斜拉索桥塔梁同步施工技术研究

周喜祥

摘要 文章以某大型斜拉索桥所采取的塔梁同步施工技术为例，结合工程实践应用，梳理了所应用的塔梁同步施工技术要点，主要包括主塔、主梁同步施工技术要点，以及同步施工带来的索力、主梁以及索塔的应力应变影响，可为同类斜拉索桥塔梁同步施工提供技术参考。

关键词 斜拉索桥；塔梁同步；施工技术；应力应变；影响研究

中图分类号 U448.27文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）14-0132-03

0 引言

塔梁同步施工虽然具有一系列新优势，但在塔梁同步配合施工和塔梁应力应变把握控制上存在研究需求和技术应用挑战。该文以某大型斜拉索桥采取塔梁同步施工作为案例，结合工程应用，梳理介绍所应用的塔梁同步施工技术要点，并通过工程有限元分析成果，探讨同步施工带来的塔梁应力应变影响，旨在为同类斜拉索桥塔梁同步施工应用提供技术参考。

1 案例情况

案例是一座特大型双塔斜拉索桥梁，全桥总长度为1 380 m，跨度组合为“50×3+50×4+（155+360+155）+（40+50×3）+50×3”。速度设计80 km/h，公路-Ⅰ级荷载标准，峰值地震加速度0.05 g，设防按0.10 g控制。钻石结构主塔，高192.08 m，由基座、塔墩、上下塔柱、塔冠、上下横梁等构成，基座、塔身、承台、横梁的表面增设一层带肋焊固钢筋网。主梁采取“Π”型边主梁型式，主梁高2.50 m，顶面全宽27.0 m，顶板厚度0.32 m，双向设置2%的横坡。8#塔墩处主塔与主梁通过下横梁临时固结，索塔采取塔梁同步方法施工。9#塔墩处主塔与主梁通过下横梁永久固结，索塔采取先塔后梁方法施工。

2 塔梁同步施工技术要点

2.1 主梁同步施工技术要点

（1）主梁的0#、1#、1'#、24#、24'#梁段采取了墩旁举架现浇方法施工，安装完托架后，需要预压以满足荷载要求。在施工24#、24#梁段时，举架另侧须施加平衡重，以确保7#、10#墩安全。

（2）第2#～22#梁段采取前支挂篮悬浇方法施工，其中前支挂篮的载承能力要求达到540 t。中支撑点与已浇梁段的前端距离0.50 m，满足垂直向下的作用力280 t，支撑点与后锚点的距离参考梁段长度调节，满足垂直向上的作用力80 t。作业时，应尽量选取符合上述要求的前支撑点挂篮。悬浇作业前，有必要给予预压，预压载荷不得低于1.2倍的挂篮载承能力。

（3）在主梁双悬臂浇筑施工中，混凝土浇筑、挂篮、钢束张拉和移动机具等，都必须按梁上施工图和监控指令进行。为了确保施工安全，应尽可能地减少在梁上堆放材料或机具，必须堆放的应对称堆放。在特殊情况下，两侧不平衡重只允许10 t差异。

（4）主梁23#和23'#梁段属合龙段，采取吊架施工，吊架重量按30 t配备。边跨23#梁段先合龙，主跨（23#梁段）再合龙。浇筑合龙段混凝土时，采取预压重法，即先在合龙段的两端加水箱，按该段一半的混凝土重量注水压重。边浇筑混凝土边放水。灌完压重水后再焊接刚性拢段连接。设计合龙温度为10～15 ℃，为尽可能减少温度影响，要求焊接刚性拢段连接、临时固结解除操作中的应尽可能地选择低温时段进行，确保混凝土不会因大幅度或过快降温而开裂。合龙段混凝土浇筑要快，一定要确保合龙刚性连接稳定可靠，并且与梁端预埋件焊接牢固。合龙段混凝土满足设计强度和龄期后，应尽快进行合龙钢束的张拉操作。

（5）主梁应与横梁同时浇筑，由悬臂端向已经浇筑好了的块件浇筑，断面规格要严格控制。张拉横梁的预应力钢束的操作顺序应按设计要求进行。

2.2 主塔同步施工技术要点

（1）在主塔作业中，允许误差要求如下：柱体断面允许误差±20 mm，轴线允许误差±10 mm，倾斜度≤塔高/3 000，塔顶高程允许误差±10 mm，锚点高程允许误差±10 mm，锚具轴线允许误差±5 mm。

（2）采用冷压钢筋连接器或强直螺纹连接器进行塔柱垂向主筋接长。同截面的主筋接头数量不应该超出25%全部主筋数量。主筋和捆筋交叉处，均采取点焊予以固定。

（3）可以分次浇筑上塔柱、上横梁、下横梁的混凝土，一定要达到设计强度级别的85%强度，龄期≥4 d后，方能施加预应力。张拉顺序和张拉吨位遵照设计标准。所有钢绞线均须同时两端张拉。张拉应力要求按照钢束引伸量与张拉吨位设施双重控制，但以张拉吨位为主[1]。

（4）施工顺序及措施。在操作过程中，应使横梁及塔柱符合设计应力状态，工程队应提前制定操作方案。案例塔柱的斜度较大，因此在上塔柱配置3道临时撑杆，在下塔柱配置1道临时拉杆，并进行预顶。具体要求：

1）臨时杆配置：塔柱模板超过临时杆标高时配置，同时对上塔柱临时杆加施水平预顶力，预顶力大小执行设计要求。

2）临时杆结构：钢管，壁厚12.00 mm，径值≥800 mm，应支撑于塔柱实心部分。撑杆传力可靠，紧密连接，拉杆配置12Φ15.24 mm的预应力钢绞线2根，并预先给予拉张。

