结合梁斜拉桥塔梁同步施工有关问题探讨

2014-09-27蒋小奎

城市道桥与防洪 2014年8期

蒋小奎

（甘肃长达路业有限责任公司，甘肃兰州 730070）

0 前言

斜拉桥由于合理地利用梁、塔和高强度斜拉索各自的材料和力学特点，在跨越大的障碍或河流时常作为优先桥型之一[1]-[3]。在斜拉桥的施工中，为确保主塔施工的安全，避免塔梁空间交叉施工带来的施工难度和安全风险，通常采用“先塔后梁”[4]-[8]的施工方案，即：在主梁施工开始之前将主塔施工完毕，塔梁施工相互分离。“先塔后梁”是斜拉桥施工规范中推荐使用的施工方案。但随着斜拉桥设计理论的不断完善及施工水平的不断提高，桥梁建造者总寻求新的突破，在绝对保证桥梁安全的前提下，根据不同桥梁建设工期或其它实际需要优选施工方案。特别是近年来，时间和劳动力成本的提高，在工期较近或高塔的情况下，工程师开始尝试塔梁施工相互交叉的施工方法，即“塔梁同步”施工[9]-[14]。“塔梁同步”施工其优点是可以缩短工期，节约时间成本，改善高桥塔在施工期间的抗风稳定性，且总体上方案一般是经济合理的。但是“塔梁同步”施工也存在着许多难点或缺点，主要是塔、梁施工在空间和时间上均有交叉，增加了安全风险，需要增加许多临时安全控制措施，同时也增加了主塔位移控制的难度。为弄清楚“塔梁同步”施工可能带来的问题和提出必要的控制措施，本文以河口大桥的“塔梁同步”施工过程为对象，探讨斜拉桥“塔梁同步”施工方案对结构整体受力的影响以及有效的控制措施。

1 工程概况

河口大桥是兰州（新城）至永靖沿黄河快速通道的重点桥梁工程，为跨越黄河河口水库而设。该桥主桥为双塔双索面结合梁斜拉桥，主跨跨径360 m，边跨177 m；两边跨各设一个辅助墩，主桥桥跨布置为77 m+100 m+360 m+100 m+77 m，主桥共长714 m，见图1。

图1 斜拉桥简图（单位：mm）

主桥桥塔：采用钢筋混凝土A型塔，塔身采用外侧圆弧凸起的箱型截面，截面横向宽度450 cm、纵向宽度700 cm。在塔顶设空透隔板连接，塔柱底设底座。每个桥塔设20根φ2.5 m的灌注桩，塔桩长35 m,均按端承桩设计。

主梁采用工字钢-混凝土结合梁，结合梁梁高 2.83 m(钢主梁中心处)、3.06 m(桥梁中心处)。结合梁的钢梁主要由工字形纵梁与横梁构成，横梁之间设置3道小纵梁，以增加桥面板横向分块，降低桥面板吊重和稳定横梁，小纵梁上设有橡胶隔离层，不参与桥面板整体受力，钢主梁上采用锚拉板的斜拉索锚固构造形式。主梁梁段间采用M30高强螺栓工地连接。塔根处纵梁长度为16 m，其余段梁标准长度为12m，纵梁接头设在两横梁中间部位。

结合梁的混凝土桥面板采用分块预制吊装、板间设纵、横向现浇缝的方式连成整体，预制板存放时间要求6个月以上，现浇缝采用微膨胀混凝土。桥面板采用预制钢筋混凝土板，板厚25 cm，预制板顺桥向设置齿形剪力键。在边跨一定范围内桥面板中布置有纵向预应力，采用9φ15.2钢绞线。桥面板通过布置在钢纵梁及钢横梁上的剪力钉与钢梁结合。剪力钉采用φ22圆头焊钉，ML15AL钢，长200 mm

