結合梁斜拉橋塔梁同步施工有關問題探討

蔣小奎

（甘肅長達路業有限責任公司，甘肅蘭州 730070）

0 前言

斜拉橋由于合理地利用梁、塔和高強度斜拉索各自的材料和力學特點，在跨越大的障礙或河流時常作為優先橋型之一[1]-[3]。在斜拉橋的施工中，為確保主塔施工的安全，避免塔梁空間交叉施工帶來的施工難度和安全風險，通常采用“先塔后梁”[4]-[8]的施工方案，即：在主梁施工開始之前將主塔施工完畢，塔梁施工相互分離。“先塔后梁”是斜拉橋施工規范中推薦使用的施工方案。但隨著斜拉橋設計理論的不斷完善及施工水平的不斷提高，橋梁建造者總尋求新的突破，在絕對保證橋梁安全的前提下，根據不同橋梁建設工期或其它實際需要優選施工方案。特別是近年來，時間和勞動力成本的提高，在工期較近或高塔的情況下，工程師開始嘗試塔梁施工相互交叉的施工方法，即“塔梁同步”施工[9]-[14]。“塔梁同步”施工其優點是可以縮短工期，節約時間成本，改善高橋塔在施工期間的抗風穩定性，且總體上方案一般是經濟合理的。但是“塔梁同步”施工也存在著許多難點或缺點，主要是塔、梁施工在空間和時間上均有交叉，增加了安全風險，需要增加許多臨時安全控制措施，同時也增加了主塔位移控制的難度。為弄清楚“塔梁同步”施工可能帶來的問題和提出必要的控制措施，本文以河口大橋的“塔梁同步”施工過程為對象，探討斜拉橋“塔梁同步”施工方案對結構整體受力的影響以及有效的控制措施。

1 工程概況

河口大橋是蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道的重點橋梁工程，為跨越黃河河口水庫而設。該橋主橋為雙塔雙索面結合梁斜拉橋，主跨跨徑360 m，邊跨177 m；兩邊跨各設一個輔助墩，主橋橋跨布置為77 m+100 m+360 m+100 m+77 m，主橋共長714 m，見圖1。

圖1 斜拉橋簡圖（單位：mm）

主橋橋塔：采用鋼筋混凝土A型塔，塔身采用外側圓弧凸起的箱型截面，截面橫向寬度450 cm、縱向寬度700 cm。在塔頂設空透隔板連接，塔柱底設底座。每個橋塔設20根φ2.5 m的灌注樁，塔樁長35 m,均按端承樁設計。

主梁采用工字鋼-混凝土結合梁，結合梁梁高 2.83 m(鋼主梁中心處)、3.06 m(橋梁中心處)。結合梁的鋼梁主要由工字形縱梁與橫梁構成，橫梁之間設置3道小縱梁，以增加橋面板橫向分塊，降低橋面板吊重和穩定橫梁，小縱梁上設有橡膠隔離層，不參與橋面板整體受力，鋼主梁上采用錨拉板的斜拉索錨固構造形式。主梁梁段間采用M30高強螺栓工地連接。塔根處縱梁長度為16 m，其余段梁標準長度為12m，縱梁接頭設在兩橫梁中間部位。

結合梁的混凝土橋面板采用分塊預制吊裝、板間設縱、橫向現澆縫的方式連成整體，預制板存放時間要求6個月以上，現澆縫采用微膨脹混凝土。橋面板采用預制鋼筋混凝土板，板厚25 cm，預制板順橋向設置齒形剪力鍵。在邊跨一定范圍內橋面板中布置有縱向預應力，采用9φ15.2鋼絞線。橋面板通過布置在鋼縱梁及鋼橫梁上的剪力釘與鋼梁結合。剪力釘采用φ22圓頭焊釘，ML15AL鋼，長200 mm

主橋斜拉索采用直徑7 mm鍍鋅低松弛平行鋼絲束，最大索長189.201 m，邊索與水平面最小夾角為22.971°。斜拉索全橋共56對，共采用5種規格形式，按雙索面扇形布置，標準階段索距在主梁上為12 m。