3）临时杆拆卸：完成下横梁的预应力张拉后，及时拆卸下塔柱所配临时拉杆，之前则不应拆卸。当完成塔冠施工后，可以拆卸上塔柱所配临时撑杆。工程队应根据上述要求，制定临时杆配置图，并向设计单位报告。

4）上、下横采用支架现浇施工，待完成横梁预应力张拉后，方可拆架。工程队应将支架结构、塔上反力点相关配备设计以书面形式通知设计单位，以便给予必要的验算。如果需要在塔上布设其他设施，也应该提前向设计单位提交书面通知。

（5）塔座、下塔柱、承台、塔墩的底部实心段，塔柱与横梁连接实体段，均属于大体积混凝土筑体，为加强水化热控制，工程队在施工前应根据水泥、集料等材料的热性，合理确定配合比和给予必要的温控设计。施工过程中应采取配置冷却管、降低入模温度、缩短龄期差、加强养生等措施，降低混凝土水化热，以防水化反应导致混凝土开裂。

（6）9#塔墩采取墩、塔、梁固结，在下横梁混凝土浇筑时，应同时浇筑0#节段内塔中线两侧3.25 m范围的横梁和主梁的混凝土，强度达到要求后，方可进行塔下横梁钢束的预应力张拉。

3 同步施工的塔梁应力应变影响

案例特大桥8#塔采取塔梁同步施工方式，9#塔则采用先主塔后主梁的施工方式。这里以有限元模拟分析结果，揭示同步施工对塔梁应力应变影响情况。

3.1 索力影响

在斜拉桥的施工过程中，索力一直是重要的质量和安全控制技术项。斜索与成桥应力形变关系密切。有限元模擬分析获得的两种施工方法的索力影响结果见表1所示。表中的同步索力为8#塔同步施工中7对斜拉索的索力值，非同步索力为9#塔7对斜拉索的力值[2]。

表1数据显示，两种施工方式的索力状态存在差异，但差异百分率却都在±1%范围内波动，相对误差最大值为0.86%，这显示两种施工方式的索力影响均比较小，均可以满足索力张拉施工控制的最大允许误差为2%的设计要求。值得注意的是，初始索力呈现同步施工比非同步施工要低，但成桥索力则普遍相对要大，这表明同步施工带来的索力变化相对要大。为了工程安全，同步施工过程中应通过7根斜拉索的张拉调整，以确保两侧索力平衡。

3.2 主梁应力影响

有限元模拟分析获得的两种施工方法的主梁应力影响见表2所示，8#和9#塔相对应的断面均以同一编码表示，压应力为正，拉应力为负，单位为MPa。

表2数据显示，表中无负值，意味主梁上下缘均只承受了压应力，两种施工方式的主梁上缘的应力最大差值仅0.05 MPa，显示主梁上缘的应力影响比较小。但在主梁下缘，同步作业方式下的应力值相对大一些，意味存在一定影响，但是考虑均为压应力，并且其应力值比较小，可以满足保证同步施工安全。显然塔梁同步施工方法的主梁应力影响并不大。

3.3 索塔应力应变影响

同步与非同步施工方式带来的主梁应力应变终究要反映到索塔的应力应变上。为了确保分析准确性，这里将8#塔改为非同步施工，然后对不同施工方案的应力应变影响进行比较分析[3]。

（1）应力状态比较。主塔内外侧的应力曲线显示，同步施工的压力值普遍低于非同步施工的压力值，并且塔外侧的应力差值比内侧的要低。在采取同步施工方案时，塔恒载所下传的轴向力相对小，所以导致此差异。因此，同步施工控制过程中，要特别注意防止张拉斜拉索后，主塔由于压力安全积累不足而发生拉应力影响，这对保证施工过程中结构的安全至关重要。

（2）应变状态比较。对不同工况下8#塔的偏位结果进行了对比，具体结果见表3所示。其中向左水平移位为正，向右水平移位为负，向上竖向移位为正，向下竖向移位为负。

表3模拟结果显示，同步施工方法对索塔的形变影响非常小，其中最大水平移位差值不到1 cm，仅在0.13 cm。竖直移位差值稍大一点，但最大差值不超过2 cm，仅在1.78 cm。上述分析结果显示，塔梁同步施工方式对索塔形变影响均在允许误差范围内，无需额外采取形变控制措施。

4 结语

综上所述，该文介绍了所应用的主塔同步施工技术要点和主梁同步施工技术要点，并通过有限元仿真模拟分析，探讨了同步施工带来的索力、索塔的应力应变影响。分析结果显示，塔梁同步施工方法对主梁应力应变影响并不大；虽然对主梁形变影响较小，但为了确保最终合龙前两侧的线型一致，还是需要加强对施工中塔梁线型和标高的检测和控制，避免最终合龙时积累出现较大的误差；塔梁同步施工方式对索塔形变影响均在允许误差范围内，无需额外采取形变控制措施。

参考文献

[1]汪劲丰. 预应力混凝土斜拉桥施工控制的关键技术研究[D]. 杭州：浙江大学， 2003.

[2]王双胜. 预应力混凝土斜拉桥施工控制仿真分析[D]. 成都：西南交通大学， 2007.

[3]孙全胜， 孙永存. 斜拉桥塔梁同步施工与控制技术的研究[J]. 公路， 2007（4）： 88-91.