無背索斜拉橋施工關鍵技術分析

2024-01-01 00:00:00李文麗

工程機械與維修 2024年6期

摘要：結合工程實例，對無背索斜拉橋的結構體系特點進行總結，并分析施工方案，從主梁、主塔、索導管傾角、橋塔內力控制等方面對施工關鍵技術進行闡述。實踐結果表明：無背索，斜拉橋施工關鍵技術，對于確保橋梁工程的整體施工質量起到了關鍵作用，可將成橋后斜拉橋的主梁高程偏差值控制在1.3cm，橋塔縱向偏差值控制在1.6cm，橋塔未產生受力裂縫等病害問題。

關鍵詞：斜拉橋；鋼混混合梁；主塔內力；索導管傾角

1" "工程概況

某橋梁工程項目為無背索獨塔斜拉橋，整體采用塔梁墩固結鋼構體系，橋梁主梁為鋼混混合梁結構，其中鋼箱梁與預應力混凝土箱梁長度分別為91m和44m，結合段長度為2m，箱梁均為單箱三室結構，預應力混凝土箱梁高度為3m，鋼箱梁高度為2m。

斜拉橋的橋塔位置采用鋼混結構，橋塔高度為72m，縱向為滿足景觀造型和采用反S形曲線擬合，將終端傾斜角設為50°，底部與頂部角度接近于垂直狀態。采用“先梁后塔”與“塔索同步”的施工方案，加強對索導管傾角與橋塔內力的有效施工控制，以保障施工質量，提高施工效率。

2" "結構體系分析

以往的無背索斜拉橋在施工控制環節，主要是憑借橋塔自重與剛度特征，依靠斜塔自重完成對塔梁固結點位置的彎矩抵消。而應用預應力混凝土材料會使橋的主梁承載力偏大，不利于滿足索塔自重要求[1]。

與此同時，斜拉橋作為一種高次超靜定結構，在成橋的線形方面有著十分嚴格的要求，節點坐標的改變會直接對橋梁結構內力分配情況產生影響[2-3]。一旦斜拉橋的線形與設計值發生偏離，將會造成內力與設計值不相符。因此，在橋梁工程結構體系設計環節，有必要加強對拉索垂度、臨時荷載或混凝土收縮等影響因素分析，兼顧各項條件，完成結構體系的調整[4-5]。

該項目中，橋梁主要以鋼構體系為整體結構，主梁為鋼混組合梁，主塔為鋼筋混凝土結構，中央分隔帶位置設斜拉索。由于橋梁建設對周圍景觀要求比較高，經過勘測得知河道的寬度在100m左右，為了使該項目中的無背索斜拉橋適用于該河道寬度，需要依靠橋塔重力來平衡主梁的荷載，使主塔傾斜度達到60°左右。在塔梁墩固結體系下，只有少數小跨徑橋將塔梁固結、塔墩分離。

該項目選用豎琴形索面，配合曲線型塔柱進行施工，其中前2根短索塔短索導管長度為16.5m。為降低主梁質量，使塔柱自重有所減輕，根據該斜拉橋的實際情況，融合施工現場環境氣候特點，采取鋼混組合結構，以發揮鋼筋與混凝土材料的作用。

主梁位置應用鋼混結構，以主跨為分界點位，與塔梁固結點保持大約19m距離。對分界點位置，需要分析主梁的應力傳遞情況與主梁剛度變化情況。對鋼混結合段處，需要做好結構體系的優化，加強預應力結構分析，保障橋梁整體結構的穩定與安全。

3" "施工方案分析

3.1" "總體施工方案

常規斜拉橋多采取先塔后梁與主梁懸拼相結合的結構形式，但無背索斜拉橋塔柱會產生傾斜，使塔柱自身無法有效保持平衡，需依靠斜拉索保持主梁的質量平衡。為此對無背索斜拉橋需要先梁后塔，且塔索同步進行施工，完成主梁架設后再對主塔進行懸臂節段施工。

