龍門大橋東索塔上橫梁施工關(guān)鍵技術(shù)

蔣贛猷，賈利強(qiáng)，肖益新，韋苡松

(1.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200；2.廣西欣港交通投資有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

1 工程概況

1.1 索塔結(jié)構(gòu)形式

廣西濱海公路龍門大橋是目前廣西規(guī)劃建設(shè)的最大跨徑橋梁，大橋主橋?yàn)閱慰绲鯌宜鳂?，主跨? 098 m。索塔采用門式混凝土結(jié)構(gòu)，塔高174 m，分30個(gè)節(jié)段進(jìn)行澆筑。索塔設(shè)置上、下兩道橫梁，橫梁均為實(shí)心矩形截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。下橫梁設(shè)置于索塔承臺(tái)上，與塔身第1～2節(jié)同步施工；上橫梁高12 m、寬4 m、長(zhǎng)27.2 m，標(biāo)高范圍為154.400～166.400 m，與塔身第27～28節(jié)高度一致。

1.2 建設(shè)氣象條件

橋位處多年平均風(fēng)速為3.8 m/s，風(fēng)速≥6級(jí)的大風(fēng)日數(shù)多年平均為34 d，風(fēng)速≥8級(jí)的大風(fēng)日數(shù)多年平均為7 d。每年5～11月份受臺(tái)風(fēng)影響，其中7～9月臺(tái)風(fēng)較為集中。影響該地區(qū)的臺(tái)風(fēng)為2～4次/年。

2 總體施工順序與效益分析

對(duì)于懸索橋索塔施工，塔梁同步施工與塔梁異步施工兩種施工順序均可行，但在施工質(zhì)量、工期、工序轉(zhuǎn)換等方面，兩種施工順序還是存在一些差別，其對(duì)比分析見表1。

表1 不同施工順序優(yōu)劣分析表

在施工質(zhì)量方面，采取塔梁同步施工方式，能更好地將橫梁與塔身結(jié)合，索塔能更快形成整體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力均勻。但在同步施工的過程，需要對(duì)塔身液壓爬模的模板進(jìn)行開孔，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力穿束，這對(duì)混凝土外觀質(zhì)量控制帶來較大難度；采取塔梁異步施工方式，塔身與橫梁混凝土齡期不同，需保證兩者結(jié)合面質(zhì)量，橫梁與塔身鋼筋在塔身截面斷開，施工過程需嚴(yán)加把控鋼筋連接質(zhì)量以及預(yù)埋鋼筋、波紋管定位精度，保證后續(xù)施工預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量及混凝土保護(hù)層滿足要求。

在工期進(jìn)度方面，采取塔梁同步施工方式，需要將橫梁側(cè)爬模系統(tǒng)進(jìn)行拆除方可施工，在橫梁施工完成后，重新將爬模組裝完整方可繼續(xù)施工后續(xù)的塔身節(jié)段；采取塔梁異步施工方式，則不需進(jìn)行爬模拆裝，也可提前封頂，不影響塔身施工進(jìn)度。

在安全風(fēng)險(xiǎn)方面，采取塔梁同步施工方式，除了支架搭設(shè)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)外，相對(duì)異步施工方式增加了液壓爬模拆卸重裝的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，安全作業(yè)要求更高。

索塔施工進(jìn)度要與錨碇施工進(jìn)度協(xié)調(diào)，方可進(jìn)行下一步貓道施工。塔梁同步施工方式影響索塔工期較長(zhǎng)，且作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高，故龍門大橋上橫梁采取先施工塔身再施工上橫梁的異步施工工藝[1-2]。

3 上橫梁支架設(shè)計(jì)

3.1 支架選擇及結(jié)構(gòu)形式

考慮上橫梁施工高度達(dá)160 m，鋼管支架方案搭設(shè)高度過高，故采用空中托架的形式[3-4]。由于索塔內(nèi)腔采用鋼圓筒作為內(nèi)模，并且作為永久結(jié)構(gòu)保留，為不破壞塔身內(nèi)腔鋼圓筒，故不采取貫通塔身的拉桿牛腿形式。最終采用在塔身上預(yù)埋鋼板牛腿，在牛腿上搭設(shè)K型托架作為支撐。

