吉水贛江二橋斜拉橋塔梁同步施工技術

姜勝義

摘 要：受安全、索塔偏位、索力和高程控制等因素影響，常規斜拉橋特別是混凝土梁斜拉橋一般采用先塔后梁施工方案，塔梁同步施工對縮短工期、節約成本具有明顯優點，但也存在諸多難點。文章以吉水贛江二橋為背景，介紹了特定條件下斜拉橋塔梁同步施工方法，針對塔梁同步施工中索塔垂直度、索力和高程控制、安全風險等影響因素提出了具體控制措施，對類似塔梁同步施工具有拓展和借鑒意義。

關鍵詞：塔梁同步；塔柱垂直度；高程；索力；不平衡；控制

1 工程概況

吉水贛江二橋位于江西吉水縣城，跨贛江航道主橋采用（110+110）m獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋。索塔高度90m，采用雙魚造型混合塔柱，17對斜拉索錨固區采用鋼塔，錨索區以下采用混凝土塔，兩者之間設置鋼混結合塔柱。主梁高3m、標準寬度36m，采用“π”型斷面，全橋共17個標準節段、1個塔梁固結段、2個邊跨現澆段和合攏段。其中標準節段長5.5m、重450噸，采用前支點掛籃懸臂澆筑施工，塔梁固結段及邊跨直線段采用支架現澆施工，合攏段采用吊架施工。

全橋總工期26個月，因工期緊張，同時受特定施工條件限制，采用塔梁同步施工方案，通過分析影響塔梁同步施工的因素并制定相應的控制措施，優質高效完成了斜拉橋施工。

2 總體施工方案背景

吉水贛江二橋主橋斜拉橋原設計采用先塔后梁施工方案，即塔柱全部施工完成后采用前點掛籃進行標準節段懸臂澆筑施工，斜拉索在塔端錨固、梁端張拉，根據前支點掛籃施工工序，施工過程中斜拉索需張拉3次，分別在掛籃走行到位、混凝土澆筑一半、主梁預應力張拉壓漿后各張拉1次。受施工荷載限制，前支點掛籃采用輕型長平臺結構，如圖2所示。

施工過程斜拉索前兩次張拉可利用掛籃前端牽索系統在掛籃上進行，第三次張拉時由于張拉噸位的增加掛籃結構受荷不夠，常規在掛籃前移后滯后張拉，根據掛籃結構和張拉位置，第三次張拉需滯后兩對斜拉索，經檢算斜拉索第三次索力滯后兩對張拉時主梁線形和應力均不能滿足要求，特別是線形影響大，滯后張拉方案不能滿足要求，因此建議將斜拉索調整至塔端張拉。而鋼塔為箱室結構，每節鋼塔由兩個獨立的箱室組成，塔柱全部施工完成后內部空間狹小，不便于張拉設備的輸送和安裝。針對實際情況，經各方商議研究，采用塔梁同步施工方案：主梁滯后鋼塔兩個節段施工（每節段對應1對斜拉索），既滿足了主梁施工線形和應力要求，又解決了斜拉索第三次張拉問題。

3 塔梁同步施工難點及對策分析

對斜拉橋施工過程實施有效的控制，是確保成橋后結構內力和變形狀態符合設計要求的關鍵。塔梁同步與先塔后梁施工方法的區別為塔柱承受荷載的階段不同，塔梁同步施工是在塔柱未形成整體之前便承受結構恒載和施工荷載，因荷載的提前施加，塔柱垂直度、橫向剛度、鋼塔變形、索導管定位、索力控制等均與先塔后梁施工方案下的狀態不一致，需根據實際施工工況制定相應的對策予以控制。

通過對塔梁同步施工工況的分析，主要有結構即塔柱自身難點和施工控制難點。塔柱自身難點需根據結構計算確定變形偏位和應力是否滿足要求；施工控制可歸納為荷載控制、監測控制、工序銜接控制，具體思路為通過結構計算確定各類荷載控制參數和要求、各道工序的控制方法和各項監測內容及方式的要求。

