重庆鹅公岩轨道专用桥加劲梁合龙关键技术

2020-06-20章耀林

铁道建筑 2020年5期

章耀林

（中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300）

1 工程概况

重庆鹅公岩轨道专用桥位于既有鹅公岩长江公路大桥上游70 m 处，桥跨布置为（50+210+600+210+50）m，为双塔双索面自锚式悬索桥（图1）。该桥加劲梁锚跨为预应力混凝土箱梁结构，锚固段为钢筋混凝土箱梁结构，其余梁段为钢箱梁结构，加劲梁结构见图2。

图1 鹅公岩轨道专用桥总体布置（单位：m）

图2 鹅公岩轨道专用桥加劲梁结构（单位：m）

2 总体施工方案

受长江航道、地形、道路交通等多重约束条件限制，该桥加劲梁创造性地采用“先斜拉后悬索”的总体施工方案［1-3］。加劲梁的不同部位分别采用如下施工方法：①锚固段钢筋混凝土箱梁采用可滑移支架原位现场浇筑；②锚跨预应力混凝土箱梁采用常规支架原位现场浇筑；③边跨钢箱梁采用步履式多点同步顶推方法施工，从主塔处往锚跨方向顶推；④中跨钢箱加劲梁采用斜拉扣挂法施工，在主塔顶设置临时钢塔，塔梁之间设置16 对临时斜拉索，形成临时斜拉桥。钢箱加劲梁由船舶水上运输、架梁吊机梁面起吊安装。

加劲梁施工顺序为：搭设锚固段及锚跨支架、顶推支架→现浇锚固段钢筋混凝土箱梁，顶推边跨钢箱梁→斜拉扣挂法施工部分中跨钢箱加劲梁至前7对临时斜拉索安装完成→锚固段合龙（图3（a））→中跨钢箱加劲梁合龙（图3（b））→安装猫道和牵引系统，施工主缆并现场浇筑锚跨预应力混凝土箱梁→锚跨合龙（图3（c））→安装吊索，进行“斜拉-悬索”体系转换，最终形成悬索桥成桥状态。

图3 鹅公岩轨道专用桥加劲梁合龙布置

3 加劲梁合龙关键技术

3.1 加劲梁合龙技术的特点

1）锚固段为钢筋混凝土箱梁，最大高度10 m，底面离地高度40 m以上，质量约1.2万t。由于加劲梁总长超过1 000 m，锚固段钢筋混凝土箱梁与边跨钢箱梁合龙后，温度变化会导致锚固段产生很大的纵向位移，最大可达±20 cm。此外，锚跨合龙后，中跨钢箱加劲梁继续采用斜拉扣挂法进行施工对锚固段混凝土箱梁有所扰动。在主缆安装完成前，由于锚固段无轴向预应力，存在开裂风险［4］。

2）锚跨为预应力混凝土箱梁。为节省工期，在不影响主缆施工前提下，锚跨与主缆施工可同步进行并预留合龙段，待主缆施工完成后再合龙。为保证主缆施工，预留合龙段只能设置在锚跨梁体高度较大处。合龙完成前，锚跨段尚未张拉预应力。合龙锁定时，在温度影响下锚跨与锚固段会产生较大的纵向位移，存在开裂风险。

3）中跨钢箱梁合龙时，在温度影响下钢箱梁及锚固段混凝土箱梁会产生较大的纵向位移，此时中跨钢箱加劲梁处于最大悬臂状态，中跨合龙口的位置调整须精确分析计算。

3.2 加劲梁合龙分析

根据全桥施工过程建立计算模型，分析合龙前后结构的受力、变形等，并进行合龙敏感性分析，选择合龙措施［5-8］。对本桥而言，合龙的所有措施均为保证混凝土梁段安全，因此重点研究合龙过程中混凝土梁段的受力情况及梁段纵向移动过程中纵向水平力的大小。合龙工况为：工况1，锚固段合龙；工况2，中跨合龙；工况3，锚跨合龙。

对于工况1，锚固段合龙锁定后，由于梁体整体长度最短，因此温度影响下的伸缩量为3个工况中最小。锚固段纵向位移受支架约束，钢箱梁自重全部由临时斜拉索承担并处于“漂浮”状态。当温度升高时，锚固段混凝土受压，当温度下降时受拉。由于锚固段未设置纵向预应力，因此温度下降时锚固段混凝土受力最不利。由于钢箱梁处于“漂浮”状态，在纵向力较小的情况下也能适应较大的纵向位移，且温度变化引起的纵向位移较小。锚固段混凝土在降温时承受的最大拉应力不超过0.2 MPa，箱梁不会开裂。

对于工况2，由于LWS8（LES8）—LWS16（LES16）临时斜拉索锚固在锚固段横梁上，临时斜拉索的水平分力（约83 325 kN）相当于预应力施加于锚固段上，使锚固段混凝土受压；临时斜拉索的竖向分力（约42 456 kN）方向与锚固段混凝土箱梁自重方向相反，锚墩及锚固段支架不再承担全部锚固段混凝土箱梁的自重，其承担的竖向荷载降至约68 579 kN。中跨合龙时，锚固段需要克服纵向摩阻力才能滑动，其最大摩阻力（即合龙过程中锚固段承受的拉力）约4 114 kN，远小于临时斜拉索施加的预压力，因此锚固段混凝土处于受压状态箱梁不会开裂。

