yīng)力束，主墩上下部及縱向?qū)挿謩e為14.0 m、10.0 m、3.0 m。下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，1個(gè)主墩與12根灌注樁對(duì)應(yīng)。為保證施工過程順利進(jìn)行及施工質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)墩梁臨時(shí)固結(jié)、拉索施工、主梁合龍等關(guān)鍵過程的控制。

2 連續(xù)體系矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 模型構(gòu)建

應(yīng)用Midas Civil專用程序進(jìn)行連續(xù)體系矮塔斜拉橋的三維建模[1]。借助梁模型模擬主梁剛度和質(zhì)量，吊桿及中間節(jié)點(diǎn)通過剛臂進(jìn)行橫向連接，形成主從結(jié)構(gòu)。通過桁架單元模擬斜拉索，并通過初拉力賦值得到初始的幾何剛度。通過空間梁?jiǎn)卧M(jìn)行橋墩、橋塔模擬。

連續(xù)體系矮塔斜拉橋的邊界條件對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)靜力特性影響較大，故在建模期間應(yīng)對(duì)主塔墩梁進(jìn)行固結(jié)處理，通過調(diào)整墩梁節(jié)點(diǎn)的主從約束關(guān)系[2]，保證變形的協(xié)調(diào)性。通過主梁形心和斜拉索錨固點(diǎn)的連接，起到主梁與斜拉索錨固的作用。全橋有限元模型見圖1所示：

2.2 計(jì)算工況

為進(jìn)行不同主梁剛度下連續(xù)體系矮塔斜拉橋的受力分析，擬定出以下幾種工況，并對(duì)不同工況的主梁彎矩、應(yīng)力及跨中撓度等進(jìn)行模擬分析。

工況1：0～13#截面梁高從3.7 m向1.9 m過渡；3#截面～邊跨梁段梁高固定為1.9 m。

工況2：0～13#截面梁高從4.2 m向2.4 m過渡；3#截面～邊跨梁段梁高固定為2.4 m。

工況3：0～13#截面梁高從4.7 m向2.9 m過渡；3#截面～邊跨梁段梁高固定為2.9 m。

2.3 荷載分析

對(duì)于連續(xù)體系矮塔斜拉橋而言，塔與墩為承擔(dān)主梁自重的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，部分荷載由斜拉索承擔(dān)。豎直向拉索分力之和與拉索承擔(dān)的主梁自重大致相當(dāng)。通過分析不同工況下的索力及主梁支反力，可為主梁及斜拉索作用的量化分析提供可靠依據(jù)。

不同工況下的主梁總重量、斜拉索豎向分力及主梁支反力的模擬結(jié)果見表1～3所示。據(jù)此可知，斜拉橋主梁剛度隨主梁高度的增大而增加，而拉索所承擔(dān)的荷載則呈遞減趨勢(shì)；工況3下的主梁剛度增幅較小，且剛度增至臨界值后索力便趨于穩(wěn)定。為保證分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，必須同時(shí)考慮矮塔斜拉橋的主梁剛度和拉索軸向剛度[3]。

3 連續(xù)體系矮塔斜拉橋關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 臨時(shí)固結(jié)施工

墩梁臨時(shí)固結(jié)是連續(xù)梁體系懸臂掛籃對(duì)稱施工的首要問題，通過該體系的布設(shè)，以抵抗施工誤差等造成的不平衡力，確保懸臂施工過程的順利進(jìn)行。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、橋址處地質(zhì)條件、施工便利性等進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)形式的確定。該連續(xù)體系矮塔斜拉橋的箱梁底寬14.6 m，設(shè)計(jì)墩高為10.0 m。若在水中布設(shè)臨時(shí)墩，則受汛期洪水影響大，為保證結(jié)構(gòu)安全，必須增設(shè)額外的保護(hù)措施。若在橋墩上部設(shè)置三角托架，則面臨高空作業(yè)和復(fù)雜的施工過程。為此，該斜拉橋選用預(yù)應(yīng)力連接的臨時(shí)固結(jié)型式[4]，只需要在水位較低時(shí)設(shè)置臨時(shí)支架，進(jìn)行0#塊澆筑和臨時(shí)錨固施工，綜合效益最高。