主桥斜拉索采用直径7 mm镀锌低松弛平行钢丝束，最大索长189.201 m，边索与水平面最小夹角为22.971°。斜拉索全桥共56对，共采用5种规格形式，按双索面扇形布置，标准阶段索距在主梁上为12 m。

2 对结构力学性能的影响

塔梁同步施工方案作为一种异于传统先主塔、后主梁的塔梁分离施工方法，它是在主塔施工没有完成以前，就开始主梁节段的悬臂施工，在此过程中同时进行斜拉索的挂索及张拉。河口大桥如采用“主塔封顶后架设主梁”的传统方案，将无法按照要求工期实现主桥合龙施工，故采用“塔梁同步”方案（见图2）。而采用该施工方案首先要清楚该方案可能对结构受力性能才生的影响。因此，对河口大桥“先塔后梁”和“塔梁同步”的施工过程进行了有限元仿真对比分析，获得了两种不同施工方案成桥后以下计算对比结果：（1）索塔位移对比图（包括水平位移和竖向位移）（见图3）；（2）索塔最大应力对比图（见图4）；（3）梁位移对比图（见图5）；（4）梁应力对比对比图（见图6）；（5）斜拉锁应力对比表（见图7）。

图2 河口大桥塔梁同步施工

图3 索塔成桥位移对比图

图4 索塔成桥最大应力对比图

图5 梁成桥竖向位移对比图

分析上述计算结果表明：两种施工方案索塔水平位移、梁竖向位移，钢主梁、桥面板的内力、应力和索塔的内力、应力及斜拉索的索力值都基本是一致的；两种施工方案结构各组成部分的内力或应力的差异值小于1%。仅索塔塔顶的竖向位移出现了较大的位移偏差，偏位相差最大为9 mm，这是因为塔梁同步施工中，塔顶节段的安装时间和工况状态与“先塔后梁”方案不同所导致的。因此，从结构受力的角度，河口大桥塔梁同步施工方案是可行的，而塔顶偏位的差异可以通过施工控制予以调整。

图6 梁成桥应力对比图

图7 成桥索力对比图

3 施工控制措施

塔梁同步施工主要特点：（1）缩短工期，节约时间成本，改善高桥塔在施工期间的抗风稳定性；（2）塔、梁施工在空间和时间上均有交叉，增加了安全风险，需要增加许多临时安全控制措施；（3）塔、梁、索在施工过程中相互影响，增加了主塔位移控制的难度；（4）主梁施工中，尤其是斜拉索张拉施工，不可避免的对主塔造成扰动，对主塔新浇筑混凝土形成质量隐患。

本文分析表明：塔梁同步施工对结构整体受力的影响很小，对桥塔偏位的影响较大；总体上，塔梁同步施工对塔柱的影响远大于对主梁的影响，在塔梁同步施工时必须根据实际情况确保塔柱垂直度、塔支顶端偏位和最不利截面压应力能得到有效控制，对主塔施工的控制是塔梁同步施工控制的重点和难点。

具体控制措施：

（1）塔梁同步施工时主塔整体刚度和横向联系都很弱，上塔柱底面截面压应力储备也较少。措施是在塔柱施工完成14节 (中横梁以上，塔7#索锚固点位置)并保证28 d强度后才进行首根斜拉索张拉施工，确保两个塔支之间的横向联系和整体刚度，以限制塔支顶端产生过大位移，确保塔柱截面应力安全。

（2）索力控制要兼顾主梁线形和主塔偏位同时达到控制目标。采取的措施是增加塔顶位移观测频率，在放样时进行主塔偏位修正。确保主塔的垂直度符合施工精度要求。

（3）塔梁同步施工中，交叉作业多，安全风险大，施工中根据现场情况分别采取以下措施进行安全控制：a.塔梁同步施工时，爬架上设置密目网、塔柱水平撑上设置安全防护棚、塔柱下放设置过人通道等多种措施防止高空坠物；b.塔柱20 m范围内采用石棉布对斜拉索进行包裹保护，防止塔柱施工中电焊火花等烧坏斜拉索。