項目整體施工方案主要為“先梁后塔”與“塔索同步”。具體施工流程如下：搭設橋梁支架，對混凝土箱梁與鋼混結合段進行現澆施工，安裝鋼箱梁。張拉箱梁預應力，澆筑混凝土。搭設主塔平臺，依靠勁性骨架對主塔節段進行懸臂澆筑，保持塔端同步張拉斜拉索，然后放索，將主梁支架與主塔支架一次拆除。

3.2" "承臺深基坑施工方案

項目施工位置存在淤泥質土壤，填筑材料內摻雜巖石。一般深基坑施工多為放坡開挖與圍堰施工方法相結合，但施工存在一定風險。經研討決定采用“放坡+圍堰開挖”的施工方案，放坡開挖同時觀察土壤與水文變化情況，必要時使用鋼板樁圍堰。開挖期間如果填土效果良好，可將放坡開挖坡比設計為1：1.25，隨后掛網噴漿護面，依靠抽水機提高施工效率。

3.3" "承臺一次性澆筑方案

項目中橋梁承臺屬于大體積混凝土，根據圖紙要求對承臺位置分層施工。為防止混凝土結構產生穩定裂縫，要求結構內外溫差不能超出±25℃。采用分層施工手段預防裂縫問題，加強對混凝土入模時溫度的有效控制，要求混凝土溫度≤30℃。

此外，使用低水化熱膠凝材料，比如具有低水化熱特征的硅酸鹽水泥，并在材料內摻入一部分粉煤灰，以降低材料發熱量，防止混凝土結構內部出現溫度急劇升高。夏季施工時，要求摻入粉煤灰的混凝土入模溫度≤30℃，冷卻水管共3層，每層保持1m的間隔距離，水管間距1.2m，承臺養護7d后可以拆模。

4" "施工控制關鍵技術

4.1" "主梁施工控制技術

鋼混混合梁結構中，鋼箱梁與混凝土梁的高度分別為2m和3m，采用單箱三室斜腹板界面，混合位置處于主跨區域，與主塔中心相距19m。對主梁進行澆筑與拼裝，邊跨區域的混凝土主梁跨徑為25m，采用鋼管臨時墩與貝雷架相結合的施工方案。為防止臨時墩沉降，避免主梁出現開裂問題，要求鋼管臨時墩必須支撐在承臺上，貝雷架的跨徑達到25m。邊跨區域主梁自重770kN/m，所需貝雷架數量較多，需增強支點位置的剪力。

鋼混混合梁施工時，先進行主梁施工，再進行混合段施工，張拉主梁預應力后安裝鋼箱梁。對主梁結構線形控制。該斜拉橋的預應力混凝土箱梁端采用現澆法進行施工，分段拼裝鋼箱梁，共計11個階段，標準段長度為8m。通過合理設置主梁預拱度，完成對線形的有效控制。

4.2" "主塔施工控制技術

承臺之上主塔高度為72m，下塔柱高度為12m，主梁以上高度為60m。中心線縱向采用反S形的曲線形式擬合，使主塔中部傾斜角達到50°，塔底部和頂部的角度接近垂直狀態。縱向寬度呈漸變趨勢，底部與頂部縱寬分別為11.75m和3.25m，橫向等寬3m。

主塔位置使用四邊倒角實心截面，縱向寬度由底部向頂為1.5～0.5m的漸變，橫向寬度等寬0.3m。上塔柱共劃分成15個節段，澆筑高度最大為4.581m。根據模板受力情況進行節段劃分，確保塔根位置最大拉應力＜2MPa時不會產生應力裂縫問題。

一般斜拉橋橋塔部位呈垂直狀態，兩側斜拉索的索力會均等分布，實際施工過程中無需對橋塔預偏量進行額外設置。針對該斜拉橋加強線形控制，將橋塔的預偏量劃分為水平與豎向兩部分。對橋塔位置進行分段澆筑施工，計算每節塔柱澆筑施工環節的節段預偏量，同時計算索塔錨固點位置的預偏量值，從坐標中得到預偏量結果。根據握預偏量的變化趨勢，完成對橋塔線形的有效控制，為后續斜拉橋施工技術的應用提供數據參考。索塔錨固點預偏量如表1所示。