以標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為930 MPa的精軋螺紋鋼為臨時(shí)錨固鋼束，共2排，每排1根，預(yù)埋于橋墩并與0#塊錨固。在箱梁和橋墩間增設(shè)長(zhǎng)×寬×高為5.0 m×0.3 m×0.45 m

的臨時(shí)錨固塊，并使用標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為32.4 MPa的砂漿混凝土。預(yù)應(yīng)力連接的臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)見圖2所示：

3.2 鋼絞線斜拉索索力測(cè)量

（1）索力測(cè)量方法。該矮塔斜拉橋主梁為混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，橋面較寬，無法布設(shè)平行鋼絲成品拉索。為簡(jiǎn)化運(yùn)輸過程，減小索體直徑，采用鞍座式鋼絞線拉索。此類斜拉索鋼絞線由環(huán)氧樹脂全涂裝，與分絲管式索鞍結(jié)構(gòu)配合使用，可保證斜拉索的連續(xù)通過。平行鋼絞線拉索防護(hù)體系與鋼絲采用一體式，具有振動(dòng)一致性特征，故按照振動(dòng)頻率法進(jìn)行索力檢測(cè)完全可行[5]。而該矮塔斜拉橋若采用鞍座式鋼絞線拉索，拉索防護(hù)結(jié)構(gòu)與鋼絞線分離，采用常規(guī)方法檢測(cè)索力時(shí)的護(hù)筒也處于振動(dòng)狀態(tài)，必然引起頻率識(shí)別錯(cuò)誤。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)該斜拉橋施工階段，分別采用壓力傳感器、油壓表及預(yù)應(yīng)力張力測(cè)試儀進(jìn)行斜拉索的索力測(cè)量。其中，預(yù)應(yīng)力張力測(cè)試儀檢測(cè)精度達(dá)到95%以上，適用于黏結(jié)鋼絞線拉索及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束的張力檢測(cè)。

（2）未張拉的斜拉索索力。斜拉索張拉階段主要借助油壓表進(jìn)行索力量測(cè)與控制?？紤]其無黏結(jié)鋼絞線以單根方式張拉，張拉期間還應(yīng)進(jìn)行鋼束張拉力變化趨勢(shì)的規(guī)律分析，以確保鋼束間索力均勻。同時(shí)，通過壓力表讀取鋼束拉力，并借助傳感器校核，確保鋼束張力一致。

（3）已張拉的斜拉索索力。結(jié)合施工方案，斜拉索張拉早于防護(hù)套安裝，故對(duì)于已張拉的斜拉索，通過振動(dòng)頻率法檢測(cè)索力切實(shí)可行。但因鋼絞線貼合并不緊密，測(cè)試效果受到一定影響。為此，借助預(yù)應(yīng)力張力測(cè)試儀直接檢測(cè)表層鋼絞線索力，并將其測(cè)試結(jié)果與壓力傳感器結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者取值接近。

3.3 主梁合龍

3.3.1 主梁合龍次序

在先邊跨合龍?jiān)僦锌绾淆埖倪^程中，可對(duì)稱布設(shè)2個(gè)施工工作面，故施工快速、工效高。但合龍施工受T構(gòu)影響較大，邊跨合龍會(huì)造成一端固結(jié)、另一端自由的局面，合龍束張拉期間還會(huì)因溫度及臨時(shí)固結(jié)等原因而引發(fā)次內(nèi)力，以上問題可在成橋后通過頂推力調(diào)整截面內(nèi)力而得到緩解。通過掛籃懸臂澆筑，取得較好的施工控制效果。

3.3.2 主梁合龍施工

通過合龍施工使主梁從雙懸臂狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)梁狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力重分布。該矮塔斜拉橋利用掛籃底模平臺(tái)和側(cè)模展開合龍，通過勁性骨架焊接及臨時(shí)鋼束張拉對(duì)合龍口進(jìn)行鎖定，待合龍完成后再接觸鎖定。

