摩洛哥斜拉橋下塔柱預應力加強板的設計與施工

中鐵大橋局集團第六工程有限公司，湖北 武漢 430100

1 塔柱工程概況

摩洛哥布里格里格河谷斜拉橋全長951.66m，主橋為(183+376+183)m的3跨斜拉橋。其中，P1#墩塔柱高197.45m，設計有12.4m高的垂直段，P2#墩塔柱高185.05m，兩個塔柱標準節段長度均為4.0m。L1～L5節段橫縱四面裙板完全相連，L6～L15節段順橋向裙板保持相連，橫橋向裙板分離、間隙增大，直至L15節段四個塔肢完全分離。塔柱設計全部采用空心薄壁結構。各塔肢呈不規則矩形斷面，長邊由5.0m變化到5.2m，短邊約為3.5m，壁厚0.65m。縱橋向裙板厚1.0m，橫橋向厚0.65m。塔柱底部四肢為實心段。在初步設計中，對建筑主體受力進行了計算，但并未對某些局部重要部位進行受力計算與設計。在該橋主塔下塔柱部位，尤其是L5節段裙板分離處，出現了非常大的應力集中，然而初步設計中并沒有考慮這么重要的細節。通過對此部位進行重點論證和計算分析，最終確定在初步設計的基礎上，增加預應力加強板結構，使下塔柱結構受力滿足法國規范要求。

2 下塔柱關鍵部位L5節段設計

2.1 考慮的荷載及荷載組合

主塔的結構計算分施工階段計算和使用階段計算，施工階段對單塔、最大雙懸臂狀態進行計算，考慮施工荷載、風荷載等。由此進行每個階段各種組合工況的受力分析，各種工況中除了恒載為強制組合，其余均為判別組合。荷載組合工況，如表1所示。

表1 荷載組合

2.2 結構模型

在建立模型時，橫向裙板和縱向裙板都用板單元模擬，主塔4個塔肢部分用變截面梁單元模擬。塔底座用梁單元模擬，塔腳處固結。主塔按施工節段劃分，每4m一個節段。

2.3 L5節段預應力加強板的設計

在下塔柱L5節段，由于橫向裙板分開，主塔結構逐漸向外傾斜，該處拉力過大。按照初步設計計算發現，在施工階段和使用階段，塔柱L1～L2節段裙板處受壓，而L2～L5節段裙板處拉力逐漸增大。施工階段塔柱L5節段的上半部分的內力合成后達到1250t，而在使用階段L5節段的上半部分的內力合成后達到2027t，該內力應由尺寸為1.3m2的裙板承受，將不可避免地出現極大的拉應力，初設施工階段、使用階段L5裙板內力計算結果如表2、表3所示。

表2 初設施工階段L5裙板內力計算結果

表3 初設使用階段L5裙板內力計算結果

在法國規范中，混凝土結構主塔設計要求全截面不得出現拉應力。鑒于初步設計中橫向裙板中出現的較大拉力，對該部分橫向裙板結構重新優化，主要采取以下措施：一是在L5節段內設置了加強板，板厚2m；二是在加強板內部配置了4束橫橋向預應力（共5000t的預應力）。經過優化，使L5節段下半節段內最大內力下降到59t的拉力，加強板內的內力下降到988t的拉力。優化后L5節段裙板內力計算結果如表4所示，預應力加強板內力計算結果如表5所示，從表4、表5中可以看出，優化后主塔L1～L5節段受拉區明顯減小，僅在L5節段上半部分出現可控的拉應力，而其余下塔柱部分均為壓應力。進而按規范要求進行普通鋼筋配筋計算，使該部分混凝土不出現拉應力，從而保證了結構在施工和使用過程中的安全性。現澆混凝土底板，與120mm混凝土預制蓋板共同構成混凝土加強板施工底模。（4）2000mm現澆混凝土加強板，其為主要受力部位，將塔柱及裙板連接成一個實體段。

表4 優化后L5節段裙板內力計算結果

表5 預應力加強板內力計算結果

3.1 L5節段下半部分0～1430mm施工

下半部分0～1430mm結構形式與L4節段相同，仍采用DOKA爬模施工。將L4節內外模爬升至L5節段，L5節段下半部分施工完成后，為了保證塔柱外觀的一致性，所有外模均保持不變，外模一次性爬升到位，將塔柱內模及爬架、裙板內模及爬架、內外模連接拉桿全部拆除。

3.2 120mm預制混凝土蓋板安裝

由于L5節段加強板的設置，空心塔柱變為實心，通常采用在塔身預埋牛腿，安裝模板并澆筑該部分混凝土的方

3 下塔柱L5節段施工

L5節段在增加了預應力加強板的設計后，由原來塔柱4m一節的爬模施工，變為以下4個部分分步施工：（1）下半部分0～1430mm，結構形式與L4節段相同。（2）120mm混凝土預制蓋板，作為混凝土加強板施工底模。（3）450mm法，不僅施工難度大，脫模困難，而且因安裝牛腿影響塔柱的外觀。結合該橋的特點，將厚度為120mm的預制混凝土板作為模板，可省去復雜的牛腿結構。

3.3 450mm現澆混凝土底板施工

450mm現澆混凝土底板與120mm混凝土預制蓋板共同構成混凝土加強板施工底模。由于塔柱從初步設計的空心變為實心，現澆底板鋼筋綁扎完成后，安裝一層通長拉桿，采用φ16mm普通螺紋鋼筋。

3.4 2000mm現澆混凝土加強板施工

通過加強板將塔柱及裙板連接成一個實體段。加強板設置2層通長拉桿。拉桿采用φ16mm普通螺紋鋼筋，共設置16束22t橫橋向預應力（每束鋼絞線有22根直徑為15.2mm的鋼絞線），共5000t的預應力，兩端張拉。預應力管道的安裝與鋼筋安裝同時進行。在L5節段加強板混凝土澆筑完成后，主塔爬模即可向上爬升。然后便可在第L5節段上重新立內模，進行第L6節段施工。但是加強板預應力張拉前不得進行第L6節段混凝土澆筑施工。

4 結束語

通過在塔底裙板交匯處設置高度為2m的預應力加強板段，對主塔逐漸分離的四肢進行有效約束，滿足了主塔施工和運行過程中混凝土的受力性能，裙板與塔柱由原先的異步變為同步施工，不僅避免了裙板后澆時受拉，還避免了基坑回填造成的施工困難。L5節段加強板施加預應力后，在下塔柱裙板部位未產生裂縫，充分說明預應力加強板發揮了其結構功能，保障了主體結構的安全。