超宽桥面矮塔斜拉桥合龙施工技术研究

万会青

摘 要：文章以南宁市玉洞大道八尺江大桥为工程依托，简要分析超宽桥面矮塔斜拉桥合龙段施工影响因素及相关施工工艺，并主要分析温度荷载效应的影响，为以后类似工程施工提供经验依据。

关键词：预应力混凝土矮塔斜拉桥；合龙段；温度荷载效应

1 工程概况

南宁市玉洞大道八尺江大桥主桥为55m+100m+55m矮塔斜拉桥，桥面宽54.5m，主梁为单箱三室结构，左右各设置一个箱体，中间为T型梁肋接桥面板形式，支点梁高5.5m，跨中梁高为2.5米，梁高按二次抛物线变化，箱梁截面一般构造如图1所示，主塔为外包钢结构形式，塔高17.5m，塔顶设置5对斜拉索，斜拉索锚具采用OVM250AT-31群锚体系。全桥划分为2个0#梁段，12个支架悬臂施工梁段，2个边跨现浇段，1个中跨合龙段。主梁采用支架悬臂浇筑施工，在河道内分节段对称搭设悬臂浇筑支架，利用支架代替挂篮作为悬臂节段的浇筑平台。

2 合龙施工工艺

2.1 合龙施工工艺流程

梁体不同的合龙温度和体系转换顺序，将导致不同的成桥内力，后期收缩徐变及跨中挠度也不同。体系转换指结构由双悬臂T构合龙转换为多跨连续结构的过程（文章主要论述三跨连续结构）。本工程为先边跨后中跨的合龙施工顺序，体系转换顺序为：边跨现浇段施工→解除边跨支座位移约束→边跨预应力张拉→拆除主墩临时支座→合龙段临时锁定，即完成体系转换，合龙施工工艺流程如图2。

体系转换顺序不同，将导致结构内力不同。边跨预应力张拉前未解除边跨活动支座的位移约束，因支座上下板螺栓的约束作用，影响边跨结构的自由变形，将导致结构预应力度减小，结构压应力储备不足。主跨合龙（即劲性骨架焊接）前，未拆除主墩两侧的临时支座约束，将导致主梁受临时支座约束，影响主梁自由位移，主梁在温度荷载作用下产生过大的次内力，影响结构的成桥应力。

2.2 合龙温度及温度场建立

2.2.1 合龙温度。合龙温度选择原则：一天中最低气温，温度变化幅度最小时段，且在未来的3天内均不会有较大的温度变化，温度变化幅度在10℃以内。合龙段施工提前从气象部门收集气象资料，并根据天气预报，选择最佳的合龙温度，取日最低温度，且温度不高于20℃。合龙段施工过程中温度荷载效应对结构产生的影响：（1）日温度的变化引起混凝土热胀冷缩，悬臂梁段长度随之发生变化，导致合龙段产生轴力，合龙段砼浇筑的早期砼强度较低，在轴力的作用下合龙段砼产生裂缝。（2）在竖向温度梯度作用下，合龙段产生不利弯矩，致使箱梁截面产生拉应力，若此时合龙段砼没有压应力储备，合龙段可能开裂，对结构产生不利影响。

2.2.2 温度场建立。中跨合龙前5天建立准确的温度场，观测昼夜的温度变化，建立合龙口长度与温度关系曲线如图3。

2.3 温度效应产生的轴力分析

温度效应计算假定：合龙施工过程中保持合龙段处于受压状态，合龙段劲性骨架能抵抗温度荷载引起的内力或者滑动支座，模板与梁体之间的摩阻力。滑动支座的摩阻系数取0.05。

合龙段轴力计算：合龙口锁定主要是克服梁体因温差变化产生的内力。当梁体温度升高时，混凝土膨胀，对合龙段产生压应力，当梁体温度降低时，混凝土收缩，则合龙段产生拉应力，在合龙段混凝土未达到设计强度前，考虑合龙段所有内力均由劲性骨架承受。11#、12#墩设置临时支座，按墩梁固结结构形式考虑，主梁因温度变化产生的轴力按线性膨胀计算，则有结构受力体系简化如图4。

当N

考虑主梁合龙后梁体升降温差为20°C，当梁体升降温差比较大时，梁体会产生较大的轴向力作用。由于合龙段施工工期比较短，所以不考虑混凝土徐变的影响。

根据施工图纸列出各梁段的截面几何特性如表1所示。

根据方程式1和表1中的相关参数，可将式1中N求解为N=7.32×104kN

梁体升降温是一个缓慢的过程，支座的摩阻力简化为静摩阻力计算，根据各支承节点的支反力可以分别计算出边跨和中跨合龙后各个滑动支座的最大静摩阻力，则有主梁合龙后，10、11#边墩顶支座最大静摩阻力f：

