（68+120+68）m矮塔斜拉桥施工关键工艺介绍

高光品

摘 要：矮塔斜拉桥近年来较多采用一种桥梁结构形式。本文介绍四川省巴中市东门大桥主桥，单索面混凝土矮塔斜拉桥施工过程中的关键工艺，包括临时固结设计，宽幅挂篮施工，预应力混凝土梁线型控制，以及钢绞线斜拉索施工等。

关键词：矮塔斜拉桥；固结；线型控制；合龙；斜拉索施工

巴中市东门大桥主桥是一座跨度为（68+120+68）m的三跨双塔单索面混凝土矮塔斜拉桥（见图1），其中1#墩采用塔梁墩固结体系，2#墩采用塔梁固结，墩梁分离体系。主梁0#块长度10m，1#～14#节段长3.5m～4m，16#、16#边跨现浇段长7m，15#、15#合拢段长2m，为变截面预应力混凝土梁，顶宽32.5m，底宽19.7～21.3m。索塔高度25.3m，截面为钢筋混凝土实心矩形截面，纵桥向3m，横桥向2.5m，布置在中央分隔带上，并与箱梁固结。塔身上部设有转向索鞍，索鞍横桥向2排布置，中心距为1.2m。每根斜拉索对应一个索鞍，每个索塔设有9层18根斜拉索，两侧对称锚于梁体。斜拉索采用OVMAT15-31平行环氧钢绞线群锚体系，每根拉索由3l根Φl5.24mm环氧钢绞线组成，外套HDPE套管，单根索重量2086Kg～4758Kg，索长度51.2m～116.8m，设计张拉力3150KN～3750KN。

2 施工关键工艺介绍

2.1 2#墩临时固结

2#墩设计为墩梁分离体系的桥梁，悬臂施工时，为保证施工时结构的稳定，须将墩梁临时固结。设计单位考虑的极限工况是：对称浇筑至最大悬臂状态时单侧挂篮连同湿混凝土同时掉落。结合以往施工的经验，临时固结主要考虑以下荷载及不平衡荷载：节段混凝土浇筑误差5%，箱梁、塔柱、斜拉索自身重量及不平衡荷载、举升风荷载的不平衡荷载、塔柱横向风荷载、施工荷载及不平衡荷载。根据计算在极限工况下，临时锚固要抵抗最大不平衡力矩M=258788KN.m和最大竖向力N=107504KN。

主梁0#块长度10米，考虑0#块施工完成后的挂篮施工及临时固结的拆除等因素，参照设计图纸提供的固结方案，采用墩顶C30素混凝土临时支座+墩旁钢管支撑柱的方案（见图2），墩顶设置4个临时支座，同时在墩身的两侧共设8根直径830mm、δ=10mm的钢管，每侧4根直立于主梁4个腹板之下。钢管上端深入到主梁腹板内0.5m，下两端通过预埋件锚于承台上，为防止洪水期漂浮物撞击，钢管桩内部灌满河砂。根据变形协调计算，最不利工况下受力均满足要求。

临时锁定钢管刚度小，主梁悬臂施工过程中，大部分块段重量由混凝土临时支座和永久支座共同承担；钢管支撑柱主要承担施工中的不平衡荷载；同时，临时支座确保了悬臂施工时永久支座不会产生纵横向的滑移，保证了结构的安全。因此，只要保证T构悬浇过程中各块段立模标高正确，临时固结解除时，主梁高程不会产生过大变化，确保主梁线型。另外，钢管柱用氧气乙炔切除较为方便，素混凝土临时支座凿除也较为方便。

2.2 宽幅挂篮施工

东门大桥主桥主梁设计为单箱三室变高度预应力混凝土箱梁，箱梁顶宽32.5m，底宽19.7～21.3m，箱梁根部梁高4.625m，跨中梁高2.625m，按二次抛物线变化，共划分为63个梁段，其中0#梁段采用墩旁支架现浇法施工，1#～14#、1#～14#节段采用挂篮悬浇施工，悬浇梁段长3.5～4m不等，最大节段重约309t，每个主墩悬浇梁段14对，挂篮采用4片主桁的中型宽幅菱形后支点挂篮（挂篮断面间图3），宽幅挂篮施工方法和步骤与传统窄幅挂篮相似，并有其自身特有的特点。

挂篮在设计和施工中较传统挂篮不同点主要有：（1） 挂篮幅面较宽，采用4片主桁架，顶面模板外侧最宽处达到了34.2米，底模平台宽度达到了28米，模板加挂篮重量120t，重量的比为0.39。（2）挂篮走行采用了液压千斤顶顶推的方式，保证了走行的同步性，节省了人力；走行时后锚部分采用了反扣轮扣挂于轨道梁上，同时主桁架上设置保险压梁，以防止挂篮走行时倾覆；底平台较宽，设置2根底滑梁，以确保宽幅底平台走行时平稳。（3）主梁横坡2%，纵坡3%，横桥向采用不同高度的支腿及反扣轮长度来调节挂篮横向水平；纵桥向除1#块采用楔形垫块调节纵向水平外，其余节段采用挂篮带坡度作业的方式。（2） 因横隔梁存在，挂篮内模没法设置内导梁，内模支架采用建筑钢管现场散拼的方式施工，模板采用钢木组合模板。

