双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥合龙施工技术研究

常心煜，郑祎雷

（1.江西省交通工程集团有限公司，江西 南昌 330003；2.江西省公路桥梁工程有限公司，江西 南昌 330029）

0 引言

矮塔斜拉桥是桥梁结构复合化、轻型化发展的过程中产生的介于斜拉桥和预应力混凝土梁桥之间的过渡性组合体系桥型，主要具备塔矮、梁刚、索布置集中等特征，此种桥型结构表现内容丰富，桥型美观，具有一定经济性，发展潜力巨大。矮塔斜拉桥主梁截面形式与连续梁更为接近，连续梁所采用的截面形式均适用于矮塔斜拉桥，矮塔斜拉桥高度可按照等高或变截面设计，等高的情况下，梁高与跨度比通常为1/35～1/45，变截面设计时，梁高约为连续梁的1/2[1]。矮塔斜拉桥的斜拉索仅承担部分荷载，根据其受力特征，斜拉索与预应力混凝土梁桥体外索较为接近，斜拉索对梁提供竖向分力以及轴压力。其与连续梁以梁受弯、受剪承受竖向荷载以及斜拉桥以梁体受拉和索受拉承受竖向荷载的方式不同，矮塔斜拉桥通过梁受弯、受压及索受拉共同承受竖向荷载，主梁受力状态发生改变[2]。矮塔斜拉桥属于索梁组合结构体系，受力较为复杂，成桥内力和线形受施工方法的影响较大，必须通过施工方法的控制保证成桥应力状态及线形均符合设计要求。

1 工程概况

某大桥全长865m，桥面宽20m，主桥锚索段宽22m，双向四车道设计，桥面两侧均设置宽2.25m的人行道。桥跨按照3+7×30+3×30+（60+100+60）+3×30+8×30+3m布置，其中主桥墩为11#及12#主墩和10#、13#过渡墩，为双塔单索面预应力混凝土斜拉桥。边跨14.85m及中跨10m为无索区，桥梁采用塔梁固结及两个主塔墩梁分离的体系，为使部分斜拉桥受力体系接近梁式体系，简化结构，明确受力，故在墩顶设置支座。布置于中央分隔带上的主塔高度23m，为实心矩形截面设计，塔身上设置有矩形分丝管形式鞍座，方便拉索。斜拉索为扇形单索面，拉索为镀锌钢绞线材料，索体则为数根HDPE外防护套防护的无黏结高强度钢绞线。主梁为单箱三室大悬臂变截面连续梁，主墩墩顶根部等高段设计高度4m，向边跨及中跨方向呈二次抛物线变化形式[3]，其余段梁高均为2.2m。主梁为三向预应力设计，横纵向预应力均为高强低松弛钢绞线，竖向预应力则为高强精轧螺纹钢粗钢筋。

为保证该矮塔斜拉桥主桥合龙后的内力、变形以及成桥后的主梁线形均符合设计要求，且结构恒载内力与设计值更为接近，必须按照先边跨合龙、后中跨合龙的顺序施工，加强主桥合龙段施工过程控制，并采取有效措施监控合龙施工过程中受力、变形等参数变化。

2 施工方案

该双塔单索面矮塔斜拉桥东西两岸引桥均采用预制箱梁结构，通过架桥机架设施工，主桥箱梁则通过挂篮悬臂浇筑施工，该施工方法受力明确，但挂篮移动和纵向预应力张拉必须等混凝土达到设计强度后进行。挂篮施工过程中合龙段必须设置劲性骨架，从而使合龙施工期间合龙段混凝土重量及合龙段混凝土达到设计强度前的结构受力由劲性骨架与挂篮共同承担；此外，还应在合龙段混凝土浇筑施工前增加一定数量的配重，在混凝土浇筑的同时卸去同等重量的载荷，确保合龙段浇筑施工时主梁始终处于较为稳定的挠度状态，从而保证合龙段混凝土浇筑施工质量。

主梁0#块及1#块节段总长度为13m，主要在墩顶及墩旁边临时支架上立模现浇，边跨支架现浇梁段长8.85m，通过满堂脚手架现浇施工；边跨中跨合龙段通过挂篮吊架辅助合龙施工；长度为3.5m的2#～4#梁段以及长度4.0m的4#～12#梁段均通过挂篮悬臂浇筑施工。