合龍口鎖定方案的確定在主梁合龍施工中較為關(guān)鍵。為加快施工進(jìn)度，結(jié)合構(gòu)造及受力特征采用內(nèi)鎖方式，即將型鋼支撐預(yù)埋于箱梁頂?shù)装寮案拱鍍?nèi)，連接懸臂段和合龍段；此后進(jìn)行合龍段混凝土澆筑，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換。考慮型鋼結(jié)構(gòu)具有較高的彈性模量，故在張拉過程中，預(yù)應(yīng)力經(jīng)由型鋼向混凝土傳遞。由于傳遞過程中折減等原因，混凝土最終承受的壓應(yīng)力小于設(shè)計(jì)值，進(jìn)而增大合龍段受拉區(qū)的開裂風(fēng)險(xiǎn)。按照此類方式進(jìn)行合龍口鎖定施工時(shí)，必須加強(qiáng)合龍段受拉區(qū)的監(jiān)測(cè)控制。

4 施工過程監(jiān)測(cè)控制

4.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在矮塔斜拉橋主梁的橋塔梁固結(jié)處、邊跨1/4截面、中跨1/4截面、跨中截面分別設(shè)置截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。每個(gè)截面布置14個(gè)測(cè)點(diǎn)，主梁澆筑前將應(yīng)力傳感器布設(shè)在各測(cè)點(diǎn)處的主筋位置。主梁合龍部分施工階段控制截面的應(yīng)力測(cè)值見表4所示，表中拉應(yīng)力為正、壓應(yīng)力為負(fù)。

由表4可以看出，中跨合龍段混凝土澆筑完成后各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值與理論值十分接近，各截面全部為受壓狀態(tài)，應(yīng)力峰值均不超出±20 MPa的設(shè)計(jì)值，結(jié)構(gòu)受力安全。

4.2 索力監(jiān)測(cè)

斜拉橋索力是結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的直接體現(xiàn)，與橋梁線性控制和施工安全關(guān)系密切，也是斜拉橋施工控制的最主要手段。該斜拉橋全橋共設(shè)置80根斜拉索，在混凝土懸臂澆筑及預(yù)應(yīng)力張拉、孔道灌漿結(jié)束后即進(jìn)行拉索的索力監(jiān)測(cè)。將穿心式壓力傳感器安裝在6根關(guān)鍵斜拉索處監(jiān)測(cè)索力；其余拉索索力則通過頻率測(cè)試法進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？紤]施工誤差可能造成索塔、主梁變形，進(jìn)而影響斜拉索受力的均勻性，故在此階段必須加強(qiáng)索力調(diào)整。

根據(jù)比較可知，拉索索力實(shí)測(cè)值與理論值偏差全部符合技術(shù)要求，拉索索力分布合理，從側(cè)面驗(yàn)證了該文所構(gòu)建的理論模型的適用性；穿心式壓力環(huán)測(cè)值與張拉千斤頂游標(biāo)測(cè)值基本吻合，索力監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠準(zhǔn)確。

5 結(jié)論

綜上所述，該連續(xù)體系矮塔斜拉橋因跨越河道，主墩建設(shè)于水中，采用預(yù)應(yīng)力臨時(shí)固結(jié)方式后使結(jié)構(gòu)形式得以簡(jiǎn)化，避免受汛期洪水的影響，保證了結(jié)構(gòu)安全。逐根張拉無黏結(jié)鋼絞線拉索后，對(duì)施工設(shè)備的要求進(jìn)一步降低，取得了較好的防護(hù)效果；通過安裝壓力傳感器掌握特殊拉索的索力，運(yùn)營(yíng)期內(nèi)斜拉索測(cè)試過程更加簡(jiǎn)捷。按照先邊跨后中跨的流程合龍后，為合龍段混凝土預(yù)留出充足的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，保證了施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全。

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