2.3 主梁线型控制

矮塔斜拉桥成桥后一般不进行二次调索，且主梁刚度大，斜拉索对线型的影响较小，因此施工中的线型控制就显得尤为重要，而大跨径连续梁悬臂施工的线形本身就较难控制，施工控制就是一个动态调整的过程，加之索塔和索的影响，使得施工控制的难度加大。

线形控制中最难控制的要属高程控制，节段立模标高目前常用灰色理论进行预测，灰色理论预测需要在前几个节段施工完成后并取得实测数据的基础上进行，通常还要根据已施工节段实测数据加上一些经验值来修正，使实际线形向理论线形靠近。而悬臂开始节段立模标高的确定一般在理论计算和预压实测数据的基础上进行。

设计单位给出的箱梁各节点立模标高为：箱梁顶面设计标高+施工预拱度值（包括挂篮弹性变形）+施工调整值（包括温差引起的变位等）+成橋预拱度值，其中箱梁顶面设计标高、成桥预拱度设计已经给出，施工预拱度与施工调整值由监控单位确定，施工方主要工作是配合监控单位进行测量控制。

（1）预压挂篮，提供挂篮弹性变形数据。挂篮预压的主要目的是验证结构的可靠性、消除非弹性变形和测定挂篮的弹性变形。通常挂篮预压存在压重量估算不准、预压荷载分布不符合实际荷载工况等情况，导致预压数据准确性较差。本项目根据预压数据拟合挂篮预压重量（t）与挂篮弹性变形（mm）之间的曲线为y=0.097x，根据这个公式，1#块理论重量296t，挂篮预测弹性变形达到了29mm，与Midas建模计算的挂篮变形值18mm差距比较大。为此，在预压消除非弹性变形后，1#块挂篮弹性变形按照建模计算数值18mm预测，同时实测4支挂篮在1#块砼浇筑前后的高程变化，通过实测据拟合的挂篮弹性变形曲线为y=0.0676x，与建模计算结果较为接近，后续节段用此公式来预测挂篮弹性变形。

（2）严格控制测量时间，长悬臂状态下，结构线形受温度影响较大，如不统一测量时间，将影响对结构变形偏差的准确判断，线形的监控量测时刻定在了早上7：30左右，线形测量工作务必在日出之前完成。同时，测量数值受测点位置、挂篮实际重量、施工不对称堆载、非对称张拉等因素的影响较多，施工中尽量避免在桥上堆载，且堆载要对称。

（3）提前编制边跨直线段和合龙方案，为线型平顺过渡打下基础，边跨现浇支架提前进行预压，消除非弹性变形，测得弹性变形，边跨直线段施工时提前设置好预拱度，边跨直线段施工完成后，将实测标高提供给监控单位，作为合龙口14#块标高预测的目标值，保证合龙口线型平顺过渡，保证主梁线型美观。此外，为防止边跨合龙段浇筑后边跨现浇支架沉降，设计时，应使边跨现浇支架有足够的承载力和刚度。

2.4 合龙段施工

主桥共有3个合龙段（2个边跨、1个中跨），分2次体系转换，第1次为2个单T构通过边跨合龙转换为单悬臂刚构，第2次为2#墩临时固结解除后2个单悬臂刚构转换为半刚构半连续梁结构。

根据现场实际情况，0#台侧边跨合龙段采用支架法施工，3#墩侧边跨合龙段、中跨合龙段采用挂篮底模吊架法施工。

合龙口两侧梁体变形受温度影响比较大，温度观测数据显示，在温度变化7.5～17℃范围内，合龙口纵向间距变化0～3.7mm（图4），竖向位移变化为0～30mm（图5）。从数据可以看出，合龙口纵向位移受温度影响比较小，而竖向位移受温度影响比较大，本桥合龙均采用了劲性骨架锁定的方法。

（1）0#台侧边跨合龙段采用建筑钢管支架现浇的方法施工，建筑钢管顶托在清早顶紧，此时梁端高程最高，劲性骨架采用8根双拼工45b型钢锁定，同时设置剪刀撑（抵抗竖向剪切力），锁定时间定在低温且变化比较平缓的夜间，锁定完成后立即进行混凝土浇筑。

（2）3#台侧边跨合龙段采用挂篮底模吊架法施工，其余施工方法同0#台侧边跨合龙段。

（3）中跨合龙段采用挂篮底模吊架法施工，因2#墩临时固结未解除，监控单位提供轴向的温度力约为±100t/℃，故中跨劲性骨架采用10根双拼工45b型钢锁定，中跨未设置剪刀撑（因中跨合龙段有一道横隔板及合龙口两侧变化幅度相近），劲性骨架锁定时间定在低温且变化比较平缓的夜间，锁定完成后立即进行混凝土浇筑。

