某大跨度疊合梁斜拉橋施工工序優化研究

張 健

(華南理工大學土木交通學院，廣東 廣州 510641)

疊合梁結構把混凝土橋面板和鋼梁結合起來，充分利用了混凝土板受壓能力和鋼梁的受拉能力。與鋼箱梁相比，疊合梁造價低，起吊運輸更方便，直接采用混凝土橋面板也避免了鋼結構橋面鋪裝難題。與混凝土主梁相比，疊合梁更為輕便，跨越能力也顯著提高，又因為主體結構多為預制構件，所以施工更加快捷。同時，疊合梁斜拉也存在一些技術難題，其中最大的問題是混凝土橋面板中可能出現的多類型裂縫，這些裂縫嚴重影響了結構的安全性及耐久性，而產生這些裂縫的重要原因之一便是疊合梁的施工工序。所以，在確保結構安全、保證施工及成橋合理狀態、保證工期合理的前提下，如何確定主梁的最優施工工序是確保疊合梁斜拉橋質量的關鍵。本章將以一座大跨度疊合梁斜拉橋為研究背景，對幾種不同的大跨度疊合梁斜拉橋施工方案進行對比分析，從而得出最有利于結構安全以及工期較短的施工方案。

1 工程背景

本文所選取的依托工程是一座半漂浮體系的雙塔疊合梁斜拉橋，全長970 m，主跨500 m，主梁劃分為20個施工階段，采用預制鋼梁和預制橋面板，現澆混凝土濕接縫。兩側邊跨設有輔助墩，采用活動支座并設置橫向阻尼器。全橋整體有1.8%的坡度，高程不對稱，部分階段有豎曲線設計。

2 橋面板濕接縫澆筑時間合理性分析

在疊合梁體系中，橋面板與鋼梁通過現澆的混凝土濕接縫連接，從而形成一個完整的體系共同受力，而濕接縫澆筑順序的不同也會對結構產生影響。根據濕接縫澆筑時間的不同即橋面板參與結構受力的時間不同，可分為以下三個方案，具體施工工序如下所示：

1)方案一：吊裝n號段鋼梁→一次張拉n號索→安裝n號橋面板→澆筑n號梁段濕接縫并進行養護→二次張拉n號索→吊機前移→吊裝n+1號段鋼梁。

2)方案二：吊裝n號梁段鋼梁→一張n號索→安裝n號段橋面板→澆筑n-1號梁段濕接縫并養護→二張n號索→吊機前移→吊裝n+1號梁段鋼梁。

3)方案三：吊裝n號梁段鋼梁→一張n號索→安裝n號橋面板→二張n號索→吊機前移→澆筑n號段濕接縫→吊裝n+1梁段，此過程中n號梁段濕接縫強度已達到規范要求→一張n+1號斜拉索。

按上述施工工序循環施工至中跨合龍，在合龍后，方案一只需要澆筑合龍段的濕接縫，而方案二則需要同時澆筑合龍段以及前一階段的濕接縫，方案三需要在安裝合龍段鋼梁時澆筑前一階段濕接縫，合龍完成后再澆筑合龍段的濕接縫。

采用Midas civil 對三種施工方案進行對比分析，計算結果如表1所示。

表1 合龍前各方案最大應力對比 MPa

由表1可知，三種方案在施工過程中鋼梁的拉應力與壓應力均滿足規范要求，相比較而言方案一的鋼梁安全儲備更大一些；橋面板應力方面，方案三的最大拉應力達到2.33 MPa，已超出規范要求的1.96 MPa(C60混凝土)，而方案一和方案二均滿足規范要求，與方案二相比，方案一僅在橋面板最大力應力這一項上稍微偏大，對抑制橋面板裂縫展開略微不利，但其他方面均優于方案二。

成橋階段，即合龍之后各方案一和方案二的鋼梁及橋面板最大應力如表2所示。

表2 成橋后各方案最大應力對比 MPa

由計算結果可知，成橋以后兩種方案的鋼梁及橋面板最大應力基本一致，這也說明不同的施工工序對成橋以后的主梁應力狀態影響較小。

綜上而言，方案三雖然節約工期，但是施工過程中橋面板拉應力過大，可能會造成橋面板裂縫的產生，故不可取。方案一和方案二均滿足規范要求，均可以作為實際施工方案。

3 雙節段循環施工可行性研究

在上一節中，針對混凝土濕接縫澆筑時間不同的三種方案進行了分析，但是三種方案均為單階段循環施工，而如今多數大跨度疊合梁斜拉橋已經開始嘗試進行雙節段甚至多階段循環施工，在上一節的基礎上，本節對雙節段循環施工的可行性進行分析計算。并與上節中的方案一進行對比。

采用的雙節段循環施工具體施工工序如下：

方案四：吊裝n號鋼梁→安裝n號斜拉索并初張拉→安裝n號段橋面板→吊機前移→安裝n+1號段鋼梁→安裝n+1號斜拉索并初張拉→吊裝n+1號段橋面板→吊機后退→澆筑n及n+1號段濕接縫→二次張拉n，n+1號斜拉索→吊機前移。

方案五：吊裝n號鋼梁→安裝n號斜拉索并初張拉→吊機前移→安裝n+1號段鋼梁→安裝n+1號斜拉索并初張拉→吊裝n，n+1號段橋面板→吊機后退→澆筑n及n+1號段濕接縫→二次張拉n,n+1號斜拉索→吊機前移。

按照方案一施工，完成雙節段大致需要20 d，而按照方案四或者方案五進行，僅需16 d便可以完成雙節段的施工，顯著節省了工期。用Midas civil對方案四及方案五進行計算，施工過程中的鋼梁及橋面板最大應力如表3所示。

表3 合龍前各方案最大應力對比 MPa

由計算結果知，雙節段循環施工相比于單階段循環施工會顯著提高施工過程中的主梁拉應力，其中方案四橋面板最大拉應力為2.12 MPa，已超出規范要求的C60最大拉應力1.96 MPa，故不可取。而方案五雖然相比于方案一主梁拉應力仍舊偏大，但可以滿足規范要求，故如果為了縮短工期可以采用方案五進行施工。

4 結語

本章通過對幾個方案的Midas模型進行計算分析，通過比較得出，單循環施工下橋面板與鋼梁間混凝土濕接縫的最佳澆筑時機，即橋面板吊裝后立即澆筑混凝土濕接縫。此方法雖然結構安全儲備較高，但是施工工期較長，故在此基礎上，繼續研究了雙節段循環施工的可行性，并得出了滿足規范要求的最佳方案。此方案可以同時澆筑兩個階段的混凝土濕接縫，所以可以顯著縮短工期，建議按此方案進行施工。