龍門大橋東錨碇散索鞍支墩支架設計分析

馬瀾錦，余陽君

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

重力式錨碇從功能上可分為三大部分：錨塊、錨室、散索鞍支墩。其中散索鞍支墩主要承受來自散索鞍散開索股時的壓力，故散索鞍支墩多設計為傾斜結構，避免承受偏心荷載。采用支架法施工散索鞍支墩時，支架剛度為主要的控制對象，較高的支架剛度可以有效地減少散索鞍支墩在懸臂狀態下的位移，避免散索鞍支墩底部的應力集中，從而造成混凝土開裂，對結構完整性產生不利影響。本文以龍門大橋東錨碇施工為例，分析并驗證其優化后的散索鞍支墩支架的性能，以期為同類施工提供經驗借鑒。

1 工程概況

廣西濱海公路龍門大橋是廣西在建的最大跨徑橋梁，處于欽州市境內，與防城港市境內的廣西濱海公路至欽州港區段龍門大橋西引道相接，該項目是廣西濱海公路重要的控制性工程。路線起點位于欽州市龍門港鎮西村淡水龍水庫附近，接濱海公路龍門大橋西引道工程，跨越茅尾海，終點接益民街與揚帆大道交匯處，通過城市路網連通濱海公路欽州港至犀牛腳段，包括三座大橋及一座立交，按雙向六車道一級公路標準建設，起點樁號為NK0+000.000，終點樁號為NK7+637.28，總長7.637 km。其中，龍門大橋全長6 087 m，主橋為單跨吊懸索橋，一跨過海，采用門式混凝土索塔，塔高174 m，主跨為1 098 m，鋼箱梁橋面寬38.6 m(含風嘴)。

東錨碇共設上下游兩個散索鞍支墩，散索鞍支墩高39.7 m，傾角為34.137°，沿橋軸線對稱布置。散索鞍支墩為上底11.0 m、下底13.56 m、高6.0 m的梯形截面，前墻與左右側墻處各有1個R=49 cm的圓倒角。支墩中部為間距2.5 m的雙鋼圓筒混凝土填芯結構，鋼圓筒高24.5 m、直徑為3 m，鋼圓筒前后墻壁厚分別為3.01 m、2.09 m。散索鞍支墩底板厚3 m，底板底面長15.89 m、寬25.82 m，頂面長21.36 m、寬25.82 m。散索鞍支墩分10層澆筑，層厚自下往上依次3 m+2 m+6×4.5 m+2.32 m+3.69 m=38.01 m。如圖1、圖2所示。

圖1 東錨碇三維模型圖

圖2 散索鞍支墩尺寸圖(cm)

1.1 支架結構設計概況

圖3 散索鞍支墩支架構造示意圖(mm)

1.2 施工階段設計(圖4～6)

散索鞍支墩支架在錨碇S1、M1節段完成澆筑后開始施工，因部分支架立于M2～M5錨塊節段上，支架搭設及散索鞍支墩、錨塊施工同步進行。裸模施工階段完成S1～S2、M1～M2節段澆筑；第一階段完成支架第1～3排鋼管立柱及對應結構的施工，后施工S3～S4、M3～M4節段；第二階段完成支架第4排鋼管立柱及對應結構的施工，后施工S5、M5節段；第三階段完成支架全部結構施工，后施工S6～S8節段及前錨室底板。

圖4 第一階段支架體系施工簡圖

圖5 第二階段支架體系施工簡圖

圖6 第三階段支架體系施工簡圖

2 結構計算

2.1 結構建模

模型主要驗證支架的材料性能是否可以滿足施工需求。所有結構均采用梁單元建立，散索鞍支墩采用變截面梁單元建立，各類支架構件采用一般梁單元，支架模板采用板單元，如圖7所示。因支架基礎為錨碇頂板混凝土表面預埋鋼板，故支架各處支墊采用固結；散索鞍支墩支架為被動支撐體系，支墩與支架各分配梁及模板間的節點采用僅受壓的彈性連接。散索鞍支墩梁截面按設計圖紙進行HRB400縱向鋼筋、箍筋及構造鋼筋的配置，以提高支墩自身剛度及材料性能。

圖7 散索鞍支墩支架模型圖

在模型中設7個施工階段，分別對應S3～S8節段澆筑、前錨室底板澆筑等7種不同工況，各工況中激活澆筑混凝土的荷載。為模擬散索鞍支墩的受力狀況，上一階段的荷載將取消并轉為激活對應的散索鞍支墩梁單元。施工過程中，支架主要受到濕混凝土及已澆筑節段的荷載[1]。模型中混凝土容重取26.5 kN/m3，鋼材容重取78.5 kN/m3，施工荷載取3 kN/m2，計算中采用“1.2恒荷載+1.4活荷載”的系數計算[2]。如圖8所示。

圖8 各階段施工模型圖

2.2 計算結果

支架體系計算結果匯總見表1，散索鞍支墩上下表面應力計算結果見表2。

表1 各施工階段及對應計算結果匯總表

表2 散索鞍支墩已澆筑節段上下表面應力計算結果表

經計算，支架的臨界荷載特征值為13.95，滿足經驗值>4的要求，支架穩定性可滿足施工需求。

3 結果分析

3.1 支架部分

如表1所示，鋼管支架整體所受最大應力為186.7 MPa，發生于前錨室底板澆筑階段，同階段發生次最大應力為157.2 MPa，即支架整體受散索鞍支墩及前錨室底板同時壓迫為最不利工況。最大應力值距強度指標仍有一定富余，可作為部分安全儲備，支架搭設過程中應重視柱間雙拼C25槽鋼的焊接質量，并對焊接處的鋼管管壁做局部加強處理。對于近30 m高的架體而言，支架整體最大位移為14.7 mm，遠小于設計容許值，實際施工中有利于散索鞍支墩的線型控制，可不對散索鞍支墩做預抬量要求。支架拆除時，部分桿件受力狀態臨近設計指標，應自上而下優先拆除應力較高部分的桿件，避免支架失穩、變形倒塌。

3.2 散索鞍支墩部分

如表2所示，散索鞍支墩完成S8節段澆筑后整體懸臂長度達到最大，根部前錨室底板產生最大拉應力2.43 MPa，簡化僅考慮臨近保護層的鋼筋受拉，采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中對鋼筋混凝土結構的裂縫計算公式[3]，散索鞍支墩最大拉應力處混凝土表面最大裂縫寬度為0.189 mm，小于規范中要求的0.2 mm，說明散索鞍支墩根部依照原有設計進行鋼筋安裝即可滿足混凝土抗裂性要求。

4 結語

(1)散索鞍支墩支架設計滿足施工要求，支架體系可靠。東錨碇施工過程中，支架體系應用良好，未出現安全質量事故。

(2)支架高度較高，在安裝支架的過程中需要嚴格把控各柱間聯系的焊接質量，并對鋼管立柱做局部加強處理，避免管壁受較大應力而出現變形。

龍門大橋東錨碇散索鞍支墩傾斜度大、高度高，對大鋼管支架體系的要求高。經優化設計后的散索鞍支墩支架安全可靠，支架布置合理，充分利用了現場和市場中的普通材料進行施工，提升了經濟效益。施工中架體的位移與設計分析基本一致，確保了鋼筋混凝土結構物規格、尺寸及性能與設計圖紙一致，為其他同類工程施工提供了參考。