4 塔梁同步施工控制

4.1 結構驗算

結構驗算主要根據塔梁同步施工工況對施工過程中開口狀態下塔柱的剛度、變形和應力計算。根據分析，可能受影響部位主要為鋼混段及以上鋼塔節段，具體驗算工作由設計院進行，并由監控單位予以復核。驗算思路為模擬各施工工況，據實施加結構荷載、施工荷載、風荷載及溫度作用力等。通過有限元模型分析結果表明：在最大風荷載及施工工況作用下，鋼混段鋼結構Miss應力在0～24Mpa之間，混凝土主壓應力大部分在0～-2.0Mpa范圍內，局部最大應力為3.5Mpa；上部鋼塔Miss應力大部分在0～24Mpa范圍內，應力水平較低，未出現不利的應力集中；開口狀態下塔柱的變形可控，鋼塔塔壁最先失穩，最低階的穩定系數為60.7，塔柱穩定性較好。

根據結構驗算表明：所制定的塔柱超前兩節段（兩對斜拉索）的塔梁同步施工方案總體可行，對結構不會產生不利影響。

4.2 荷載控制

塔梁施工過程，除結構荷載和風荷載外，所涉及的主要施工荷載有掛籃和模板系統荷載、各類安全平臺和防護欄桿荷載、施工機具荷載、橋面吊機、混凝土輸送通道、施工人員荷載等。

各類荷載控制是塔梁同步施工控制的重點，是保證塔柱垂直度和偏位、主梁線形和應力、斜拉索結構安全的關鍵。而在既定施工方案條件下，除了保證實際荷載與計算參數一致外，荷載控制的重點是控制不平衡荷載的大小。

施工前通過計算確定了各類荷載偏差值和不平衡荷載的允許值，在制定的施工方案條件下，要求不平衡施工荷載單向單側不超過10噸，特別是隨著懸臂跨度的增加，更需控制不平衡荷載的產生，橋面不得隨意增加施工荷載；其次需嚴格控制掛籃重量；施工過程應保證混凝土配合比的穩定性，分析計算時應以混凝土實際容重作為計算參數。

恒載即混凝土澆筑控制：按照對稱、均衡澆筑的原則進行，控制兩側懸臂端不平衡荷載不超過10噸，同時做到單側對稱澆筑。實際施工過程采取方量控制的方法，即兩側同步采用同規格混凝土運輸車供料，澆筑過程專人監控兩側布料情況，確保兩側澆筑方量基本一致。

施工荷載控制：施工過程產生不平衡荷載的主要施工荷載為材料、機具荷載。施工前做好各類材料、機具的分布位置和數量規劃，施工過程隨著懸臂增大對稱移動，不得隨意增加材料的堆放。對移動性較為隨意的橋面汽車吊機，由專人負責吊機的對稱布置，混凝土澆筑時，吊機均停放至0#塊主塔處。

掛籃荷載控制：為保證施工過程各項監測計算的準確性，施工前應對掛籃和模板系統進行稱重以便得到掛籃的準確重量，另外明確掛籃上所需固定機具的安放方法和位置，不得在掛籃上隨意堆放材料機具，以便為各項計算提供準確、穩定的參數。

掛籃前移工況控制：單側掛籃系統重量達210噸，掛籃前移時極易產生不平衡荷載，應制定嚴格的掛籃前移細則，掛籃滑移軌道上應標識刻度，前移時兩側充分溝通，保證兩側掛籃前移偏差值不超過計算允許值，實際施工時在滑移軌道上間隔1cm標識刻度，通過梁體縱坡和掛籃重心計算兩側前移偏差值為5cm。

其他荷載及風荷載控制：嚴格按照制定的方案進行施工平臺和防護欄桿等輔助措施的布置，施工過程密切關注氣象變化，風力達到6級時不得進行掛籃前移和混凝土澆筑作業。

4.3 施工監測

施工監測內容包括塔柱偏位、主梁線形和高程、索力、應力等項目。

塔柱偏位、主梁線形及高程監測：監測方法主要以測量為手段，通過分析測量數據制定糾偏方法。施工前制定詳盡可行的測量方案和測量規則，經審定后在施工過程嚴格執行。首先保證測量網的準確和穩定并定期復測，實施過程盡可能在同等條件下進行同一項目的測量，為減小外界環境的干擾，本項目要求掛籃精確定位、立模標高、塔柱定位和偏位檢測等測量工作均在每天溫度較低且較為穩定的凌晨5點左右進行，避免溫差影響測量數據的穩定性；其次規范測量點位的布設方法和要求，確保測點穩固，布設部位同類可比。測量頻率滿足各項指標分析要求。

