矮塔斜拉橋主梁支架現(xiàn)澆施工關(guān)鍵技術(shù)的初步探索

胡柱奎 （中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言

隨著矮塔斜拉橋的廣泛應(yīng)用，我國矮塔斜拉索橋梁施工技術(shù)得到了快速發(fā)展，與此同時(shí)，人們對矮塔斜拉索橋的施工要求越來越高，其施工安全、質(zhì)量控制、施工進(jìn)度也成了備受矚目的問題。面對當(dāng)前市政交通建設(shè)的緊張需求，梳理出矮塔斜拉橋支架現(xiàn)澆施工的關(guān)鍵技術(shù)及其控制要點(diǎn)對于工程項(xiàng)目的建設(shè)意義具有決定性作用。

2 工程實(shí)例構(gòu)造及施工條件概況

鄭州市鄭東新區(qū)北三環(huán)跨東運(yùn)河矮塔斜拉橋?yàn)殡p幅獨(dú)塔雙索面不對稱斜拉橋結(jié)構(gòu)，跨徑為（80m+112m）不等跨斜拉橋 +（40m+40m）連續(xù)梁，總體布置如圖1所示：

圖1 鄭東新區(qū)北三環(huán)跨東運(yùn)河斜拉橋立面布置圖

主梁（80m+112m）主墩處設(shè)置橫梁，實(shí)現(xiàn)塔梁固結(jié)。主梁按80m邊跨（含壓重段）+7.5m塔梁固結(jié)段+112m中跨設(shè)置。主梁為縱橫預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，采用變截面單箱四室連續(xù)梁及等高分離式雙箱單室預(yù)應(yīng)力箱梁；通過中央底板開口逐漸形成分離式雙箱單室梁，分離式雙箱通過橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接。橋面寬29.5m，外懸臂2.755m；主梁高度2.8m，頂板厚30cm，底板厚35cm，邊腹板厚30cm，中腹板厚45cm。

3 主梁支架現(xiàn)澆施工方法概述

本文所論工程實(shí)例采用同步依次分節(jié)段澆筑索塔和主梁，待梁和索塔施工進(jìn)度滿足預(yù)設(shè)的要求后，提前安裝部分斜拉索，從而拆除主梁翼緣板范圍承重支架，由已安裝的斜拉索和主梁底板范圍內(nèi)支架共同維持架體穩(wěn)定性；主跨主梁分為55.7m+52.5m兩個(gè)節(jié)段，邊跨主梁分為39.75+35.5m兩個(gè)節(jié)段，如圖2所示。

圖2 總體施工方法示意圖

4 關(guān)鍵技分析

根據(jù)調(diào)查類比，市政矮塔斜拉橋主梁一般呈現(xiàn)以下構(gòu)造特點(diǎn)：主梁寬度大，單位斷面內(nèi)混凝土方量大，施工質(zhì)量控制難度大；主梁縱向縱大，高差大，縱坡產(chǎn)出的水平力比較大，對支架穩(wěn)定性要求高，混凝土質(zhì)量也不易控制；因提前張拉主梁橫梁處預(yù)應(yīng)力，斜拉索提前安裝并預(yù)張拉協(xié)助梁底支架承重，可先將主梁翼緣板部分支架拆除，從而實(shí)現(xiàn)力學(xué)體系轉(zhuǎn)換，由斜拉索和主梁底板范圍內(nèi)的支架共同承重，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

基于以上考慮，采用分段澆筑可以降低單次混凝土澆筑方量，提高混凝土澆筑質(zhì)量；采用分段澆筑可以降低澆筑段兩端高差，降低縱坡高差引起的水平力；此為，可以實(shí)現(xiàn)已澆筑節(jié)段的提前穿掛索；其核心內(nèi)容是探索每節(jié)段支架體系設(shè)計(jì)和支架變形量（預(yù)留量）控制。

4.1 支架體系基本構(gòu)造要求

對本工程實(shí)例而言，為確保滿意主梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要求，支架體系設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行探索：

①橫梁位置是索力著力點(diǎn)，張拉過程中索力變化導(dǎo)致梁體發(fā)生變形或者位移，橫梁位置應(yīng)加密；

②因翼緣板提前拆除，拆除后全斷面荷載由箱底范圍支架承擔(dān)，引起支架內(nèi)力重新分配，此范圍內(nèi)立桿按照梅花樁布置，增加其體系轉(zhuǎn)換后的剛度和穩(wěn)定性；

③支架在縱向范圍內(nèi)如何滿足索力張拉各工況期間所產(chǎn)生的對支架的最大反力，保證索力張拉各工況的唯一性和獨(dú)立性（即前個(gè)工況結(jié)束后，支架不發(fā)生變形，以此保證在下個(gè)工況開始前整橋的力學(xué)狀態(tài)符合前個(gè)工況的理論計(jì)算狀態(tài)；同時(shí)，也給下個(gè)工況提供理想的邊界條件），考慮采用全范圍內(nèi)立桿梅花樁布置的形式。

④水平力克服，特殊加密縱向剪刀撐、水平剪刀撐。

4.2 縱向水平力消除技術(shù)