合龙完成后，主梁线型平顺，结构受力可靠，合龙方案比较成功。

2.5 斜拉索施工

2.5.1主梁上索道管施工

主梁上索道管高程、坐标是否正确，将影响斜拉索的张拉质量和减振器的安装。通常，设计图纸只提供成桥后的斜拉索预埋管高程和倾角。在悬臂施工过程中，预埋管的高程和倾角均随着梁段混凝土的浇筑、挂篮前移、斜拉索张拉等各种工况变化而变化，为克服这种动态特性，加高索道管定位分为两种状态，一种是以监控时刻为基准的绝对高程法；另一种是具体定位时的相对状态法。前者是在监控量测时刻测定主梁悬臂前端高程线形点的瞬时绝度高程；后者是在索道管定位期间，不管梁面高程是否受动态影响而变化，总是以前端高程线性点受监控时刻的瞬时高程为起算高程。利用这两种状态的定位控制和相对时间关系，解决了动态特性对梁面高程变化的影响，将索道管的定位高程都统一到监控状态时刻施工设计高程系统内。

索道管定位坐标的计算需考虑预拱度和垂度（本桥垂度效应引起的索道管前端高程变化量3～11mm）效应的影响，预拱度由监控单位提供，垂度近视按抛物线计算，高程计算时需将两个效应引起的变化叠加。

索道管施工放样采取了以下办法：首先在模板上大致放出索道管底口放样点位置，根据测量调整模板位置，这样可以大致确定索道管底口位置；然后在索道管安放过程中，在其前端用一块圆形木板分中放置在索道管口，棱镜立在木板中间，用小型钢配合千斤顶、螺栓微调的方法安装、定位预埋索道管。放样点见图6。

2.5.2 索鞍施工

本桥索鞍采用分丝管管结构，分丝管由31根φ内22mm、δ=3.0mm的小钢管组成，每根斜拉索从一根小钢管内穿过，拉索两端锚固在箱梁内。整束施工完成后，通过抗滑移装置和索塔固结，以防斜拉索滑动。

鞍座一般在专业厂家加工，施工中，增加索塔劲性骨架可以方便索鞍定位。劲性骨架由角钢和主塔钢筋构成。由于索鞍在横桥向没有转角，施工放样相对简单些，施工放样控制点见图7，先将索鞍预埋在索塔中，然后采用小型钢配合千斤顶、螺栓微调的方法，确保鞍座的精确定位和固定。

2.5.3斜拉索张拉

东门大桥斜拉索采用平行环氧钢绞线加夹片式群锚体系，张拉时，采用等张拉力法单根张拉到位，不需进行整体张拉。

（1）单根张拉

当梁体内常规纵向预应力束、隔板横向预应力束张拉完成后，前移挂篮，即可进行斜拉索张拉。操作如下：张拉时，将压力传感器安装在张拉端上排第2根或第3根钢绞线上作为基准钢绞线，控制索力为P传单。后续每根钢绞线的张拉力按压力传感器变化值进行控制，索力计算公式：PN=P传单-ΔTN。ΔTN：第n根绞线张拉至比第n-1根绞线对应的油压少0.5MP时与第2或3根对应传感器显示值比较变化值。

P传单=P控单+P1+P2+P3+P4

P传单：实际单根控制初张力

P控单：监控指令单根控制初张索力

P1：夹片回缩影响索力（考虑按3-4mm）

P2：桥面位移影响索力，位移量由监控提供。

P3：塔柱位移影响索力，位移量由监控提供。

P4：锚具、混凝土压缩影响索力

单根张拉注意事项：①在单根挂索时，两束索的总索力差不大于20T，同时挂索，每束索相差不超过2根。②当张拉到该根钢绞线计算控制应力的100%时，开始手工安装工作夹片，同时记录此时传感器的显示值以指导下一根钢绞线张拉。③安装夹片时必须保证一致的外露量一致、平整而且缝隙均匀，高度必须保证达到相应控制值。④张拉时保压1分钟，保证油压数值的准确。

（2）减振器、索箍、防水罩等安装

本桥合龙后未进行调索。合龙后经监控单位同意后进行后续减振器、索箍、防水罩、塔端抗滑装置等安装。

（3）斜拉索防水防腐

斜拉索是斜拉桥的生命线，索体、锚头防腐需高度重视。塔端抗滑装置装内灌注环氧砂浆防护，梁端锚具密封筒内灌注防腐油脂。①环氧砂浆：环氧砂浆材料由斜拉索生产厂家配备专用砂浆原料，按厂家配合比称重配合搅拌，务必使浆体均匀，从而达到设计的锚固强度及防水效果。②防腐油脂：张拉及调索结束后，在锚头夹片位置涂满防腐专用油脂，使夹片后外露的钢绞线段全部被油脂所覆盖。

3 结语

东门大桥主桥是巴中市首座矮塔斜拉桥，建设过程中得到了各级领导和专家的大力支持帮助，该工程质量良好，线形优美，该桥的建成，将为类似桥梁的建设积累了宝贵的经验。