2 對結構力學性能的影響

塔梁同步施工方案作為一種異于傳統先主塔、后主梁的塔梁分離施工方法，它是在主塔施工沒有完成以前，就開始主梁節段的懸臂施工，在此過程中同時進行斜拉索的掛索及張拉。河口大橋如采用“主塔封頂后架設主梁”的傳統方案，將無法按照要求工期實現主橋合龍施工，故采用“塔梁同步”方案（見圖2）。而采用該施工方案首先要清楚該方案可能對結構受力性能才生的影響。因此，對河口大橋“先塔后梁”和“塔梁同步”的施工過程進行了有限元仿真對比分析，獲得了兩種不同施工方案成橋后以下計算對比結果：（1）索塔位移對比圖（包括水平位移和豎向位移）（見圖3）；（2）索塔最大應力對比圖（見圖4）；（3）梁位移對比圖（見圖5）；（4）梁應力對比對比圖（見圖6）；（5）斜拉鎖應力對比表（見圖7）。

圖2 河口大橋塔梁同步施工

圖3 索塔成橋位移對比圖

圖4 索塔成橋最大應力對比圖

圖5 梁成橋豎向位移對比圖

分析上述計算結果表明：兩種施工方案索塔水平位移、梁豎向位移，鋼主梁、橋面板的內力、應力和索塔的內力、應力及斜拉索的索力值都基本是一致的；兩種施工方案結構各組成部分的內力或應力的差異值小于1%。僅索塔塔頂的豎向位移出現了較大的位移偏差，偏位相差最大為9 mm，這是因為塔梁同步施工中，塔頂節段的安裝時間和工況狀態與“先塔后梁”方案不同所導致的。因此，從結構受力的角度，河口大橋塔梁同步施工方案是可行的，而塔頂偏位的差異可以通過施工控制予以調整。

圖6 梁成橋應力對比圖

圖7 成橋索力對比圖

3 施工控制措施

塔梁同步施工主要特點：（1）縮短工期，節約時間成本，改善高橋塔在施工期間的抗風穩定性；（2）塔、梁施工在空間和時間上均有交叉，增加了安全風險，需要增加許多臨時安全控制措施；（3）塔、梁、索在施工過程中相互影響，增加了主塔位移控制的難度；（4）主梁施工中，尤其是斜拉索張拉施工，不可避免的對主塔造成擾動，對主塔新澆筑混凝土形成質量隱患。

本文分析表明：塔梁同步施工對結構整體受力的影響很小，對橋塔偏位的影響較大；總體上，塔梁同步施工對塔柱的影響遠大于對主梁的影響，在塔梁同步施工時必須根據實際情況確保塔柱垂直度、塔支頂端偏位和最不利截面壓應力能得到有效控制，對主塔施工的控制是塔梁同步施工控制的重點和難點。

具體控制措施：

（1）塔梁同步施工時主塔整體剛度和橫向聯系都很弱，上塔柱底面截面壓應力儲備也較少。措施是在塔柱施工完成14節 (中橫梁以上，塔7#索錨固點位置)并保證28 d強度后才進行首根斜拉索張拉施工，確保兩個塔支之間的橫向聯系和整體剛度，以限制塔支頂端產生過大位移，確保塔柱截面應力安全。

（2）索力控制要兼顧主梁線形和主塔偏位同時達到控制目標。采取的措施是增加塔頂位移觀測頻率，在放樣時進行主塔偏位修正。確保主塔的垂直度符合施工精度要求。

（3）塔梁同步施工中，交叉作業多，安全風險大，施工中根據現場情況分別采取以下措施進行安全控制：a.塔梁同步施工時，爬架上設置密目網、塔柱水平撐上設置安全防護棚 、塔柱下放設置過人通道等多種措施防止高空墜物；b.塔柱20 m范圍內采用石棉布對斜拉索進行包裹保護，防止塔柱施工中電焊火花等燒壞斜拉索。

4 結論

針對河口大橋“塔梁同步”施工方案，進行了“塔梁同步”與“先塔后梁”兩種施工方案的對比分析，提出了有效的控制措施，通過該橋實例表明：

（1）“塔梁同步”施工方案對結構內力、應力的影響很小，對橋塔位移的影響較大；從結構受力的角度，河口大橋塔梁同步施工方案是可行的。

（2）“塔梁同步”施工方案對主塔的影響遠大于主梁。但是，只要提出有效的控制措施，可以保證“塔梁同步”方案的順利進行。

（3）“塔梁同步”施工方案能縮短工期，取得經濟效應，但增加了施工平臺和控制難度。

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