①縱向剪刀撐設(shè)置

為抵消支架高差、梁的縱坡、分節(jié)段澆筑和縱向預(yù)應(yīng)力張拉產(chǎn)生的縱向水平力，采用在滿堂碗扣支架內(nèi)添加縱向水平剪刀撐，同時(shí)加密縱向剪刀撐的方式抵消產(chǎn)生的縱向水平力。剪刀撐布設(shè)：支架體系支架高于6m處設(shè)置縱、橫、水平三向剪刀撐，均采用Φ48×3mmQ235鋼管布設(shè)。每道剪刀撐跨越立桿的根數(shù)設(shè)置在5～7根之間,每道剪刀撐的寬度不小于4跨，且不小于6m，斜桿與地面的傾角宜在45?！?0。之間，由底至頂連續(xù)設(shè)置。

縱向剪刀撐橫向布置在架體外側(cè)、箱室內(nèi)兩個(gè)腹部底部、箱室底部中部、中間頂板中部各一道，每個(gè)橫斷面共設(shè)置9道縱向剪刀撐如圖3所示。

②特殊橫向剪刀撐設(shè)置

在整個(gè)施工階段中，橫梁位置是最大支撐點(diǎn)，對架體的縱向抗傾覆至關(guān)重要。本工程實(shí)例中，除了正常設(shè)置橫向剪刀撐之外，在每道橫梁的邊界處均設(shè)置橫向剪刀撐，以次增強(qiáng)支架體系全長范圍內(nèi)所有支撐點(diǎn)的縱向穩(wěn)定性。其設(shè)置如圖3所示。

4.3 斜拉索提前預(yù)張拉、架體發(fā)生體系轉(zhuǎn)換的翼緣板支架提前拆除設(shè)計(jì)探索

因采取分段澆筑主梁，主塔兩側(cè)第一段主梁澆筑后，可以提前穿掛索，并賦予一定初始張拉力，利用斜拉索的水平分力協(xié)同主梁底板部分支架維持縱向穩(wěn)定性；斜拉索的豎向分力協(xié)同主梁底板部分支架維持豎向穩(wěn)定性。

圖3 縱向剪刀撐布及橫梁處剪刀撐置圖

主梁翼緣板外側(cè)模板及支架按照提前拆除設(shè)計(jì)，支架和主梁受力發(fā)生變化，橫橋向拆除支架前后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖4所示。

圖4 拆除翼緣模板及支架示意圖

利用有限元軟件midas civil2015建立了主梁的實(shí)體模型進(jìn)行計(jì)算分析，縱橋向選取12m梁段作為計(jì)算單位，梁段內(nèi)包含2道橫隔板，滿堂支架按鋼管支撐位置使用只受壓彈性連接模擬。計(jì)算結(jié)果顯示，翼緣板外側(cè)模板及支架拆除后，支架反力發(fā)生較大變化，計(jì)算支架反力、位移云圖、拉應(yīng)力云圖如圖5～圖7所示。

經(jīng)匯總后，計(jì)算主梁翼緣板外側(cè)模板及支架拆除的結(jié)果如表表1所示：

拆除翼緣模板及支架前后計(jì)算結(jié)果 表1

從計(jì)算結(jié)果看出，本工程實(shí)例主梁分節(jié)段現(xiàn)澆支架體系設(shè)計(jì)滿足施工安全和質(zhì)量要求。值得注意的是：對于類似工程，必須提前與設(shè)計(jì)院協(xié)商提前張拉橫梁處橫向預(yù)應(yīng)力，方能克服對應(yīng)束斜拉索施加初始張拉力，橫梁提前介入梁體橫向穩(wěn)定工作狀態(tài)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)；翼緣板與箱室底板相交處也提前聯(lián)系設(shè)計(jì)院做加強(qiáng)處理，方能滿足支架體系轉(zhuǎn)換后著力點(diǎn)最大反力的變化。

圖5 拆除翼板支架前后支架最大反力（kN）

圖6 拆除翼板支架前后主梁位移（mm）

圖7 拆除翼板支架前后主梁拉應(yīng)力（MPa）

4.4 支架預(yù)留量及變形控制

施工期間對支架變形和梁體在不同施工階段的變形監(jiān)測，需監(jiān)控單位配合提供。主梁底板高程設(shè)置，應(yīng)考慮預(yù)留量：索力張拉引起的高程變化、梁體自重引起的高程變化，需要理論計(jì)算資料和過程預(yù)壓資料的收集、整理；每個(gè)節(jié)段的預(yù)壓，重點(diǎn)在于相鄰兩節(jié)段連接部位同步預(yù)壓。

5 結(jié)論

主梁采用分節(jié)段支架現(xiàn)澆可以加快施工進(jìn)度，同時(shí)穿索和張拉會(huì)更加省時(shí)省力，并且可以根據(jù)理論計(jì)算對有條件的梁體采用，使用范圍較廣。本文所探索的支架體系設(shè)計(jì)適用于大節(jié)段大體積大縱坡混凝土節(jié)段施工，實(shí)現(xiàn)支架體系的有效轉(zhuǎn)換。

此外，對翼緣板支架及鋼模及時(shí)進(jìn)行拆除和周轉(zhuǎn)，靈活方便，節(jié)省大量施工成本，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。對于斜拉索初次調(diào)索之后二期恒載之前的脫架，拆卸方便，加快工期。為今后類似工程提供了有價(jià)值的借鑒意義；同時(shí)，也有許多不足及改進(jìn)之處，在今后類似施工中逐步完善。