3 合龙施工

3.1 配重的施加

配重包括合龙段混凝土重量等量代换而施加的基本配重以及梁体变形及标高调整而施加的附加配重，其中，基本配重按照合龙段混凝土重量的1/2确定，并通过水箱蓄水方式配重，在24#块箱内蓄水充当配重水箱，在箱内每间隔10cm的高度进行一次标高标记，阀门设置在箱底，合龙段混凝土浇筑过程中只需打开阀门放水，通过电子水表控制，使放水重量恰好与混凝土浇筑重量相等。在合龙段混凝土浇筑施工的同时将基本配重拆除，并在合龙段混凝土达到设计强度后拆除不平衡配重，挂篮上部结构及吊架底篮等均应待全桥合龙后拆除。

采用MIDAS软件进行同一工况下合龙段待浇筑梁体混凝土湿重转换成所需配重的模拟计算，其中中跨、边跨合龙段均为2.0m，通过软件计算得出转化配重为43.5t。MIDAS有限元分析所导出的东西边跨合龙段节点以及中跨合龙段节点配重前后位移情况详见表1和表2。表中荷载状态合计表示包括恒荷载、施工荷载、徐变一次、钢束一次、收缩一次荷载组合在内的所有施工荷载效应。

表1 边跨合龙段配重前后位移

表2 中跨合龙段配重前后位移

3.2 边跨合龙段施工

3.2.1 施工程序

在边跨合龙前应将中跨挂篮拆除，并在各边以及中跨悬臂端分别按设计要求进行配重，同时安装劲性骨架；浇筑合龙段混凝土，按照浇筑进度逐次卸除等重量压重物。待混凝土强度达到90%后进行边跨顶和底板预应力钢束张拉以及边跨合龙段预应力钢束管道压浆施工。待边跨合龙段混凝土强度达到设计要求后，将边跨支架及主墩临时约束全部拆除。

3.2.2 支架施工及配重调整

边跨合龙段采用与边跨现浇段相同的钢管支架支模施工方式，待最后节段悬臂梁段浇筑完毕后将挂篮拆除，并将边跨等高度现浇段支架接长后进行合龙段支架搭设。

在合龙施工前测量轴线及梁体顶面标高，并连续测试温度影响程度的偏差，同时观测受温度影响后的边跨合龙段梁体长度变动情况。若根据测试及观测结果发现悬臂端标高不符合设计要求，则应在11#及12#墩边跨、中跨悬臂端分别进行配重设置，并以加载方式调整合龙段两侧主梁的标高，直至将主梁合龙段横向偏差、相对高度误差分别控制在1.5cm和2.5cm范围内。

3.2.3 模板安装

底模采用钢模板并与底篮Ⅰ40a纵梁牢固焊接，顺桥向底模板长度为8.0m。外模为钢模板加工而成的桁架结构，由面板、横竖肋及桁架等部分组成。内模长5.4m，后端与所对应箱梁顶板锚固连接，通过HM588型钢吊架将内模前端吊起，该钢吊架两端均焊接固定于下方垫梁。梁端模板主要采用大片钢模板，下口连接底篮Ⅰ40a工字钢，并通过ϕ22mm圆钢对拉杆进行模板对拉固定。

3.2.4 钢筋制安

钢筋均由车间加工成型，并按照施工进度分批次运输至施工现场，利用吊机起吊并配合人工的方式安装。钢筋绑扎过程中须加强保护层设置，并在钢筋和模板间增设垫块；钢筋应顺直且间距均匀；对于普通钢筋与预应力管道位置冲突的情况，应适当调整普通钢筋位置；钢筋接头通过焊接方式连接，并保证焊接长度和焊缝质量符合相关规范。

3.2.5 安装临时劲性钢接杆

在12#块段及14#块段施工时，将预埋件设置于中腹板和边腹板设计位置，并据此进行合龙段体外支撑锚固。该矮塔斜拉桥边跨合龙段体外支撑主要采用临时劲性钢接杆，上下分别按4道设置，且每根劲性钢接杆均通过2根Ⅰ20槽钢焊接为箱型断面，同时增设联结板。待边跨合龙段两端标高及轴向偏差均控制在允许范围后，按施工方案将劲性钢接杆与12#块段及14#块段腹板处预埋件牢固焊接，对称锁定合龙段两端后才能进行混凝土浇筑。按照合龙段实际长度进行劲性钢接杆下料，为避免劲性钢接杆偏心受压，应确保劲性钢接杆轴线平行于箱梁中线，劲性钢接杆两侧也与箱梁中线等距。

