超寬橋面矮塔斜拉橋合龍施工技術(shù)研究

萬(wàn)會(huì)青

摘 要：文章以南寧市玉洞大道八尺江大橋?yàn)楣こ桃劳?，?jiǎn)要分析超寬橋面矮塔斜拉橋合龍段施工影響因素及相關(guān)施工工藝，并主要分析溫度荷載效應(yīng)的影響，為以后類似工程施工提供經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋；合龍段；溫度荷載效應(yīng)

1 工程概況

南寧市玉洞大道八尺江大橋主橋?yàn)?5m+100m+55m矮塔斜拉橋，橋面寬54.5m，主梁為單箱三室結(jié)構(gòu)，左右各設(shè)置一個(gè)箱體，中間為T型梁肋接橋面板形式，支點(diǎn)梁高5.5m，跨中梁高為2.5米，梁高按二次拋物線變化，箱梁截面一般構(gòu)造如圖1所示，主塔為外包鋼結(jié)構(gòu)形式，塔高17.5m，塔頂設(shè)置5對(duì)斜拉索，斜拉索錨具采用OVM250AT-31群錨體系。全橋劃分為2個(gè)0#梁段，12個(gè)支架懸臂施工梁段，2個(gè)邊跨現(xiàn)澆段，1個(gè)中跨合龍段。主梁采用支架懸臂澆筑施工，在河道內(nèi)分節(jié)段對(duì)稱搭設(shè)懸臂澆筑支架，利用支架代替掛籃作為懸臂節(jié)段的澆筑平臺(tái)。

2 合龍施工工藝

2.1 合龍施工工藝流程

梁體不同的合龍溫度和體系轉(zhuǎn)換順序，將導(dǎo)致不同的成橋內(nèi)力，后期收縮徐變及跨中撓度也不同。體系轉(zhuǎn)換指結(jié)構(gòu)由雙懸臂T構(gòu)合龍轉(zhuǎn)換為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程（文章主要論述三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)）。本工程為先邊跨后中跨的合龍施工順序，體系轉(zhuǎn)換順序?yàn)椋哼吙绗F(xiàn)澆段施工→解除邊跨支座位移約束→邊跨預(yù)應(yīng)力張拉→拆除主墩臨時(shí)支座→合龍段臨時(shí)鎖定，即完成體系轉(zhuǎn)換，合龍施工工藝流程如圖2。

體系轉(zhuǎn)換順序不同，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力不同。邊跨預(yù)應(yīng)力張拉前未解除邊跨活動(dòng)支座的位移約束，因支座上下板螺栓的約束作用，影響邊跨結(jié)構(gòu)的自由變形，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力度減小，結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力儲(chǔ)備不足。主跨合龍（即勁性骨架焊接）前，未拆除主墩兩側(cè)的臨時(shí)支座約束，將導(dǎo)致主梁受臨時(shí)支座約束，影響主梁自由位移，主梁在溫度荷載作用下產(chǎn)生過(guò)大的次內(nèi)力，影響結(jié)構(gòu)的成橋應(yīng)力。

2.2 合龍溫度及溫度場(chǎng)建立

2.2.1 合龍溫度。合龍溫度選擇原則：一天中最低氣溫，溫度變化幅度最小時(shí)段，且在未來(lái)的3天內(nèi)均不會(huì)有較大的溫度變化，溫度變化幅度在10℃以內(nèi)。合龍段施工提前從氣象部門收集氣象資料，并根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，選擇最佳的合龍溫度，取日最低溫度，且溫度不高于20℃。合龍段施工過(guò)程中溫度荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響：（1）日溫度的變化引起混凝土熱脹冷縮，懸臂梁段長(zhǎng)度隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致合龍段產(chǎn)生軸力，合龍段砼澆筑的早期砼強(qiáng)度較低，在軸力的作用下合龍段砼產(chǎn)生裂縫。（2）在豎向溫度梯度作用下，合龍段產(chǎn)生不利彎矩，致使箱梁截面產(chǎn)生拉應(yīng)力，若此時(shí)合龍段砼沒有壓應(yīng)力儲(chǔ)備，合龍段可能開裂，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

