燕都大橋鋼拱塔鋼混結(jié)合段施工技術(shù)研究

【摘 要】燕都大橋位于遼寧省朝陽市，全長277.44m，其中主橋?yàn)?×90m兩跨鋼拱塔預(yù)應(yīng)力混凝土梁雙索面斜拉橋，主橋主梁為單箱四室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋?qū)?4m。本文通過對燕都大橋鋼拱塔結(jié)構(gòu)形式的分析研究，確定了分離式支撐系統(tǒng)和分層澆筑的施工方案，其具有對主體結(jié)構(gòu)鋼筋破壞性小、臨時(shí)結(jié)構(gòu)投入少、施工進(jìn)度快等優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】鋼拱塔鋼混結(jié)合段 錨固系統(tǒng) 支撐結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)計(jì)算

1 前言

燕都大橋位于遼寧省朝陽市，全長277.44m，其中主橋?yàn)?×90m兩跨鋼拱塔預(yù)應(yīng)力混凝土梁雙索面斜拉橋，主橋主梁為單箱四室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋?qū)?4m。主橋鋼塔采用雙拱塔V字形，拱軸線為橢圓線，塔高41.8m，斷面為單箱單室鋼箱斷面。拉索分為水平索和斜拉索，共計(jì)60根。該橋是國內(nèi)踐行索鋪梁橋理念為數(shù)不多的雙索面半漂浮體系斜拉橋，具有結(jié)構(gòu)新穎，受力復(fù)雜，施工控制要求高等特點(diǎn)。

鋼混結(jié)合段施工是本橋施工中的重難點(diǎn)之一，在“安全、經(jīng)濟(jì)、高效”的總原則下，從施工技術(shù)分析、施工工藝、設(shè)計(jì)計(jì)算、鋼材耗量等幾個(gè)方面闡述本橋鋼砼結(jié)合段施工技術(shù)，以期為同類工程作有價(jià)值的參考。

圖1 燕都大橋效果圖

2 鋼混結(jié)合段結(jié)構(gòu)形式

鋼混結(jié)合段（以下簡稱結(jié)合段）主要由錨固梁、錨桿、定位梁、鋼塔預(yù)埋段、砼塔柱等構(gòu)成，鋼拱塔底部與混凝土塔柱結(jié)合處采用承壓式設(shè)計(jì)。鋼塔預(yù)埋段通過PBL剪力鍵和剪力釘與砼塔柱結(jié)合在一起，鋼塔首節(jié)與預(yù)埋段焊接后又通過錨桿錨固在砼塔柱頂面，承壓面間后壓力灌注10cm厚環(huán)氧砂漿。單根錨桿長12m，直徑Φ100mm，材質(zhì)為40CrNiMoA，單側(cè)共計(jì)88根，錨桿下端通過錨固梁交錯(cuò)錨固在承臺內(nèi)。結(jié)合段結(jié)構(gòu)形式如圖2～3。

圖2 鋼混結(jié)合段構(gòu)造圖 圖3 錨桿布置位置

3 施工技術(shù)分析

根據(jù)結(jié)合段的結(jié)構(gòu)形式，施工方案需要解決兩個(gè)問題，一是結(jié)合段各構(gòu)件的臨時(shí)支撐形式；二是結(jié)合段范圍內(nèi)砼澆筑分層位置。

兩肢塔柱錨桿交錯(cuò)布置，且有豎向傾角（20°）。下錨固梁為一大一小兩型鋼焊接而成的方框梁，疊錯(cuò)在一起。兩肢塔柱的預(yù)埋段鋼板是一個(gè)整體。錨桿空間位置由錨固梁、定位梁、承壓板和錨固板四重定位。結(jié)合段范圍貫穿承臺、塔座、塔柱三種砼構(gòu)件。綜上各種因素交織在一起，影響著臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)形式的選擇。

首先要解決的緊要問題是先固定鋼塔預(yù)埋段還是錨桿，若先將鋼塔錨固段固定后，再穿入錨桿，則錨桿要依次穿過四重定位，要求精度可想而知，且工作量巨大。若先固定錨桿，只要把錨桿位置定位精確，預(yù)埋段可一次穿入，且錨桿只需穿過承壓板、錨固板兩重定位， 省時(shí)省力，只需把連成一體的預(yù)埋段鋼板從中間切開，穿入定位后再焊接成整體。