主梁合龙后升降温对梁体产生的轴向力N=7.32×104kN>4492.5kN，可知梁体升降温产生的轴力大于10、11#墩滑动支座的最大静摩阻力，故支座会产生滑移，所以根据式2，可计算出梁体因升降温而产生的轴力N=f=4492.5kN。

2.4 劲性骨架设计施工

2.4.1 劲性骨架设置。将原设计图纸的内置式劲性骨架优化为外置式劲性骨架，采用19组双I25a焊接，并用缀板连接，每组劲性骨架采用6组角焊缝焊接，劲性骨架大样如图5。

劲性骨架作为合龙段施工的主要临时构件，其主要作用为合龙段混凝土未达到设计强度前，作为合龙段的临时拉撑构件，承担合龙段在温度荷载效应作用下产生的内力。其设置的形式和数量直接影响合龙段施工操作的难易程度及施工经济成本。

劲性骨架采用形式有内置式和外置式，常采用工字钢、槽钢、钢管等型钢构件进行加工制作构。对于高墩大跨连续刚构桥，由于合龙段施工需施加顶推力，常采用内置式劲性骨架结构。本桥设计为内置式劲性骨架，根据常规悬臂施工连续梁桥的经验，将内置式劲性骨架变更为外置式劲性骨架，并列出优缺点对比如表2。

2.4.2 劲性骨架计算。采用19组双I25a焊接，并用缀板连接，每组劲性骨架采用6组角焊缝焊接。

（1）劲性骨架承载能力验算：

2.5 合龙方式及合龙段配重

主梁采用支架悬臂浇筑施工，在河道内分节段对称搭设悬臂浇筑支架，利用支架代替挂篮作为悬臂节段的浇筑平台。主跨合龙段采用支架法进行合龙，合龙段混凝土重量由合龙支架承担，减少了梁体悬臂端变形，现场配置两台混凝土地泵进行浇筑，保证合龙段在初凝前混凝土完成浇筑，无需在合龙段两侧进行等效配重，降低了合龙段施工操作的难度，节省了工程成本。

2.6 合龙束设置及张拉力计算

2.6.1 合龙束设置。合龙段在缓慢的降温过程中，梁体发生收缩变形，导致梁体合龙口发生开裂，为防止合龙段收缩开裂，解决温度荷载效应的不利影响，在合龙段进行合龙束预应力张拉，使合龙段混凝土处于受压状态。合龙束需克服降温产生的拉力，该拉力的大小为支座滑动产生的摩阻力和梁体降温产生轴力的较小值。

2.6.2 合龙束张拉力计算。合龙段在缓慢的降温过程中，合龙束需克服降温产生的拉力，该拉力的大小为支座滑动产生的摩阻力。

2.7 劲性骨架及临时束张拉锁定施工要点及注意事项

（1）合龙锁定应在日最低气温下快速进行，且应保证劲性骨架焊接质量，合龙温度约为20℃为宜，合龙锁定在钢筋绑扎后、混凝土浇筑前进行。施工时，型钢长度根据锁定位置的实际距离下料。（2）锁定前应实测两悬臂端实测合龙口的位置和距离、相对高差，并要求合龙时两悬臂端相对高差不大于1cm，轴线偏差不大于1cm。

3 理论计算值与实测结果对比分析

根据施工监控单位提供的实测与理论数据，对主跨跨中截面上下缘成桥后的正应力及劲性骨架张拉后的应力值进行了对比，数据对比值如表4。

根据跨中截面实测与理论数据进行了对比分析，最大偏差值4.3%，理论计算与现场实际情况较吻合，合龙段施工质量受控。

4 结束语

文章通过工程实例计算矮塔斜拉桥合龙过程中升降温对梁体产生的荷载效应，通过理论计算，对合龙段劲性骨架进行了优化设计。合龙段采用支架方式合龙，减小了悬臂端的挠动和变形，在混凝土初凝前保证合龙段浇筑完成，故取消合龙口两端的配重，降低了施工操作的难度，节省了工程成本。通过理论与现场实测数据对比分析，成桥应力与设计相吻合，避免了桥面合龙口发生开裂现象，合龙段施工质量受控。文章的计算结果精度基本能满足现场施工需要，为以后类似工程施工提供依据。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].人民交通出版社，2001.

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