对于工况3，由于主缆施工完成，主缆张力会进一步增加锚固段混凝土箱梁的轴向压力，降低锚墩及锚固段支架的竖向荷载。当第1 个锚跨合龙时，锚固段混凝土仍处于受压状态不会开裂，且纵向摩阻力小于工况2。当一侧锚跨合龙后，另一侧锚跨合龙时，已合龙的锚跨需与锚固段一起滑移，此时需克服锚固段及锚固支架上的摩阻力及过渡墩的摩阻力。分析表明，第2 个锚跨合龙时，锚固墩及锚固支架支反力约8.4×104kN，过渡墩支反力约1.2×104kN，锚跨及锚固段滑移时摩阻力约5 760 kN。

3.3 加劲梁合龙的关键技术措施

根据本桥加劲梁合龙的技术特点，重点解决混凝土箱梁在较大纵向位移条件下的安全问题，防止其开裂，并提出精确调整合龙口纵向相对位置的措施。除常规的合龙口合龙锁定措施外，还采取了如下措施。

3.3.1 设置可滑移支架

可滑移支架仅设置于锚固段混凝土箱梁下方，具体布置见图4。锚固段支架高达40 m，要求其能够承担约1.2×105kN 的竖向荷载，同时能满足锚固段混凝土箱梁±20 cm水平纵向位移的需要。

可滑移支架具备以下特点：

1）设置可滑移量为±35 cm 的滑动面，满足锚固段混凝土箱梁水平纵向移动的需要。温度变化时，混凝土箱梁及其下的排架、碗扣式支架可沿滑动面滑动。滑动面处设置纵向限位装置（图5），根据需要可以解除或添加滑动面的纵向约束。

图4 锚固段与锚跨支架布置

图5 锚固段支架滑动面限位装置（单位：mm）

2）在支架滑动面以上排架与锚固段混凝土箱梁之间设置锚固装置（图6），保证混凝土箱梁滑动时能与排架连接为整体，支架能够承受竖向荷载。

图6 锚固段支架排架与锚固段梁体间的锚固装置

3）钢管柱纵向设置支架（参见图4）。经计算滑移支架滑动面锁定后承受的最大纵向水平力不超过5 760 kN。因此，按支架纵向水平承载力6 000 kN 设计斜撑，同时控制其桩顶纵向位移不大于5 mm。

3.3.2 设置加劲梁纵向位置调整装置

在塔梁交叉处设置加劲梁纵向位置调整系统（图7）。在钢箱梁外侧腹板设置反力座，其上设置千斤顶，分别连接反力座及桥塔塔柱上的抗风支座垫石，通过顶升千斤顶调整加劲梁的纵向位置。纵向位置调整到位后，反力座和抗风支座垫石之间通过设置抄垫达到限制梁塔纵向相对位移的目的（拆除抄垫则不限制两者纵向相对位移）。抗风支座垫石配筋根据计算应予以加强。

3.3.3 选择合理的约束位置及合龙时机

通过选择合理的约束位置及合龙时机实现主动控制工期、保证锚固段及锚跨混凝土箱梁的质量，达到支架结构优化等目的。

图7 加劲梁纵向位置调整系统布置（单位：mm）

3.4 加劲梁合龙的控制要点

3.4.1 锚固段合龙

1）锚固段混凝土箱梁采用可滑移支架现浇施工，施工时支架应设置预拱度，锁定支架并保护好支架滑动面。

2）控制好锚跨合龙时机。边跨钢箱梁顶推到位后，不立即合龙锚固段，继续采用斜拉扣挂法施工部分节段中跨钢箱加劲梁，待前7 对临时斜拉索张拉完成后再合龙，以减少中跨钢箱加劲梁施工对锚固段的影响。

3）利用塔梁交叉处纵向位置调整系统调整合龙口的纵向相对位置，利用临时斜拉索调整合龙口的相对高程和转角。精确调整位置后锁定合龙口。

4）选择合适的纵梁约束位置。利用锚固支架约束混凝土箱梁的纵向位置，解除塔梁交叉处的纵向约束，尽量使锚固段不发生纵向位移。

3.4.2 中跨合龙

1）解除滑移支架滑动面纵向约束，拆除锚固段主缆锚固横梁下方支架及模板，使得锚固段横梁由其下方永久支座支承。

2）利用纵向位置调整系统及临时斜拉索精确调整合龙口相对位置后锁定合龙口。

3.4.3 锚跨合龙

1）两岸锚跨合龙段必须一前一后施工，不得同步合龙。实际施工时先合龙P12墩处合龙段。利用塔梁交叉处纵向位置调整系统调整合龙口的纵向相对位置，斜拉索调整合龙口的相对转角。由于无法调整合龙口的竖向相对位置，锚跨支架应预先设置预拱度以确保合龙质量。精确调整合龙口位置后锁定合龙口。合龙过程中确保P12 墩处锚跨支架滑动面锁定，加劲梁其余支点纵向位移约束均解除。

2）合龙口混凝土强度达到设计要求后，首先拆除侧模板、张拉锚跨预应力束，然后卸落锚跨支架，使锚跨混凝土箱梁底部与底模脱空。

3）解除P12 墩处锚固支架滑动面纵向约束，精确调整P15墩处合龙口相对位置后锁定合龙口。合龙过程中确保P15 处锚跨支架滑动面锁定，加劲梁其余支点纵向位移约束均解除。