矮塔斜拉橋主梁支架現澆施工關鍵技術的初步探索

胡柱奎 （中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言

隨著矮塔斜拉橋的廣泛應用，我國矮塔斜拉索橋梁施工技術得到了快速發展，與此同時，人們對矮塔斜拉索橋的施工要求越來越高，其施工安全、質量控制、施工進度也成了備受矚目的問題。面對當前市政交通建設的緊張需求，梳理出矮塔斜拉橋支架現澆施工的關鍵技術及其控制要點對于工程項目的建設意義具有決定性作用。

2 工程實例構造及施工條件概況

鄭州市鄭東新區北三環跨東運河矮塔斜拉橋為雙幅獨塔雙索面不對稱斜拉橋結構，跨徑為（80m+112m）不等跨斜拉橋 +（40m+40m）連續梁，總體布置如圖1所示：

圖1 鄭東新區北三環跨東運河斜拉橋立面布置圖

主梁（80m+112m）主墩處設置橫梁，實現塔梁固結。主梁按80m邊跨（含壓重段）+7.5m塔梁固結段+112m中跨設置。主梁為縱橫預應力混凝土箱梁，采用變截面單箱四室連續梁及等高分離式雙箱單室預應力箱梁；通過中央底板開口逐漸形成分離式雙箱單室梁，分離式雙箱通過橫向預應力鋼絞線連接。橋面寬29.5m，外懸臂2.755m；主梁高度2.8m，頂板厚30cm，底板厚35cm，邊腹板厚30cm，中腹板厚45cm。

3 主梁支架現澆施工方法概述

本文所論工程實例采用同步依次分節段澆筑索塔和主梁，待梁和索塔施工進度滿足預設的要求后，提前安裝部分斜拉索，從而拆除主梁翼緣板范圍承重支架，由已安裝的斜拉索和主梁底板范圍內支架共同維持架體穩定性；主跨主梁分為55.7m+52.5m兩個節段，邊跨主梁分為39.75+35.5m兩個節段，如圖2所示。

圖2 總體施工方法示意圖

4 關鍵技分析

根據調查類比，市政矮塔斜拉橋主梁一般呈現以下構造特點：主梁寬度大，單位斷面內混凝土方量大，施工質量控制難度大；主梁縱向縱大，高差大，縱坡產出的水平力比較大，對支架穩定性要求高，混凝土質量也不易控制；因提前張拉主梁橫梁處預應力，斜拉索提前安裝并預張拉協助梁底支架承重，可先將主梁翼緣板部分支架拆除，從而實現力學體系轉換，由斜拉索和主梁底板范圍內的支架共同承重，保持結構穩定性。

基于以上考慮，采用分段澆筑可以降低單次混凝土澆筑方量，提高混凝土澆筑質量；采用分段澆筑可以降低澆筑段兩端高差，降低縱坡高差引起的水平力；此為，可以實現已澆筑節段的提前穿掛索；其核心內容是探索每節段支架體系設計和支架變形量（預留量）控制。

4.1 支架體系基本構造要求

對本工程實例而言，為確保滿意主梁結構特點要求，支架體系設計從以下幾個方面進行探索：

①橫梁位置是索力著力點，張拉過程中索力變化導致梁體發生變形或者位移，橫梁位置應加密；

②因翼緣板提前拆除，拆除后全斷面荷載由箱底范圍支架承擔，引起支架內力重新分配，此范圍內立桿按照梅花樁布置，增加其體系轉換后的剛度和穩定性；

③支架在縱向范圍內如何滿足索力張拉各工況期間所產生的對支架的最大反力，保證索力張拉各工況的唯一性和獨立性（即前個工況結束后，支架不發生變形，以此保證在下個工況開始前整橋的力學狀態符合前個工況的理論計算狀態；同時，也給下個工況提供理想的邊界條件），考慮采用全范圍內立桿梅花樁布置的形式。