解決上述問題后再來研究鋼塔預(yù)埋段何時(shí)吊裝的問題。預(yù)埋段單肢重量大（43.3t），且有傾角，其若是和錨桿一起在承臺澆筑前在承臺基坑底搭設(shè)臨時(shí)支撐固定，那必然是個(gè)龐大的支撐系統(tǒng)，參考同類工程傳統(tǒng)的支撐形式如圖4～5，此類支撐簡單易行，但體系結(jié)構(gòu)繁重。且本項(xiàng)目承臺、塔座、塔柱內(nèi)鋼筋、PBL剪力鍵鋼筋密布，大型的型鋼支架勢必會截?cái)啻罅康闹黧w結(jié)構(gòu)鋼筋，有害于主體結(jié)構(gòu)安全。

經(jīng)研究分析采用分離式臨時(shí)支撐系統(tǒng)，即錨桿支撐架和鋼塔預(yù)埋段支撐架分離，錨桿系統(tǒng)較輕，其支撐系統(tǒng)輕便、簡易?？梢栽O(shè)置在內(nèi)部，在塔座澆筑完成后用體外鋼管支架吊放重量較大的鋼塔預(yù)埋段，從而解決了第一個(gè)臨時(shí)支撐系統(tǒng)設(shè)置問題。

根據(jù)既定的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合承臺、塔座、塔柱的外部結(jié)構(gòu)形式，擬定其砼分層澆筑位置，即第一層澆筑至承臺頂面，第二層澆筑至塔座頂面，第三次澆筑至塔柱承壓面，待拉索調(diào)索完畢后澆筑塔柱外包砼。

圖4 傳統(tǒng)型鋼支撐方案圖 圖5 傳統(tǒng)型鋼支撐現(xiàn)場施工圖

4 鋼混結(jié)合段施工工藝流程

根據(jù)既定的結(jié)合段施工方案，確定其工藝流程如下：

鋼混結(jié)合段施工工藝流程圖。

5 臨時(shí)支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

錨桿定位架為型鋼焊接結(jié)構(gòu)，在承臺封底砼上設(shè)置預(yù)埋件，其上焊接32根不同高度的格構(gòu)式型鋼立柱，在立柱上定位錨固梁，錨固梁和定位梁之間設(shè)置型鋼桁片，桁片弦桿焊接在錨桿的間隔里，以盡量減少其所占空間，兩肢定位架間設(shè)置倒鏈，用于調(diào)整錨桿重力作用下的撓度，錨桿定位架結(jié)構(gòu)如圖6示。

預(yù)埋段體外吊架為鋼管柱+分配梁結(jié)構(gòu)，采用Φ630×8mm鋼管柱基礎(chǔ)，通過預(yù)埋件固定在塔座的斜面，分配梁與鋼管柱焊接，分配梁上設(shè)置精軋螺紋鋼筋吊掛，通過千斤頂微調(diào)吊掛高低來精調(diào)預(yù)埋段空間位置，預(yù)埋段體外吊架如圖7示。

圖6 錨桿定位架結(jié)構(gòu)圖 圖7 預(yù)埋段體外吊架結(jié)構(gòu)圖

利用有限元結(jié)構(gòu)軟件Midas建立結(jié)構(gòu)模型，分析其在不同工況下的強(qiáng)度、撓度及穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果如下：

圖8 錨桿懸臂應(yīng)力分析 圖9 錨桿定位架應(yīng)力分析

由于錨桿較長（12m），其安裝到位后懸臂端在自重的作用下會產(chǎn)生應(yīng)力及撓度，在模型中根據(jù)錨桿傾角及約束情況建立實(shí)體模型，調(diào)整其節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)軸，定位梁位置加水平向約束，錨固梁位置加三向約束，經(jīng)計(jì)算知其懸臂端最大應(yīng)力 ，最前端撓度為3.4cm，可通過倒鏈對拉調(diào)整。

錨桿定位架底端立柱位置加三向約束，將錨桿計(jì)算所得支撐反力作為荷載加到定位梁和錨固梁上，并加載人群活載，計(jì)算得結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力 ，最大位移1.4mm，滿足要求。

6 結(jié)論與建議

在鋼拱塔鋼混結(jié)合段的施工中，必然會遇到錨桿定位、鋼塔預(yù)埋段支撐吊裝等情況，本文通過燕都大橋工程實(shí)例，闡述了分離式臨時(shí)支撐體系及混凝土澆筑分層，優(yōu)化了傳統(tǒng)“滿堂支架”式的支撐形式，既能減少施工臨時(shí)投入，又便于工作面的展開，提高施工進(jìn)度，望為以后同類工程提供有價(jià)值參考。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：馬明（1974—），畢業(yè)院校：哈爾濱建筑大學(xué)，本科，學(xué)士。