結(jié)合梁斜拉橋塔梁同步施工有關(guān)問題探討

蔣小奎

（甘肅長達(dá)路業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730070）

0 前言

斜拉橋由于合理地利用梁、塔和高強(qiáng)度斜拉索各自的材料和力學(xué)特點(diǎn)，在跨越大的障礙或河流時常作為優(yōu)先橋型之一[1]-[3]。在斜拉橋的施工中，為確保主塔施工的安全，避免塔梁空間交叉施工帶來的施工難度和安全風(fēng)險，通常采用“先塔后梁”[4]-[8]的施工方案，即：在主梁施工開始之前將主塔施工完畢，塔梁施工相互分離?！跋人罅骸笔切崩瓨蚴┕ひ?guī)范中推薦使用的施工方案。但隨著斜拉橋設(shè)計理論的不斷完善及施工水平的不斷提高，橋梁建造者總尋求新的突破，在絕對保證橋梁安全的前提下，根據(jù)不同橋梁建設(shè)工期或其它實(shí)際需要優(yōu)選施工方案。特別是近年來，時間和勞動力成本的提高，在工期較近或高塔的情況下，工程師開始嘗試塔梁施工相互交叉的施工方法，即“塔梁同步”施工[9]-[14]?！八和健笔┕て鋬?yōu)點(diǎn)是可以縮短工期，節(jié)約時間成本，改善高橋塔在施工期間的抗風(fēng)穩(wěn)定性，且總體上方案一般是經(jīng)濟(jì)合理的。但是“塔梁同步”施工也存在著許多難點(diǎn)或缺點(diǎn)，主要是塔、梁施工在空間和時間上均有交叉，增加了安全風(fēng)險，需要增加許多臨時安全控制措施，同時也增加了主塔位移控制的難度。為弄清楚“塔梁同步”施工可能帶來的問題和提出必要的控制措施，本文以河口大橋的“塔梁同步”施工過程為對象，探討斜拉橋“塔梁同步”施工方案對結(jié)構(gòu)整體受力的影響以及有效的控制措施。

1 工程概況

河口大橋是蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道的重點(diǎn)橋梁工程，為跨越黃河河口水庫而設(shè)。該橋主橋?yàn)殡p塔雙索面結(jié)合梁斜拉橋，主跨跨徑360 m，邊跨177 m；兩邊跨各設(shè)一個輔助墩，主橋橋跨布置為77 m+100 m+360 m+100 m+77 m，主橋共長714 m，見圖1。

圖1 斜拉橋簡圖（單位：mm）

主橋橋塔：采用鋼筋混凝土A型塔，塔身采用外側(cè)圓弧凸起的箱型截面，截面橫向?qū)挾?50 cm、縱向?qū)挾?00 cm。在塔頂設(shè)空透隔板連接，塔柱底設(shè)底座。每個橋塔設(shè)20根φ2.5 m的灌注樁，塔樁長35 m,均按端承樁設(shè)計。

主梁采用工字鋼-混凝土結(jié)合梁，結(jié)合梁梁高 2.83 m(鋼主梁中心處)、3.06 m(橋梁中心處)。結(jié)合梁的鋼梁主要由工字形縱梁與橫梁構(gòu)成，橫梁之間設(shè)置3道小縱梁，以增加橋面板橫向分塊，降低橋面板吊重和穩(wěn)定橫梁，小縱梁上設(shè)有橡膠隔離層，不參與橋面板整體受力，鋼主梁上采用錨拉板的斜拉索錨固構(gòu)造形式。主梁梁段間采用M30高強(qiáng)螺栓工地連接。塔根處縱梁長度為16 m，其余段梁標(biāo)準(zhǔn)長度為12m，縱梁接頭設(shè)在兩橫梁中間部位。

結(jié)合梁的混凝土橋面板采用分塊預(yù)制吊裝、板間設(shè)縱、橫向現(xiàn)澆縫的方式連成整體，預(yù)制板存放時間要求6個月以上，現(xiàn)澆縫采用微膨脹混凝土。橋面板采用預(yù)制鋼筋混凝土板，板厚25 cm，預(yù)制板順橋向設(shè)置齒形剪力鍵。在邊跨一定范圍內(nèi)橋面板中布置有縱向預(yù)應(yīng)力，采用9φ15.2鋼絞線。橋面板通過布置在鋼縱梁及鋼橫梁上的剪力釘與鋼梁結(jié)合。剪力釘采用φ22圓頭焊釘，ML15AL鋼，長200 mm

主橋斜拉索采用直徑7 mm鍍鋅低松弛平行鋼絲束，最大索長189.201 m，邊索與水平面最小夾角為22.971°。斜拉索全橋共56對，共采用5種規(guī)格形式，按雙索面扇形布置，標(biāo)準(zhǔn)階段索距在主梁上為12 m。