4.3" "索導管傾角控制

完成橋梁線形的控制后，還要安裝索導管，判斷斜拉索垂度給傾角控制造成的影響。確保斜拉索位于導管內部，且保持位置居中，實現對索導管傾角的有效控制。將傾角取值為錨固點傾角，采用切線法對傾角變化量加以計算[6-7]。

該項目中橋梁的塔柱為實心的，且索導管的長度在16.5m左右，已經超出索長大約1/3，計算后利用割線法對索導管傾角進行調整，修正夾角，使導管前端的降低值能夠低于索導管中點位置垂度，最終符合施工要求。

4.4" "橋塔內力控制

橋臺選擇傾斜的鋼混結構，由于其彎矩偏大，橋塔位置會形成較大的拉應力，嚴重時會造成受力裂縫，為此需加強對各環節斜拉索索力的控制。

4.4.1" "張拉索力

為保證傾斜塔柱局部平衡，在橋塔節段施工環節要求張拉索力與成橋索力必須一致。因主梁預拱度的存在，使得落架前橋塔與索梁錨固點的間距較小，斜拉索看起來“超長”。其中cb1～cb6號的斜拉索錨杯長度為42cm，cb7～cb10號斜拉索錨杯長度為37cm。

斜拉索錨頭前端長度如表2所示。根據表2中的數據信息可知，梁端螺母處于錨杯前1/3位置時，cb6～cb8斜拉索超長梁超過理論長度，該處斜拉索塔端錨杯需要用到錨墊板。

為解決上述問題，需減小無應力索長，對螺母的位置做出調整，或減小一部分張拉索力，讓梁端螺母位于錨杯前1/3的位置。澆筑塔柱節段環節，塔端與梁端的錨頭前端長度超過最小理論值，有效解決了斜拉索“超長”問題，實現了對橋塔拉應力的有效控制。

4.4.2" "放索索力

對橋塔部位進行施工后，主梁落架會加大斜拉索的索力。此時橋塔的內力超出容許值，有必要在落架前進行放索處理[8]。受應力限制，放索需要分2次進行，且放索應力需要與實際工程施工中索力與目標索力的差值相同。其中，目標索力可以采用反推的方式，在迭代法的試用下求解。

按照橋梁實際設計要求，放索量依據螺母旋出量控制，保持螺母位置不動，外旋塔端螺母，延長錨頭前端位置的長度，從而實現對放索索力的控制。斜拉橋放索索力如表3所示。

5" "結束語

本文針對無背索獨塔斜拉橋，采取“先梁后塔”與“索塔同步”的總體施工方案，通過無應力狀態法實現對工程的有效施工控制。根據主梁與橋塔線形控制，加強對索導管傾角的控制，不斷完善各項施工關鍵技術，將成橋后斜拉橋的主梁高程偏差值控制在1.3cm，橋塔縱向偏差值不超過1.6cm，橋塔未產生受力裂縫問題，使橋梁受力與線形均能符合工程預期要求。

參考文獻

[1] 程宏斌.獨塔無背索曲線鋼管梁斜拉橋設計與分析[J].中

國市政工程，2023（1）：16-19+90．

[2] 俞伯林.曲線無背索獨塔斜拉橋拉索張拉施工方案分析[J].

福建交通科技，2022（7）：42-46．

[3] 王永禎.曲線形獨塔無背索斜拉橋荷載試驗研究[J].福建

建材，2019（9）：3-5．

[4] 湯少青，馬虎.扭背索獨塔斜拉橋鋼箱梁施工線形控制研

究[J].中外建筑，2019（4）：213-214．

[5] 張光亮.曲線形獨塔無背索斜拉橋施工關鍵技術[J].交通

世界，2019（15）：96-98．

[6] 李健剛，楊冰.斜拉橋異形鋼索塔錨固區受力敏感性因素