④水平力克服，特殊加密縱向剪刀撐、水平剪刀撐。

4.2 縱向水平力消除技術

①縱向剪刀撐設置

為抵消支架高差、梁的縱坡、分節段澆筑和縱向預應力張拉產生的縱向水平力，采用在滿堂碗扣支架內添加縱向水平剪刀撐，同時加密縱向剪刀撐的方式抵消產生的縱向水平力。剪刀撐布設：支架體系支架高于6m處設置縱、橫、水平三向剪刀撐，均采用Φ48×3mmQ235鋼管布設。每道剪刀撐跨越立桿的根數設置在5～7根之間,每道剪刀撐的寬度不小于4跨，且不小于6m，斜桿與地面的傾角宜在45?！?0。之間，由底至頂連續設置。

縱向剪刀撐橫向布置在架體外側、箱室內兩個腹部底部、箱室底部中部、中間頂板中部各一道，每個橫斷面共設置9道縱向剪刀撐如圖3所示。

②特殊橫向剪刀撐設置

在整個施工階段中，橫梁位置是最大支撐點，對架體的縱向抗傾覆至關重要。本工程實例中，除了正常設置橫向剪刀撐之外，在每道橫梁的邊界處均設置橫向剪刀撐，以次增強支架體系全長范圍內所有支撐點的縱向穩定性。其設置如圖3所示。

4.3 斜拉索提前預張拉、架體發生體系轉換的翼緣板支架提前拆除設計探索

因采取分段澆筑主梁，主塔兩側第一段主梁澆筑后，可以提前穿掛索，并賦予一定初始張拉力，利用斜拉索的水平分力協同主梁底板部分支架維持縱向穩定性；斜拉索的豎向分力協同主梁底板部分支架維持豎向穩定性。

圖3 縱向剪刀撐布及橫梁處剪刀撐置圖

主梁翼緣板外側模板及支架按照提前拆除設計，支架和主梁受力發生變化，橫橋向拆除支架前后的結構狀態如圖4所示。

圖4 拆除翼緣模板及支架示意圖

利用有限元軟件midas civil2015建立了主梁的實體模型進行計算分析，縱橋向選取12m梁段作為計算單位，梁段內包含2道橫隔板，滿堂支架按鋼管支撐位置使用只受壓彈性連接模擬。計算結果顯示，翼緣板外側模板及支架拆除后，支架反力發生較大變化，計算支架反力、位移云圖、拉應力云圖如圖5～圖7所示。

經匯總后，計算主梁翼緣板外側模板及支架拆除的結果如表表1所示：

拆除翼緣模板及支架前后計算結果 表1

從計算結果看出，本工程實例主梁分節段現澆支架體系設計滿足施工安全和質量要求。值得注意的是：對于類似工程，必須提前與設計院協商提前張拉橫梁處橫向預應力，方能克服對應束斜拉索施加初始張拉力，橫梁提前介入梁體橫向穩定工作狀態的設計難點；翼緣板與箱室底板相交處也提前聯系設計院做加強處理，方能滿足支架體系轉換后著力點最大反力的變化。

圖5 拆除翼板支架前后支架最大反力（kN）

圖6 拆除翼板支架前后主梁位移（mm）

圖7 拆除翼板支架前后主梁拉應力（MPa）

4.4 支架預留量及變形控制

施工期間對支架變形和梁體在不同施工階段的變形監測，需監控單位配合提供。主梁底板高程設置，應考慮預留量：索力張拉引起的高程變化、梁體自重引起的高程變化，需要理論計算資料和過程預壓資料的收集、整理；每個節段的預壓，重點在于相鄰兩節段連接部位同步預壓。

5 結論

主梁采用分節段支架現澆可以加快施工進度，同時穿索和張拉會更加省時省力，并且可以根據理論計算對有條件的梁體采用，使用范圍較廣。本文所探索的支架體系設計適用于大節段大體積大縱坡混凝土節段施工，實現支架體系的有效轉換。

此外，對翼緣板支架及鋼模及時進行拆除和周轉，靈活方便，節省大量施工成本，產生巨大經濟效益。對于斜拉索初次調索之后二期恒載之前的脫架，拆卸方便，加快工期。為今后類似工程提供了有價值的借鑒意義；同時，也有許多不足及改進之處，在今后類似施工中逐步完善。