3.2.6 混凝土浇筑

进行合龙段混凝土浇筑前必须全面检查吊篮结构、模板、钢筋及预应力体系。该桥梁边跨合龙段混凝土浇筑施工安排在0:00～7:00的温度最低时段进行，以最大程度减小日照升温所可能引起的悬臂端箱梁变化，并按照浇筑施工进程逐步卸除等重量压重。边跨合龙段混凝土浇筑施工应全断面一次完成，浇筑时间应控制在4h以内。混凝土通过输送泵泵送入模，按照底板、腹板及顶板的次序从跨中开始至两侧水平分层连续浇筑，顶板则从外向内横向浇筑。边跨合龙段混凝土标号与配合比应与梁段相同，并且由于夜间施工期间温度较低，水分蒸发少，水灰比应根据环境温度适当减小；为防止混凝土凝固时出现收缩裂缝，还应在浇筑后进行收浆压平。将草袋覆盖于主梁顶板以上全跨范围内，并定期洒水降温，控制梁体上下温度差以及悬臂段挠度。

3.2.7 预应力张拉及体系转换

在钢束前端安放引导头，短合龙束以人工方式穿束，长合龙束则在人工与卷扬机配合下穿束，待混凝土强度达到90%后从纵向至横向进行张拉。张拉过程中始终遵循先长束、后短束，先顶板束、后底板束的原则。最后进行边跨现浇段及合龙段横向预应力束张拉，结束张拉后对预应力管道压浆，随即结束边跨合龙施工。

完成边跨合龙段预应力张拉及管道压浆后，将合龙段及现浇段支架拆除，并解除临时锚固精轧螺纹钢预应力筋，凿除墩顶临时锚固混凝土块，隔断预应力筋并清除后，达到解除11#墩和12#墩墩梁临时固结的目的，使梁体收缩自由，完成体系转换。

3.3 中跨合龙段施工

3.3.1 施工程序

将跨中挂篮拆除后安装合龙吊架，在中跨悬臂端增设配重的同时安装劲性骨架；中跨合龙段混凝土浇筑施工仍安排在一天中温度最低的夜间进行，并随着浇筑进程卸除等质量压重物。待混凝土强度达到90%后进行中跨顶底板预应力束张拉。

3.3.2 合龙吊篮拼装

在吊篮上进行中跨合龙，吊篮由悬臂浇筑施工挂篮改造而成；待将合龙段两侧混凝土浇筑完毕且纵向预应力束张拉结束后拆除一侧挂篮，将留下的另一侧挂篮继续前移至前排吊杆靠近另一侧悬臂端。借助挂篮前吊挂系统将纵向分配梁设置于下横梁上并延伸铺设底模。向前移动外滑梁，将其前端吊挂于另一侧梁段，通过外侧模和支架的滑动使外滑梁不断靠近梁段。

通过配重的方式进行合龙段两侧标高调整。中跨合龙段施工钢筋制安、劲性钢接杆安装及混凝土浇筑施工工艺与边跨合龙段基本相同。

3.3.3 预应力张拉

待混凝土结构强度达到90%后，从纵向至横向张拉施工，张拉过程按照先长束、后短束，先顶板束、后底板束的原则进行，对于同一断面必须先张拉边束、后张拉中束，对称施工。最后进行12#块和合龙段横向预应力束的张拉。完成后对预应力管道压浆施工，并最终结束中跨合龙。

该双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥边跨及中跨合龙施工前后斜拉索索力、主梁线形及应力监测结果显示，该桥梁在边跨及中跨合龙过程中，桥梁体系均处于安全稳定状态；且合龙结束后，合龙段主梁下缘与支座附近均无裂缝出现，线型控制及体系转换均满足设计要求。该桥梁边跨及中跨合龙前后应力监测结果见表3。

表3 边跨及中跨合龙前后混凝土应力监测结果

4 结语

综上所述，矮塔斜拉桥是介于斜拉桥与连续刚构桥之间的桥型，其在顺应桥型发展轻型化、组合化趋势的同时，主梁结构更加多元化、轻薄化，索塔锚固构造也更加多样化。该桥梁边跨及中跨合龙段施工结束后的仿真计算结果和施工监测结果显示，合龙施工前后矮塔斜拉桥面线形及塔顶偏位均与桥梁运行实际较为吻合，桥梁边跨及中跨合龙施工质量完全处于可控范围内。