重慶鵝公巖軌道專用橋加勁梁合龍關(guān)鍵技術(shù)

章耀林

（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津 300300）

1 工程概況

重慶鵝公巖軌道專用橋位于既有鵝公巖長江公路大橋上游70 m 處，橋跨布置為（50+210+600+210+50）m，為雙塔雙索面自錨式懸索橋（圖1）。該橋加勁梁錨跨為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，錨固段為鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，其余梁段為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，加勁梁結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 鵝公巖軌道專用橋總體布置（單位：m）

圖2 鵝公巖軌道專用橋加勁梁結(jié)構(gòu)（單位：m）

2 總體施工方案

受長江航道、地形、道路交通等多重約束條件限制，該橋加勁梁創(chuàng)造性地采用“先斜拉后懸索”的總體施工方案［1-3］。加勁梁的不同部位分別采用如下施工方法：①錨固段鋼筋混凝土箱梁采用可滑移支架原位現(xiàn)場澆筑；②錨跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用常規(guī)支架原位現(xiàn)場澆筑；③邊跨鋼箱梁采用步履式多點(diǎn)同步頂推方法施工，從主塔處往錨跨方向頂推；④中跨鋼箱加勁梁采用斜拉扣掛法施工，在主塔頂設(shè)置臨時(shí)鋼塔，塔梁之間設(shè)置16 對臨時(shí)斜拉索，形成臨時(shí)斜拉橋。鋼箱加勁梁由船舶水上運(yùn)輸、架梁吊機(jī)梁面起吊安裝。

加勁梁施工順序?yàn)椋捍钤O(shè)錨固段及錨跨支架、頂推支架→現(xiàn)澆錨固段鋼筋混凝土箱梁，頂推邊跨鋼箱梁→斜拉扣掛法施工部分中跨鋼箱加勁梁至前7對臨時(shí)斜拉索安裝完成→錨固段合龍（圖3（a））→中跨鋼箱加勁梁合龍（圖3（b））→安裝貓道和牽引系統(tǒng)，施工主纜并現(xiàn)場澆筑錨跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁→錨跨合龍（圖3（c））→安裝吊索，進(jìn)行“斜拉-懸索”體系轉(zhuǎn)換，最終形成懸索橋成橋狀態(tài)。

圖3 鵝公巖軌道專用橋加勁梁合龍布置

3 加勁梁合龍關(guān)鍵技術(shù)

3.1 加勁梁合龍技術(shù)的特點(diǎn)

1）錨固段為鋼筋混凝土箱梁，最大高度10 m，底面離地高度40 m以上，質(zhì)量約1.2萬t。由于加勁梁總長超過1 000 m，錨固段鋼筋混凝土箱梁與邊跨鋼箱梁合龍后，溫度變化會(huì)導(dǎo)致錨固段產(chǎn)生很大的縱向位移，最大可達(dá)±20 cm。此外，錨跨合龍后，中跨鋼箱加勁梁繼續(xù)采用斜拉扣掛法進(jìn)行施工對錨固段混凝土箱梁有所擾動(dòng)。在主纜安裝完成前，由于錨固段無軸向預(yù)應(yīng)力，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)［4］。

2）錨跨為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。為節(jié)省工期，在不影響主纜施工前提下，錨跨與主纜施工可同步進(jìn)行并預(yù)留合龍段，待主纜施工完成后再合龍。為保證主纜施工，預(yù)留合龍段只能設(shè)置在錨跨梁體高度較大處。合龍完成前，錨跨段尚未張拉預(yù)應(yīng)力。合龍鎖定時(shí)，在溫度影響下錨跨與錨固段會(huì)產(chǎn)生較大的縱向位移，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)。

3）中跨鋼箱梁合龍時(shí)，在溫度影響下鋼箱梁及錨固段混凝土箱梁會(huì)產(chǎn)生較大的縱向位移，此時(shí)中跨鋼箱加勁梁處于最大懸臂狀態(tài)，中跨合龍口的位置調(diào)整須精確分析計(jì)算。

3.2 加勁梁合龍分析

根據(jù)全橋施工過程建立計(jì)算模型，分析合龍前后結(jié)構(gòu)的受力、變形等，并進(jìn)行合龍敏感性分析，選擇合龍措施［5-8］。對本橋而言，合龍的所有措施均為保證混凝土梁段安全，因此重點(diǎn)研究合龍過程中混凝土梁段的受力情況及梁段縱向移動(dòng)過程中縱向水平力的大小。合龍工況為：工況1，錨固段合龍；工況2，中跨合龍；工況3，錨跨合龍。

