斜拉桁架橋工程施工中懸臂澆筑法的應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：

曾覺(jué)標(biāo)（1986—），工程師，主要從事道路與橋梁技術(shù)研究和施工管理工作。

文章以小溪塔大橋工程為例，介紹了懸臂澆筑法的施工工藝流程與應(yīng)用要點(diǎn)，并通過(guò)建立三維有限元模型，分析了該橋各施工階段的穩(wěn)定性。

斜拉桁架橋;懸臂澆筑;施工工藝;建模分析

U445.466A311073

0 引言

斜拉桁架橋施工方法主要有兩種，即預(yù)制拼裝法和懸臂澆筑法。其中，前者具有施工效率高的特點(diǎn)，但對(duì)作業(yè)精度提出較高的要求，易由于控制不到位而出現(xiàn)累積誤差，從而影響橋梁的線形;后者的施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，但結(jié)構(gòu)的完整性較好，幾乎不存在裂縫問(wèn)題。在懸臂澆筑法施工中，若能夠合理做出規(guī)劃，精準(zhǔn)部署各項(xiàng)工作，則可以富有秩序性地完成懸臂澆筑作業(yè)，進(jìn)而保證橋梁的施工質(zhì)量。

1 工程概況

小溪塔大橋主橋?yàn)槿缧崩旒苓B續(xù)剛構(gòu)橋，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，跨徑布置為（85.5+173+85.5） m。上弦桿前兩節(jié)段采用的是變截面的結(jié)構(gòu)形式，依次為80×114～105×150 cm、80×90～80×114 cm。除此之外的其他桿件均為實(shí)體矩形截面，尺寸一致，即80×90 cm。下弦桿各節(jié)點(diǎn)處分別布設(shè)尺寸為80×105 cm的矩形橫梁，于塔頂布設(shè)2×1.5 m箱形橫梁，于橫梁上縱向鋪設(shè)提前制作成型的預(yù)制空心板，通過(guò)結(jié)構(gòu)間的共同作用，組成橋面系。橋梁下部結(jié)構(gòu)組成中，樁基采用的是挖孔灌注樁，墩身為等截面空心矩形截面。

2 懸臂澆筑法的施工工藝流程

橋梁上部結(jié)構(gòu)施工采用懸臂澆筑法，結(jié)合本橋的施工特點(diǎn)以及質(zhì)量要求，先施工V形構(gòu)造處的主梁、X1節(jié)間腹桿及各腹板相交于塔頂處的橫梁，由此構(gòu)成完整的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，可以組織桁架節(jié)段懸臂掛籃澆筑作業(yè)，使全程各項(xiàng)工作有序開(kāi)展。施工工藝流程如下頁(yè)圖1所示。

3 懸臂澆筑法的應(yīng)用要點(diǎn)分析

3.1 施工思路

先組織掛籃的安裝作業(yè)，待掛籃安裝到位后，逐一完成各節(jié)段的懸臂澆筑作業(yè)。主要施工流程為：先安裝模板，經(jīng)檢查后若無(wú)誤，則綁扎鋼筋，將管道預(yù)埋至指定位置，再澆筑混凝土，最后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。

3.2 懸臂掛籃的結(jié)構(gòu)組成

懸臂掛籃含三大主體結(jié)構(gòu)，即承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及工作平臺(tái)。

3.2.1 承重系統(tǒng)

承重系統(tǒng)以主梁、橫梁、吊桿、限位器、平面聯(lián)結(jié)系為核心。其中，橫梁包含四類(lèi)，按自上而下的順序依次有：斜上橫梁、后上橫梁、前下橫梁，后下橫梁。吊桿結(jié)構(gòu)含兩部分，即斜吊桿和后吊桿。關(guān)于承重系統(tǒng)的具體組成情況，如圖2所示。

（1）主梁為關(guān)鍵組成結(jié)構(gòu)，其承受源自于各節(jié)段以及模板的自重。每片主梁由多個(gè)貝雷片穩(wěn)定連接而成，主梁間采取的是工字鋼連接的方法?？紤]到懸臂施工的空間要求，主梁前端懸出一部分，將其作為施工平臺(tái)使用。類(lèi)似的，后端依然懸出合適的距離，并根據(jù)要求配置下限位器。

（2）前、后下橫梁的安裝采取的是焊接至主梁前后端底面的方法，由此構(gòu)成雙懸臂梁，利用該組合裝置穩(wěn)定懸吊主梁。

（3）斜上橫梁安裝在上弦桿節(jié)點(diǎn)頂?shù)凝X塊位置，通過(guò)鋼板的連接作用，形成雙懸臂梁，此結(jié)構(gòu)能夠用于斜吊桿的上端錨固。

（4）斜吊桿是承重系統(tǒng)中不可或缺的受拉傳力構(gòu)件，為確保其在受力條件下具有穩(wěn)定性，常利用精軋螺紋鋼制作而得。斜吊桿的上端利用母帽支承于斜上橫梁處，下端通過(guò)母帽與前下橫梁穩(wěn)定聯(lián)結(jié)。