2 對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響

塔梁同步施工方案作為一種異于傳統(tǒng)先主塔、后主梁的塔梁分離施工方法，它是在主塔施工沒有完成以前，就開始主梁節(jié)段的懸臂施工，在此過程中同時進(jìn)行斜拉索的掛索及張拉。河口大橋如采用“主塔封頂后架設(shè)主梁”的傳統(tǒng)方案，將無法按照要求工期實(shí)現(xiàn)主橋合龍施工，故采用“塔梁同步”方案（見圖2）。而采用該施工方案首先要清楚該方案可能對結(jié)構(gòu)受力性能才生的影響。因此，對河口大橋“先塔后梁”和“塔梁同步”的施工過程進(jìn)行了有限元仿真對比分析，獲得了兩種不同施工方案成橋后以下計算對比結(jié)果：（1）索塔位移對比圖（包括水平位移和豎向位移）（見圖3）；（2）索塔最大應(yīng)力對比圖（見圖4）；（3）梁位移對比圖（見圖5）；（4）梁應(yīng)力對比對比圖（見圖6）；（5）斜拉鎖應(yīng)力對比表（見圖7）。

圖2 河口大橋塔梁同步施工

圖3 索塔成橋位移對比圖

圖4 索塔成橋最大應(yīng)力對比圖

圖5 梁成橋豎向位移對比圖

分析上述計算結(jié)果表明：兩種施工方案索塔水平位移、梁豎向位移，鋼主梁、橋面板的內(nèi)力、應(yīng)力和索塔的內(nèi)力、應(yīng)力及斜拉索的索力值都基本是一致的；兩種施工方案結(jié)構(gòu)各組成部分的內(nèi)力或應(yīng)力的差異值小于1%。僅索塔塔頂?shù)呢Q向位移出現(xiàn)了較大的位移偏差，偏位相差最大為9 mm，這是因?yàn)樗和绞┕ぶ校敼?jié)段的安裝時間和工況狀態(tài)與“先塔后梁”方案不同所導(dǎo)致的。因此，從結(jié)構(gòu)受力的角度，河口大橋塔梁同步施工方案是可行的，而塔頂偏位的差異可以通過施工控制予以調(diào)整。

圖6 梁成橋應(yīng)力對比圖

圖7 成橋索力對比圖

3 施工控制措施

塔梁同步施工主要特點(diǎn)：（1）縮短工期，節(jié)約時間成本，改善高橋塔在施工期間的抗風(fēng)穩(wěn)定性；（2）塔、梁施工在空間和時間上均有交叉，增加了安全風(fēng)險，需要增加許多臨時安全控制措施；（3）塔、梁、索在施工過程中相互影響，增加了主塔位移控制的難度；（4）主梁施工中，尤其是斜拉索張拉施工，不可避免的對主塔造成擾動，對主塔新澆筑混凝土形成質(zhì)量隱患。

本文分析表明：塔梁同步施工對結(jié)構(gòu)整體受力的影響很小，對橋塔偏位的影響較大；總體上，塔梁同步施工對塔柱的影響遠(yuǎn)大于對主梁的影響，在塔梁同步施工時必須根據(jù)實(shí)際情況確保塔柱垂直度、塔支頂端偏位和最不利截面壓應(yīng)力能得到有效控制，對主塔施工的控制是塔梁同步施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

具體控制措施：

（1）塔梁同步施工時主塔整體剛度和橫向聯(lián)系都很弱，上塔柱底面截面壓應(yīng)力儲備也較少。措施是在塔柱施工完成14節(jié) (中橫梁以上，塔7#索錨固點(diǎn)位置)并保證28 d強(qiáng)度后才進(jìn)行首根斜拉索張拉施工，確保兩個塔支之間的橫向聯(lián)系和整體剛度，以限制塔支頂端產(chǎn)生過大位移，確保塔柱截面應(yīng)力安全。

（2）索力控制要兼顧主梁線形和主塔偏位同時達(dá)到控制目標(biāo)。采取的措施是增加塔頂位移觀測頻率，在放樣時進(jìn)行主塔偏位修正。確保主塔的垂直度符合施工精度要求。

（3）塔梁同步施工中，交叉作業(yè)多，安全風(fēng)險大，施工中根據(jù)現(xiàn)場情況分別采取以下措施進(jìn)行安全控制：a.塔梁同步施工時，爬架上設(shè)置密目網(wǎng)、塔柱水平撐上設(shè)置安全防護(hù)棚 、塔柱下放設(shè)置過人通道等多種措施防止高空墜物；b.塔柱20 m范圍內(nèi)采用石棉布對斜拉索進(jìn)行包裹保護(hù)，防止塔柱施工中電焊火花等燒壞斜拉索。

4 結(jié)論

針對河口大橋“塔梁同步”施工方案，進(jìn)行了“塔梁同步”與“先塔后梁”兩種施工方案的對比分析，提出了有效的控制措施，通過該橋?qū)嵗砻鳎?/p>

（1）“塔梁同步”施工方案對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力的影響很小，對橋塔位移的影響較大；從結(jié)構(gòu)受力的角度，河口大橋塔梁同步施工方案是可行的。

（2）“塔梁同步”施工方案對主塔的影響遠(yuǎn)大于主梁。但是，只要提出有效的控制措施，可以保證“塔梁同步”方案的順利進(jìn)行。

（3）“塔梁同步”施工方案能縮短工期，取得經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，但增加了施工平臺和控制難度。

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