索力監測：索力監測也是保證施工過程主梁線形和塔柱偏位及安全的重要因素。索力在每次張拉后均需測量，測量時必須確保無施工及外界干擾因素，保證測量值的準確性。索力監測的目的是保證索力對稱、均衡分布，同時做到各索力偏差值不超過監控計算值的5%。

應力監測：應力監測指在施工過程對塔柱、主梁的不利截面進行監測，以便掌控實際應力狀況。本項目通過在塔柱和主梁不利節段中設置應力傳感器的方式進行監控。

監測計算：各項監測的目的是為了對本道工序進行復核驗算并給下道工序提供施工依據和糾偏方法。通過建立有限元模型采用自適應理論控制方法，以各項實際參數進行分析計算，為下道工序提供準確的數據。

4.4 塔柱壓縮量控制

塔柱上部錨索區為鋼塔，因塔梁同步施工與先塔后梁施工時塔柱承載的時間不一致，需根據實際狀態對塔柱壓縮量進行調整，以便為索導管的安裝提供準確坐標值。具體采用倒裝法計算出每節段鋼塔安裝時鋼塔的壓縮值，在鋼塔制造時根據數值進行匹配預留，在安裝時通過微調鋼塔節段間的環向焊縫厚度進行定位。

4.5 工序銜接控制

工序銜接控制是為了保證梁塔實際受力狀況與分析計算狀態一致。本工程實施塔梁同步施工的主要前提是鋼塔節段安裝進度超前兩對斜拉索安裝進度，因此，在保證正常的工序銜接時，必須保證最低鋼塔安裝進度，且必須保證超前安裝的兩個鋼塔節段所有焊縫焊接完成并檢測合格。

4.6 重點安全控制

安全控制主要分為結構安全和施工人員安全，前述各方面主要指結構受力安全，由于塔梁同步施工重疊交叉作業面多，且上塔柱鋼塔安裝過程施焊、定位作業時極易對橋面施工人員形成安全威脅，同時，大量的焊花和焊渣也容易損傷斜拉索保護層。因此，在施工過程中制定可靠的安全措施：施工過程對鋼塔設置大型、全封閉、升降式操作平臺，鋼塔施工過程所需的各類工具、材料均裝箱放置，避免工具或材料墜落至橋面，同時也避免了焊花或焊渣飄出塔外損傷斜拉索、燒傷橋面作業人員；其次在橋面設置安全區域，塔柱周邊設置封閉圍擋，禁止人員靠近，避免突發安全事故產生。

5 塔梁同步施工效果

根據施工過程監控結果，斜拉索張拉及調索情況良好，成橋后斜拉索索力對稱、均衡，索力分布規律與理論吻合，實測索力與理論索力最大相對差在±5%以內；通過施工階段對主梁線形的監測分析和調整，成橋線形達到了設計預期目標，主梁立模高程誤差控制在10mm以內，成橋橋面高程與理論基本一致；主塔鋼塔節段安裝坐標施工誤差基本在±5mm以內，施工全過程主塔塔身偏位值在±3mm以內，控制優良；通過對各施工階段主梁及塔身內力的檢測和分析結果，施工階段主梁及塔身各控制截面實測應力與理論預測結果一致，保證了大橋施工階段結構內力安全。

根據成橋動靜載試驗結果，靜載條件下，其校驗系數均小于1，表明測試截面具有一定的安全儲備，橋梁實際狀況要好于理論狀況；其相對殘余變位、相對殘余應變均小于20%，表明橋梁處于彈性工作狀態；在試驗荷載條件下，主塔水平位移偏差為-8.49mm，滿足規范要求。動荷載作用下，實測橋梁一階豎向自振頻率大于理論頻率，表明橋梁實際剛度大于理論剛度。

6 結論

本工程針對實際施工條件提出了塔梁同步施工的設想，通過對塔梁同步施工方案的可行性、施工過程控制難點的分析，對實際施工工序進行了結構驗算，制定了詳細可控的控制措施，成功實現塔梁同步施工，保證了施工過程塔梁的結構安全和成橋后的線形及應力，縮短了施工工期，取得了良好的社會經濟效應，對類似工程的施工具有參考作用。

參考文獻

[1]洪穎，凡漢云.淺談吉水贛江特大橋施工監控技術要點[J].江西公路科技，2015，（3）：36-38.

（作者單位：中鐵大橋局集團第五工程有限公司）