鵝公巖軌道大橋多階段合龍施工關(guān)鍵技術(shù)研究

陳寧賢 張海順

摘要 剛度差異較大的不同梁段合龍需要保證主梁線形平順過(guò)渡，最終確保成橋線形和內(nèi)力與設(shè)計(jì)一致，重點(diǎn)研究了邊跨合龍、錨跨合龍兩大關(guān)鍵技術(shù)，而非已有大量文章論述的中跨合龍關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)比較邊跨不同合龍時(shí)機(jī)對(duì)合龍段內(nèi)力的影響，確定主纜錨固段與邊跨的最佳合龍時(shí)機(jī);通過(guò)監(jiān)測(cè)升降溫對(duì)過(guò)渡墩內(nèi)力及位移、主梁內(nèi)力等的影響，確定錨跨與主纜錨固段合龍方案。

關(guān)鍵詞 自錨式懸索橋;邊跨合龍;錨跨合龍;合龍時(shí)機(jī);升降溫

中圖分類號(hào) U448.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）02-0156-03

0 引言

鵝公巖軌道大橋?yàn)椋?0+210+600+210+60）m雙塔雙索面自錨式懸索橋，其主梁為混合梁結(jié)構(gòu)，可劃分為錨跨段混凝土箱梁、主纜錨固段混凝土箱梁、鋼混結(jié)合段、邊跨鋼箱梁、中跨鋼箱梁等部分。大橋采用“先梁后纜”的施工方法、“先斜拉、后懸索”總體施工方案，施工中涉及邊跨合龍、中跨合龍、錨跨合龍等三個(gè)階段多次合龍[1]。

1 工程概況

鵝公巖軌道大橋的主梁為鋼筋混凝土混合梁，兩端錨跨及主纜錨固段各（50 m+35.08 m）為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，中間為鋼箱加勁梁（926.4 m），混凝土箱梁與鋼箱加勁梁之間設(shè)鋼混結(jié)合段（11.72 m）。主梁布置圖見(jiàn)圖1所示。

2 總體施工方案

鵝公巖軌道大橋?yàn)樽藻^式懸索橋，按照先梁后纜的順序進(jìn)行施工。由于工程地質(zhì)水文環(huán)境等因素，采用“先斜拉、后懸索”的總體施工方案[2]，即通過(guò)安裝過(guò)渡斜拉橋完成加勁梁的施工，再進(jìn)行過(guò)渡斜拉橋向自錨式懸索橋的體系轉(zhuǎn)換，過(guò)渡斜拉橋的結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖2所示。加勁梁總體施工方案：錨跨段與主纜錨固段混凝土箱梁采用支架現(xiàn)澆施工方案，邊跨鋼箱梁采用自橋塔向輔助墩高位頂推的施工方案，中跨鋼箱梁采用架梁吊機(jī)自橋塔向跨中懸臂拼裝、臨時(shí)斜拉索扣掛施工、跨中合龍的施工方案[3]。

3 多階段合龍施工關(guān)鍵技術(shù)研究

主梁由錨跨段、主纜錨固段、邊跨鋼箱梁（含鋼混結(jié)合段）、中跨鋼箱梁幾部分組成[4]，涉及的合龍口按照施工順序依次為邊跨合龍口1、中跨合龍口2、錨跨合龍口3。不同的合龍時(shí)機(jī)和合龍方案會(huì)造成結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力分布不同，為此應(yīng)結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)及施工特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出主梁最優(yōu)合龍時(shí)機(jī)和合龍方案[5-6]。中跨合龍口2施工屬于大跨度斜拉橋主跨合龍，已有大量文獻(xiàn)研究，此處不做贅述。該文重點(diǎn)對(duì)邊跨合龍及錨跨合龍關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1 邊跨最佳合龍時(shí)機(jī)

3.1.1 五種不同合龍時(shí)機(jī)