2.2.2 溫度場(chǎng)建立。中跨合龍前5天建立準(zhǔn)確的溫度場(chǎng)，觀測(cè)晝夜的溫度變化，建立合龍口長(zhǎng)度與溫度關(guān)系曲線如圖3。

2.3 溫度效應(yīng)產(chǎn)生的軸力分析

溫度效應(yīng)計(jì)算假定：合龍施工過(guò)程中保持合龍段處于受壓狀態(tài)，合龍段勁性骨架能抵抗溫度荷載引起的內(nèi)力或者滑動(dòng)支座，模板與梁體之間的摩阻力?；瑒?dòng)支座的摩阻系數(shù)取0.05。

合龍段軸力計(jì)算：合龍口鎖定主要是克服梁體因溫差變化產(chǎn)生的內(nèi)力。當(dāng)梁體溫度升高時(shí)，混凝土膨脹，對(duì)合龍段產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)梁體溫度降低時(shí)，混凝土收縮，則合龍段產(chǎn)生拉應(yīng)力，在合龍段混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，考慮合龍段所有內(nèi)力均由勁性骨架承受。11#、12#墩設(shè)置臨時(shí)支座，按墩梁固結(jié)結(jié)構(gòu)形式考慮，主梁因溫度變化產(chǎn)生的軸力按線性膨脹計(jì)算，則有結(jié)構(gòu)受力體系簡(jiǎn)化如圖4。

當(dāng)N

考慮主梁合龍后梁體升降溫差為20°C，當(dāng)梁體升降溫差比較大時(shí)，梁體會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力作用。由于合龍段施工工期比較短，所以不考慮混凝土徐變的影響。

根據(jù)施工圖紙列出各梁段的截面幾何特性如表1所示。

根據(jù)方程式1和表1中的相關(guān)參數(shù)，可將式1中N求解為N=7.32×104kN

梁體升降溫是一個(gè)緩慢的過(guò)程，支座的摩阻力簡(jiǎn)化為靜摩阻力計(jì)算，根據(jù)各支承節(jié)點(diǎn)的支反力可以分別計(jì)算出邊跨和中跨合龍后各個(gè)滑動(dòng)支座的最大靜摩阻力，則有主梁合龍后，10、11#邊墩頂支座最大靜摩阻力f：

主梁合龍后升降溫對(duì)梁體產(chǎn)生的軸向力N=7.32×104kN>4492.5kN，可知梁體升降溫產(chǎn)生的軸力大于10、11#墩滑動(dòng)支座的最大靜摩阻力，故支座會(huì)產(chǎn)生滑移，所以根據(jù)式2，可計(jì)算出梁體因升降溫而產(chǎn)生的軸力N=f=4492.5kN。

2.4 勁性骨架設(shè)計(jì)施工

2.4.1 勁性骨架設(shè)置。將原設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)置式勁性骨架優(yōu)化為外置式勁性骨架，采用19組雙I25a焊接，并用綴板連接，每組勁性骨架采用6組角焊縫焊接，勁性骨架大樣如圖5。

勁性骨架作為合龍段施工的主要臨時(shí)構(gòu)件，其主要作用為合龍段混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，作為合龍段的臨時(shí)拉撐構(gòu)件，承擔(dān)合龍段在溫度荷載效應(yīng)作用下產(chǎn)生的內(nèi)力。其設(shè)置的形式和數(shù)量直接影響合龍段施工操作的難易程度及施工經(jīng)濟(jì)成本。

勁性骨架采用形式有內(nèi)置式和外置式，常采用工字鋼、槽鋼、鋼管等型鋼構(gòu)件進(jìn)行加工制作構(gòu)。對(duì)于高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋，由于合龍段施工需施加頂推力，常采用內(nèi)置式勁性骨架結(jié)構(gòu)。本橋設(shè)計(jì)為內(nèi)置式勁性骨架，根據(jù)常規(guī)懸臂施工連續(xù)梁橋的經(jīng)驗(yàn)，將內(nèi)置式勁性骨架變更為外置式勁性骨架，并列出優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2。