本文采用文獻(xiàn)[11]的三維壓縮拐角實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ? 進(jìn)行了數(shù)值模擬, 壓縮角度分別選擇20°, 30°, 在縱向3條線上, 與實(shí)驗(yàn)測(cè)壓結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比, 表明了三維楔的側(cè)緣存在低壓區(qū), 數(shù)值模擬結(jié)果給出了較大的低壓區(qū)范圍. 通過對(duì)流場(chǎng)數(shù)值結(jié)果的進(jìn)一步分析, 表明最低壓力值發(fā)生在比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加靠近楔體的位置, 一個(gè)從楔體側(cè)緣尖端發(fā)起的二次渦從此處掠過, 其抽吸作用是造成當(dāng)?shù)氐蛪旱闹饕? 這種繞過壓縮拐角流動(dòng)的側(cè)面三維效應(yīng), 不論來流是層流還是湍流均未見前人述及. 此外, 數(shù)值結(jié)果表明在三維楔后緣處壓力有所降低, 是由于楔體底部的低壓通過邊界層的亞聲速區(qū)上傳對(duì)上游的壓力產(chǎn)生了影響.

圖1 上橫梁支架結(jié)構(gòu)示意圖(mm)

上橫梁K型托架受力簡(jiǎn)明，托架共設(shè)置上下兩層牛腿，下層牛腿采用與塔身固結(jié)的方式，上層牛腿采用簡(jiǎn)支梁方式進(jìn)行搭設(shè)，支架剛度大且整體受力清晰。支架搭設(shè)高度達(dá)160 m，受風(fēng)荷載影響大，因此在下牛腿處預(yù)埋鋼板，將K型托架與塔身附著，增強(qiáng)托架穩(wěn)定性。

3.2 支架有限元軟件分析

采用Midas Civil有限元軟件對(duì)上橫梁K型托架進(jìn)行受力分析，上橫梁分兩層進(jìn)行澆筑，每層高6 m，托架承載荷載為上橫梁第一層混凝土重量。按承載能力極限狀態(tài)法對(duì)支架進(jìn)行荷載組合，組合系數(shù)為：1.2×支架自重+1.2×第一層混凝土自重+1.4×施工荷載+1.1×風(fēng)荷載。托架模型如圖2所示，計(jì)算結(jié)果如表2所示。從圖2和表2可知，托架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件強(qiáng)度、剛度均滿足要求。經(jīng)模型計(jì)算，托架最不利工況屈曲模態(tài)特征值為16.5，大于計(jì)算要求最小值4，支架穩(wěn)定性滿足要求。

3.3 上橫梁托架牛腿局部混凝土受力分析

上橫梁K型托架在塔身上預(yù)埋牛腿，需對(duì)塔身混凝土進(jìn)行局部承壓計(jì)算。根據(jù)規(guī)范，配置間接鋼筋的局部受壓構(gòu)件，其局部抗壓承載力應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行計(jì)算[6]：

圖2 上橫梁支架Midas模型云圖

表2 托架主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果匯總表

γ0Fld≤0.9(ηsβfcd+kρvβcorfsd)Aln

(1)

(2)

(3)

計(jì)算得出混凝土局部承壓的最大承載力為1 796.63 kN，大于托架Midas Civil模型內(nèi)支點(diǎn)的最大反力值1 633.3 kN，滿足使用要求。

4 上橫梁施工技術(shù)

4.1 支架安裝施工

支架搭設(shè)時(shí)，安裝順序?yàn)椋郝裨O(shè)預(yù)埋件→加工K型托架→作業(yè)平臺(tái)安裝→逐片安裝K型托架→安裝支架橫聯(lián)→安裝楔形塊→安裝分配梁及模板。在塔身施工過程中，需根據(jù)施工圖紙準(zhǔn)確定位預(yù)埋件位置，安裝后復(fù)核預(yù)埋件平面位置及標(biāo)高，并設(shè)置局部加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。