（5）后吊桿所用材料以精軋螺紋鋼為宜，上端利用母帽支承在梁段頂面的墊板上，下端則利用母帽穩(wěn)定至后下橫梁上。

（6）限位器是關(guān)鍵的附屬裝置。根據(jù)受力特點(diǎn)可知，主梁在斜吊桿上將形成水平分力，通過(guò)限位器的應(yīng)用，可限制該部分作用力，以免在力的作用下而導(dǎo)致底模向后推移。

3.2.2 模板系統(tǒng)

底模、側(cè)模、內(nèi)模、端模為關(guān)鍵組成，共同構(gòu)成完整的模板系統(tǒng)。

3.2.3 工作平臺(tái)

工作平臺(tái)含三類(lèi)細(xì)分形式，即前、后工作平臺(tái)及翼緣板工作平臺(tái)。材料方面以型鋼、方木、木板為主。

3.3 掛籃的制作安裝、前移

3.3.1 制作安裝

（1）在使用斜吊桿前，組織強(qiáng)度試驗(yàn)，要求張拉力≥500 kN，否則不可投入使用;（2）針對(duì)施工所用的各吊桿做全面的探傷檢查，判斷其內(nèi)部是否存在缺陷，從源頭上規(guī)避質(zhì)量問(wèn)題;（3）檢查下限位器的張拉力，要求該值至少達(dá)到500 kN;（4）以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，在混凝土內(nèi)預(yù)留斜吊桿以及后吊桿的安裝孔位，以便后續(xù)可以快速安裝;（5）根據(jù)吊點(diǎn)的設(shè)置要求，在模板相應(yīng)位置開(kāi)孔，預(yù)埋管道;（6）針對(duì)下部采取防護(hù)措施，目的在于規(guī)避墜物傷人的情況;（7）栓接斜吊桿的頂部，組織下吊桿的張拉作業(yè)，并根據(jù)施工要求適配下限位器;（8）預(yù)壓試驗(yàn)，目的在于確定掛籃的彈性變形量，根據(jù)此方面的情況調(diào)整底板的預(yù)抬量，使其具有合理性。

3.3.2 掛籃前移

（1）纜索吊上有4個(gè)吊鉤，分別將其穩(wěn)定勾住各自對(duì)應(yīng)的主梁吊耳;（2）經(jīng)前述準(zhǔn)備工作后，正式掛籃前移，用鋼絲繩拴住吊鉤，使掛籃運(yùn)行期間可始終維持穩(wěn)定;（3）松開(kāi)母帽，緩慢、勻速地抽出斜吊桿和后吊桿，并解除限位器;（4）掛籃工作平臺(tái)前移（遵循同步對(duì)稱(chēng)的原則）。

4 斜拉桁架橋各施工階段的穩(wěn)定性分析

4.1 穩(wěn)定特征值及失穩(wěn)模態(tài)

根據(jù)小溪塔的實(shí)際建設(shè)條件以及所掌握的技術(shù)參數(shù)，技術(shù)人員建立三維有限元模型，以便以更加直觀的方式分析斜拉桁架結(jié)構(gòu)，判斷其受力特點(diǎn)以及變形特點(diǎn)。全橋施工共劃分為11個(gè)階段，逐步分析各階段下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特征值以及失穩(wěn)特點(diǎn)。邊跨下弦桿X1～X6無(wú)預(yù)應(yīng)力，X7～X9有預(yù)應(yīng)力鋼絞線;中跨下弦桿X1～X5無(wú)預(yù)應(yīng)力，X6～X9有預(yù)應(yīng)力鋼絞線。上弦桿為預(yù)應(yīng)力混凝土，單端張拉。關(guān)于小溪塔大橋各施工階段的特征值，如表1所示。

4.2 穩(wěn)定特性分析

結(jié)合建模結(jié)果展開(kāi)分析，可知：

（1）在劃分的11個(gè)施工階段中，有橫向失穩(wěn)現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為個(gè)別壓腹桿存在失穩(wěn)的情況，還存在面外失穩(wěn)情況，說(shuō)明結(jié)構(gòu)橫向剛度安全儲(chǔ)備較小。

（2）最大懸臂施工段失穩(wěn)模態(tài)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)為12.47，邊跨合龍、中跨合龍各自對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)分別為10.03、8.45，各項(xiàng)數(shù)值均滿(mǎn)足要求，并且具有足夠的安全儲(chǔ)備。

（3）在施工進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)之下，桁架的穩(wěn)定特征值隨之改變，即具有逐步減小的變化趨勢(shì)。

（4）各階段的失穩(wěn)形式具有一致性，即均為橫向失穩(wěn)。根據(jù)這方面的情況指導(dǎo)后續(xù)施工，即施工期間需合理控制施工荷載，不能出現(xiàn)集中于橋面某側(cè)的情況，否則結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生偏心荷載現(xiàn)象，不利于橫向穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，小溪塔大橋?qū)俅罂缍刃崩旒軜颍洳捎玫募夹g(shù)方案新穎，較其他類(lèi)似橋梁工程而言，在技術(shù)層面有諸多突破，在業(yè)內(nèi)具有典范性意義，值得工程技術(shù)人員從中思考，加深對(duì)懸臂澆筑法的認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上做出優(yōu)化，提高懸臂澆筑法在斜拉桁架橋建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用水平。

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