邊跨合龍口1設(shè)在主纜錨固段與鋼混結(jié)合段之間，如圖2所示，由于邊跨WM8—WM16斜拉索均在主纜錨固段上錨固，邊跨合龍施工應(yīng)在邊跨鋼箱梁頂推到位之后、WM8斜拉索張拉之前完成。不同的合龍時(shí)機(jī)對(duì)主纜錨固段和鋼混結(jié)合段應(yīng)力及變形的影響不同，為此擬定五種不同合龍時(shí)機(jī)進(jìn)行分析。五種邊跨合龍時(shí)機(jī)分別為：邊跨頂推到位后合龍，張拉第1對(duì)斜拉索后合龍，張拉第3對(duì)斜拉索后合龍，張拉第5對(duì)斜拉索后合龍，張拉第7對(duì)斜拉索后合龍，僅以西岸為例進(jìn)行研究[7]。

3.1.2 邊跨合龍計(jì)算分析

重點(diǎn)研究架梁過(guò)程中主塔和錨固鋼塔的塔頂水平位移、錨固鋼塔的塔底彎矩以及合龍段軸力、彎矩等[8]，不同方案主塔和鋼塔塔頂位移及錨固鋼塔塔底彎矩、合龍段彎矩比較見(jiàn)表1。

邊跨不同合龍時(shí)機(jī)對(duì)合龍段軸力的影響。

邊跨合龍口位于第7、8對(duì)斜拉索之間，邊跨合龍后、第8對(duì)斜拉索張拉前，溫度變化對(duì)合龍段軸力影響顯著。E方案邊跨合龍至張拉第8對(duì)斜拉索之間的時(shí)間間隔最短（約7 d），選擇溫度較為穩(wěn)定的期間合龍，可將升降溫控制在5 ℃的范圍內(nèi);其他方案，邊跨合龍至張拉第8對(duì)斜拉索之間的時(shí)間間隔40 d以上，期間溫度變化按升降溫20 ℃取值[9]。對(duì)五種不同方案分別在邊跨合龍后、第8對(duì)斜拉索張拉前進(jìn)行升降溫計(jì)算，并結(jié)合施工過(guò)程分析，研究不同合龍時(shí)機(jī)對(duì)合龍段軸力的影響，見(jiàn)表2所示。

3.1.3 邊跨合龍最佳時(shí)機(jī)

從表1、表2可以看出，五種不同合龍時(shí)機(jī)對(duì)主塔和錨固鋼塔的塔頂水平位移、錨固鋼塔的塔底彎矩等影響不大，主塔塔頂水平位移最大值、錨固鋼塔塔頂水平位移最大值、錨固鋼塔塔底彎矩最大值差別不大;但方案E的合龍段彎矩和拉力最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他幾個(gè)方案，對(duì)合龍段受力最有利。因此，邊跨合龍最佳時(shí)機(jī)是第七對(duì)斜拉索張拉后進(jìn)行合龍。

3.2 錨跨合龍關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 錨跨合龍方案簡(jiǎn)介

根據(jù)總體施工方案，過(guò)渡斜拉橋及主纜安裝施工過(guò)程中，搭設(shè)支架、現(xiàn)澆錨跨混凝土箱梁，并在錨跨與主纜錨固段之間預(yù)留合龍口3，主纜安裝完成后、吊索安裝前進(jìn)行錨跨合龍口3施工。全橋東、西兩岸各一處錨跨合龍口，合龍方案有兩種：

方案一：兩端錨跨同步合龍：

主纜安裝完成后，在輔助墩P12設(shè)置臨時(shí)縱向約束，限制主梁的縱向位移;然后安裝合龍口勁性骨架，施工錨跨合龍口3，錨跨預(yù)應(yīng)力張拉完成后，釋放輔助墩臨時(shí)縱向約束。

方案二：兩端錨跨分步合龍：

主纜安裝完成后，先在一端輔助墩處設(shè)置臨時(shí)縱向約束，施工錨跨合龍口，張拉錨跨預(yù)應(yīng)力后，釋放輔助墩臨時(shí)縱向約束;然后在另一端輔助墩設(shè)置縱向約束，進(jìn)行錨跨合龍口施工。以先合龍西岸錨跨，再合龍東岸錨跨為例。

兩種合龍方案，輔助墩與主梁縱向約束后，溫度荷載對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響不同，下面具體分析溫度升降變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響?？紤]到合龍口施工時(shí)間30～45 d，按照整體升溫、降溫15 ℃對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。錨跨合龍施工方法與常規(guī)的連續(xù)梁合龍施工方法相同，這里不再贅述。