對于工況1，錨固段合龍鎖定后，由于梁體整體長度最短，因此溫度影響下的伸縮量為3個(gè)工況中最小。錨固段縱向位移受支架約束，鋼箱梁自重全部由臨時(shí)斜拉索承擔(dān)并處于“漂浮”狀態(tài)。當(dāng)溫度升高時(shí)，錨固段混凝土受壓，當(dāng)溫度下降時(shí)受拉。由于錨固段未設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力，因此溫度下降時(shí)錨固段混凝土受力最不利。由于鋼箱梁處于“漂浮”狀態(tài)，在縱向力較小的情況下也能適應(yīng)較大的縱向位移，且溫度變化引起的縱向位移較小。錨固段混凝土在降溫時(shí)承受的最大拉應(yīng)力不超過0.2 MPa，箱梁不會(huì)開裂。

對于工況2，由于LWS8（LES8）—LWS16（LES16）臨時(shí)斜拉索錨固在錨固段橫梁上，臨時(shí)斜拉索的水平分力（約83 325 kN）相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力施加于錨固段上，使錨固段混凝土受壓；臨時(shí)斜拉索的豎向分力（約42 456 kN）方向與錨固段混凝土箱梁自重方向相反，錨墩及錨固段支架不再承擔(dān)全部錨固段混凝土箱梁的自重，其承擔(dān)的豎向荷載降至約68 579 kN。中跨合龍時(shí)，錨固段需要克服縱向摩阻力才能滑動(dòng)，其最大摩阻力（即合龍過程中錨固段承受的拉力）約4 114 kN，遠(yuǎn)小于臨時(shí)斜拉索施加的預(yù)壓力，因此錨固段混凝土處于受壓狀態(tài)箱梁不會(huì)開裂。

對于工況3，由于主纜施工完成，主纜張力會(huì)進(jìn)一步增加錨固段混凝土箱梁的軸向壓力，降低錨墩及錨固段支架的豎向荷載。當(dāng)?shù)? 個(gè)錨跨合龍時(shí)，錨固段混凝土仍處于受壓狀態(tài)不會(huì)開裂，且縱向摩阻力小于工況2。當(dāng)一側(cè)錨跨合龍后，另一側(cè)錨跨合龍時(shí)，已合龍的錨跨需與錨固段一起滑移，此時(shí)需克服錨固段及錨固支架上的摩阻力及過渡墩的摩阻力。分析表明，第2 個(gè)錨跨合龍時(shí)，錨固墩及錨固支架支反力約8.4×104kN，過渡墩支反力約1.2×104kN，錨跨及錨固段滑移時(shí)摩阻力約5 760 kN。

3.3 加勁梁合龍的關(guān)鍵技術(shù)措施

根據(jù)本橋加勁梁合龍的技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)解決混凝土箱梁在較大縱向位移條件下的安全問題，防止其開裂，并提出精確調(diào)整合龍口縱向相對位置的措施。除常規(guī)的合龍口合龍鎖定措施外，還采取了如下措施。

3.3.1 設(shè)置可滑移支架

可滑移支架僅設(shè)置于錨固段混凝土箱梁下方，具體布置見圖4。錨固段支架高達(dá)40 m，要求其能夠承擔(dān)約1.2×105kN 的豎向荷載，同時(shí)能滿足錨固段混凝土箱梁±20 cm水平縱向位移的需要。

可滑移支架具備以下特點(diǎn)：

1）設(shè)置可滑移量為±35 cm 的滑動(dòng)面，滿足錨固段混凝土箱梁水平縱向移動(dòng)的需要。溫度變化時(shí)，混凝土箱梁及其下的排架、碗扣式支架可沿滑動(dòng)面滑動(dòng)?；瑒?dòng)面處設(shè)置縱向限位裝置（圖5），根據(jù)需要可以解除或添加滑動(dòng)面的縱向約束。

圖4 錨固段與錨跨支架布置

圖5 錨固段支架滑動(dòng)面限位裝置（單位：mm）

2）在支架滑動(dòng)面以上排架與錨固段混凝土箱梁之間設(shè)置錨固裝置（圖6），保證混凝土箱梁滑動(dòng)時(shí)能與排架連接為整體，支架能夠承受豎向荷載。

圖6 錨固段支架排架與錨固段梁體間的錨固裝置

3）鋼管柱縱向設(shè)置支架（參見圖4）。經(jīng)計(jì)算滑移支架滑動(dòng)面鎖定后承受的最大縱向水平力不超過5 760 kN。因此，按支架縱向水平承載力6 000 kN 設(shè)計(jì)斜撐，同時(shí)控制其樁頂縱向位移不大于5 mm。