2.4.2 勁性骨架計(jì)算。采用19組雙I25a焊接，并用綴板連接，每組勁性骨架采用6組角焊縫焊接。

（1）勁性骨架承載能力驗(yàn)算：

2.5 合龍方式及合龍段配重

主梁采用支架懸臂澆筑施工，在河道內(nèi)分節(jié)段對(duì)稱搭設(shè)懸臂澆筑支架，利用支架代替掛籃作為懸臂節(jié)段的澆筑平臺(tái)。主跨合龍段采用支架法進(jìn)行合龍，合龍段混凝土重量由合龍支架承擔(dān)，減少了梁體懸臂端變形，現(xiàn)場(chǎng)配置兩臺(tái)混凝土地泵進(jìn)行澆筑，保證合龍段在初凝前混凝土完成澆筑，無(wú)需在合龍段兩側(cè)進(jìn)行等效配重，降低了合龍段施工操作的難度，節(jié)省了工程成本。

2.6 合龍束設(shè)置及張拉力計(jì)算

2.6.1 合龍束設(shè)置。合龍段在緩慢的降溫過(guò)程中，梁體發(fā)生收縮變形，導(dǎo)致梁體合龍口發(fā)生開裂，為防止合龍段收縮開裂，解決溫度荷載效應(yīng)的不利影響，在合龍段進(jìn)行合龍束預(yù)應(yīng)力張拉，使合龍段混凝土處于受壓狀態(tài)。合龍束需克服降溫產(chǎn)生的拉力，該拉力的大小為支座滑動(dòng)產(chǎn)生的摩阻力和梁體降溫產(chǎn)生軸力的較小值。

2.6.2 合龍束張拉力計(jì)算。合龍段在緩慢的降溫過(guò)程中，合龍束需克服降溫產(chǎn)生的拉力，該拉力的大小為支座滑動(dòng)產(chǎn)生的摩阻力。

2.7 勁性骨架及臨時(shí)束張拉鎖定施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（1）合龍鎖定應(yīng)在日最低氣溫下快速進(jìn)行，且應(yīng)保證勁性骨架焊接質(zhì)量，合龍溫度約為20℃為宜，合龍鎖定在鋼筋綁扎后、混凝土澆筑前進(jìn)行。施工時(shí)，型鋼長(zhǎng)度根據(jù)鎖定位置的實(shí)際距離下料。（2）鎖定前應(yīng)實(shí)測(cè)兩懸臂端實(shí)測(cè)合龍口的位置和距離、相對(duì)高差，并要求合龍時(shí)兩懸臂端相對(duì)高差不大于1cm，軸線偏差不大于1cm。

3 理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

根據(jù)施工監(jiān)控單位提供的實(shí)測(cè)與理論數(shù)據(jù)，對(duì)主跨跨中截面上下緣成橋后的正應(yīng)力及勁性骨架張拉后的應(yīng)力值進(jìn)行了對(duì)比，數(shù)據(jù)對(duì)比值如表4。

根據(jù)跨中截面實(shí)測(cè)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，最大偏差值4.3%，理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況較吻合，合龍段施工質(zhì)量受控。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)工程實(shí)例計(jì)算矮塔斜拉橋合龍過(guò)程中升降溫對(duì)梁體產(chǎn)生的荷載效應(yīng)，通過(guò)理論計(jì)算，對(duì)合龍段勁性骨架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。合龍段采用支架方式合龍，減小了懸臂端的撓動(dòng)和變形，在混凝土初凝前保證合龍段澆筑完成，故取消合龍口兩端的配重，降低了施工操作的難度，節(jié)省了工程成本。通過(guò)理論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，成橋應(yīng)力與設(shè)計(jì)相吻合，避免了橋面合龍口發(fā)生開裂現(xiàn)象，合龍段施工質(zhì)量受控。文章的計(jì)算結(jié)果精度基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，為以后類似工程施工提供依據(jù)。

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