K型托架屬于全鋼結(jié)構(gòu)，加工時(shí)需控制其變形，保證加工線型。故在托架加工過程設(shè)置胎座，并按先中間后兩邊的焊接次序施焊(斷續(xù)焊接)，以此控制焊接變形?？偝蓵r(shí)，在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)板架設(shè)加強(qiáng)勁板，保證節(jié)點(diǎn)處的受力穩(wěn)固。在K型托架加工完成后，需對(duì)主要焊縫進(jìn)行相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，所有主要焊縫均滿足設(shè)計(jì)使用要求。

K型托架采用索塔兩側(cè)塔式起重機(jī)進(jìn)行安裝，塔吊協(xié)同作業(yè)將K型托架逐片吊運(yùn)至安裝位置，在安裝完成主要的K型托架片之后，于支架上焊接相應(yīng)的橫聯(lián)及斜撐，加強(qiáng)支架的整體穩(wěn)定性。

4.2 混凝土及預(yù)應(yīng)力施工

空中支架為剛性支架，受力較為明確，故在鋼筋施工前可不進(jìn)行預(yù)壓。但為了保證澆筑后混凝土成品與設(shè)

計(jì)線形一致，需在底模安裝時(shí)設(shè)置預(yù)拱度，設(shè)置預(yù)拱度后方可進(jìn)行后續(xù)鋼筋及預(yù)應(yīng)力施工。

鋼筋及預(yù)應(yīng)力施工過程中，需對(duì)塔身結(jié)合面處鋼筋連接、預(yù)應(yīng)力管道連接質(zhì)量進(jìn)行把控，保證斷面上的鋼筋安裝質(zhì)量滿足要求，避免預(yù)應(yīng)力管道安裝不夠精確、防護(hù)不夠嚴(yán)密而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力施工問題出現(xiàn)。

混凝土澆筑施工單次澆筑方量達(dá)620 m3，采用兩臺(tái)9028型拖泵進(jìn)行混凝土泵送澆筑，澆筑時(shí)應(yīng)對(duì)稱澆筑、均勻分層布料，以保證托架受力的合理性。此外，澆筑前應(yīng)在托架的L/4、L/2、3L/4位置布設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)，以檢測(cè)托架變形與計(jì)算是否符合，保證施工過程中的安全性。經(jīng)測(cè)量，混凝土澆筑過程監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大變形為8.8 mm，與主托架的計(jì)算變形基本一致。

4.3 支架拆除

上橫梁托架拆除時(shí)，由于托架均在構(gòu)件投影下方，故采用兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)逐片對(duì)托架進(jìn)行拆除下放。在上橫梁施工階段，對(duì)應(yīng)托架吊點(diǎn)處預(yù)留吊裝鋼絲繩通道。在上橫梁澆筑完成后，索塔塔身及上橫梁形成整體，可將上橫梁下放的臨時(shí)橫撐進(jìn)行拆除，清空托架并拆除作業(yè)障礙，隨后逐片將托架緩慢下放至地面。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以廣西濱海公路龍門大橋?yàn)橐劳泄こ?，通過塔梁同步施工與異步施工的效益對(duì)比，選擇更符合項(xiàng)目要求的塔梁異步施工工藝。介紹了龍門大橋東索塔上橫梁支架體系及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并采用有限元軟件對(duì)上橫梁托架進(jìn)行分析計(jì)算，上橫梁支架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，論證了支架設(shè)計(jì)是可行的。支架安裝及拆除施工時(shí)，需對(duì)支架加工、安裝定位、過程監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵點(diǎn)嚴(yán)加把控。

目前，龍門大橋東索塔采用塔梁異步施工方式，已順利完成塔身及上橫梁施工任務(wù)，不影響索塔塔身主體工期，比塔梁同步施工節(jié)省工期約40 d，索塔與錨碇施工進(jìn)度協(xié)調(diào)。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，支架最大變形值為8.8 mm，驗(yàn)證了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及施工技術(shù)方案實(shí)施的可行性。