3.2.2 兩端錨跨同步合龍方案分析

兩端輔助墩與主梁縱向約束前，空纜狀態(tài)下主纜自重產(chǎn)生的拉力43 720 kN，作用在主纜錨固段端部，其水平分力（36 298 kN）由主梁承受;此時(shí)輔助墩對(duì)主纜錨固段為豎向支撐、縱向可滑移的約束，輔助墩頂?shù)暮奢d只有豎向壓力，沒(méi)有水平力。

升降溫15 ℃輔助墩反應(yīng)見(jiàn)表3所示。升溫時(shí)主梁伸長(zhǎng)受輔助墩約束，主纜錨固段不能自由延伸，對(duì)輔助墩頂產(chǎn)生水平推力（向錨跨方向）;空纜狀態(tài)下的主纜是柔性構(gòu)件，可通過(guò)自身變形和位移協(xié)調(diào)進(jìn)行平衡，升溫后主纜變長(zhǎng)、索力減小，主纜索力的變化通過(guò)主纜錨固段最終作用在輔助墩頂。降溫時(shí)主梁收縮受輔助墩約束，輔助墩頂承受主梁收縮產(chǎn)生的水平力（向主塔方向）;而降溫后主纜變短，主纜張力增大，增大的水平力通過(guò)主纜錨固段最終作用在輔助墩頂。

從表3可以看出，兩端錨跨同步合龍方案，在升降溫15 ℃的情況下，輔助墩頂承受的最大水平推力值近55 000 kN，墩身混凝土拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，因此同步合龍方案不可行。

3.2.3 兩端錨跨分步合龍方案分析

對(duì)整體進(jìn)行升降溫15 ℃的溫度作用，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，P12輔助墩承受的水平推力最大，其水平推力為2 379 kN，墩身最大壓應(yīng)力5.45 MPa，不產(chǎn)生拉應(yīng)力，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求。

西岸錨跨合龍后，解除P12墩與主梁的縱向約束，再進(jìn)行東側(cè)錨跨合龍。模型中輔助墩與主梁進(jìn)行縱向位移耦合約束，刪除P12與主梁的縱向位移耦合約束，P11邊墩和P13橋塔以及P12輔助墩與主梁僅豎向支撐作用，激活東岸側(cè)錨跨合龍段。對(duì)整體模型進(jìn)行升降溫15 ℃的溫度作用，從計(jì)算結(jié)果看，輔助墩承受的水平推力最大，其水平推力為2 642 kN，墩身最大壓應(yīng)力5.87 MPa，不產(chǎn)生拉應(yīng)力，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求。

此外，根據(jù)升降溫15 ℃的計(jì)算結(jié)果，結(jié)構(gòu)體系其他參數(shù)情況如下：混凝土橋塔不出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求;斜拉索索力安全系數(shù)均大于2.5，滿足規(guī)范要求;加勁梁的應(yīng)力均在控制標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

綜上所述，兩端錨跨應(yīng)采用分步合龍的施工方案。

4 總結(jié)

鵝公巖軌道大橋的合龍施工，需要根據(jù)成橋目標(biāo)進(jìn)行模擬分析，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的方案，才能達(dá)到設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)要求，同時(shí)確保施工過(guò)程結(jié)構(gòu)安全。鵝公巖軌道大橋涉及主梁邊跨、主跨跨中及錨跨等不同部位分階段合龍，對(duì)每一次合龍，都需要進(jìn)行詳細(xì)模擬計(jì)算，分析不同合龍方案對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響。擬定5種不同的邊跨合龍時(shí)機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，第7對(duì)斜拉索張拉后進(jìn)行邊跨合龍，可使合龍段達(dá)到最佳受力狀態(tài)，并使成橋狀態(tài)計(jì)算結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)理想目標(biāo);通過(guò)分析計(jì)算升降溫對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響，確定兩端錨跨分步合龍的施工方案。通過(guò)多階段的合龍分析，鵝公巖軌道大橋主梁線形滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)力均在可控范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受損或破壞的現(xiàn)象。

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