3.3.2 設(shè)置加勁梁縱向位置調(diào)整裝置

在塔梁交叉處設(shè)置加勁梁縱向位置調(diào)整系統(tǒng)（圖7）。在鋼箱梁外側(cè)腹板設(shè)置反力座，其上設(shè)置千斤頂，分別連接反力座及橋塔塔柱上的抗風(fēng)支座墊石，通過頂升千斤頂調(diào)整加勁梁的縱向位置?？v向位置調(diào)整到位后，反力座和抗風(fēng)支座墊石之間通過設(shè)置抄墊達(dá)到限制梁塔縱向相對位移的目的（拆除抄墊則不限制兩者縱向相對位移）?？癸L(fēng)支座墊石配筋根據(jù)計(jì)算應(yīng)予以加強(qiáng)。

3.3.3 選擇合理的約束位置及合龍時(shí)機(jī)

通過選擇合理的約束位置及合龍時(shí)機(jī)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制工期、保證錨固段及錨跨混凝土箱梁的質(zhì)量，達(dá)到支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化等目的。

圖7 加勁梁縱向位置調(diào)整系統(tǒng)布置（單位：mm）

3.4 加勁梁合龍的控制要點(diǎn)

3.4.1 錨固段合龍

1）錨固段混凝土箱梁采用可滑移支架現(xiàn)澆施工，施工時(shí)支架應(yīng)設(shè)置預(yù)拱度，鎖定支架并保護(hù)好支架滑動(dòng)面。

2）控制好錨跨合龍時(shí)機(jī)。邊跨鋼箱梁頂推到位后，不立即合龍錨固段，繼續(xù)采用斜拉扣掛法施工部分節(jié)段中跨鋼箱加勁梁，待前7 對臨時(shí)斜拉索張拉完成后再合龍，以減少中跨鋼箱加勁梁施工對錨固段的影響。

3）利用塔梁交叉處縱向位置調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整合龍口的縱向相對位置，利用臨時(shí)斜拉索調(diào)整合龍口的相對高程和轉(zhuǎn)角。精確調(diào)整位置后鎖定合龍口。

4）選擇合適的縱梁約束位置。利用錨固支架約束混凝土箱梁的縱向位置，解除塔梁交叉處的縱向約束，盡量使錨固段不發(fā)生縱向位移。

3.4.2 中跨合龍

1）解除滑移支架滑動(dòng)面縱向約束，拆除錨固段主纜錨固橫梁下方支架及模板，使得錨固段橫梁由其下方永久支座支承。

2）利用縱向位置調(diào)整系統(tǒng)及臨時(shí)斜拉索精確調(diào)整合龍口相對位置后鎖定合龍口。

3.4.3 錨跨合龍

1）兩岸錨跨合龍段必須一前一后施工，不得同步合龍。實(shí)際施工時(shí)先合龍P12墩處合龍段。利用塔梁交叉處縱向位置調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整合龍口的縱向相對位置，斜拉索調(diào)整合龍口的相對轉(zhuǎn)角。由于無法調(diào)整合龍口的豎向相對位置，錨跨支架應(yīng)預(yù)先設(shè)置預(yù)拱度以確保合龍質(zhì)量。精確調(diào)整合龍口位置后鎖定合龍口。合龍過程中確保P12 墩處錨跨支架滑動(dòng)面鎖定，加勁梁其余支點(diǎn)縱向位移約束均解除。

2）合龍口混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，首先拆除側(cè)模板、張拉錨跨預(yù)應(yīng)力束，然后卸落錨跨支架，使錨跨混凝土箱梁底部與底模脫空。

3）解除P12 墩處錨固支架滑動(dòng)面縱向約束，精確調(diào)整P15墩處合龍口相對位置后鎖定合龍口。合龍過程中確保P15 處錨跨支架滑動(dòng)面鎖定，加勁梁其余支點(diǎn)縱向位移約束均解除。

4 結(jié)語

1）設(shè)置可滑移支架，能在保持豎向承載力的條件下，錨固段混凝土箱梁滿足±20 cm 水平縱向位移的需要。

2）在塔梁交叉處設(shè)置縱向位置調(diào)整系統(tǒng)，能主動(dòng)控制合龍時(shí)機(jī)，避免天氣的不利影響，有效控制工期。

3）選擇合適的合龍時(shí)機(jī)，能減少施工對混凝土的擾動(dòng)，從而有效控制混凝土箱梁的施工質(zhì)量。

4）將約束的位置選在錨固段而不是塔梁交叉處，可降低對錨跨合龍段混凝土箱梁的擾動(dòng)，簡化錨跨支架的設(shè)計(jì)，無需設(shè)置滑動(dòng)面就可以滿足梁體縱向位移要求。