燕都大橋鋼拱塔鋼混結合段施工技術研究

【摘 要】燕都大橋位于遼寧省朝陽市，全長277.44m，其中主橋為2×90m兩跨鋼拱塔預應力混凝土梁雙索面斜拉橋，主橋主梁為單箱四室預應力混凝土箱梁，橋寬34m。本文通過對燕都大橋鋼拱塔結構形式的分析研究，確定了分離式支撐系統和分層澆筑的施工方案，其具有對主體結構鋼筋破壞性小、臨時結構投入少、施工進度快等優勢。

【關鍵詞】鋼拱塔鋼混結合段 錨固系統 支撐結構 設計計算

1 前言

燕都大橋位于遼寧省朝陽市，全長277.44m，其中主橋為2×90m兩跨鋼拱塔預應力混凝土梁雙索面斜拉橋，主橋主梁為單箱四室預應力混凝土箱梁，橋寬34m。主橋鋼塔采用雙拱塔V字形，拱軸線為橢圓線，塔高41.8m，斷面為單箱單室鋼箱斷面。拉索分為水平索和斜拉索，共計60根。該橋是國內踐行索鋪梁橋理念為數不多的雙索面半漂浮體系斜拉橋，具有結構新穎，受力復雜，施工控制要求高等特點。

鋼混結合段施工是本橋施工中的重難點之一，在“安全、經濟、高效”的總原則下，從施工技術分析、施工工藝、設計計算、鋼材耗量等幾個方面闡述本橋鋼砼結合段施工技術，以期為同類工程作有價值的參考。

圖1 燕都大橋效果圖

2 鋼混結合段結構形式

鋼混結合段（以下簡稱結合段）主要由錨固梁、錨桿、定位梁、鋼塔預埋段、砼塔柱等構成，鋼拱塔底部與混凝土塔柱結合處采用承壓式設計。鋼塔預埋段通過PBL剪力鍵和剪力釘與砼塔柱結合在一起，鋼塔首節與預埋段焊接后又通過錨桿錨固在砼塔柱頂面，承壓面間后壓力灌注10cm厚環氧砂漿。單根錨桿長12m，直徑Φ100mm，材質為40CrNiMoA，單側共計88根，錨桿下端通過錨固梁交錯錨固在承臺內。結合段結構形式如圖2～3。

圖2 鋼混結合段構造圖 圖3 錨桿布置位置

3 施工技術分析

根據結合段的結構形式，施工方案需要解決兩個問題，一是結合段各構件的臨時支撐形式；二是結合段范圍內砼澆筑分層位置。

兩肢塔柱錨桿交錯布置，且有豎向傾角（20°）。下錨固梁為一大一小兩型鋼焊接而成的方框梁，疊錯在一起。兩肢塔柱的預埋段鋼板是一個整體。錨桿空間位置由錨固梁、定位梁、承壓板和錨固板四重定位。結合段范圍貫穿承臺、塔座、塔柱三種砼構件。綜上各種因素交織在一起，影響著臨時支撐結構形式的選擇。

首先要解決的緊要問題是先固定鋼塔預埋段還是錨桿，若先將鋼塔錨固段固定后，再穿入錨桿，則錨桿要依次穿過四重定位，要求精度可想而知，且工作量巨大。若先固定錨桿，只要把錨桿位置定位精確，預埋段可一次穿入，且錨桿只需穿過承壓板、錨固板兩重定位， 省時省力，只需把連成一體的預埋段鋼板從中間切開，穿入定位后再焊接成整體。

解決上述問題后再來研究鋼塔預埋段何時吊裝的問題。預埋段單肢重量大（43.3t），且有傾角，其若是和錨桿一起在承臺澆筑前在承臺基坑底搭設臨時支撐固定，那必然是個龐大的支撐系統，參考同類工程傳統的支撐形式如圖4～5，此類支撐簡單易行，但體系結構繁重。且本項目承臺、塔座、塔柱內鋼筋、PBL剪力鍵鋼筋密布，大型的型鋼支架勢必會截斷大量的主體結構鋼筋，有害于主體結構安全。

經研究分析采用分離式臨時支撐系統，即錨桿支撐架和鋼塔預埋段支撐架分離，錨桿系統較輕，其支撐系統輕便、簡易。可以設置在內部，在塔座澆筑完成后用體外鋼管支架吊放重量較大的鋼塔預埋段，從而解決了第一個臨時支撐系統設置問題。

根據既定的臨時支撐結構形式，結合承臺、塔座、塔柱的外部結構形式，擬定其砼分層澆筑位置，即第一層澆筑至承臺頂面，第二層澆筑至塔座頂面，第三次澆筑至塔柱承壓面，待拉索調索完畢后澆筑塔柱外包砼。

圖4 傳統型鋼支撐方案圖 圖5 傳統型鋼支撐現場施工圖

4 鋼混結合段施工工藝流程

根據既定的結合段施工方案，確定其工藝流程如下：

鋼混結合段施工工藝流程圖。

5 臨時支撐系統的設計計算

錨桿定位架為型鋼焊接結構，在承臺封底砼上設置預埋件，其上焊接32根不同高度的格構式型鋼立柱，在立柱上定位錨固梁，錨固梁和定位梁之間設置型鋼桁片，桁片弦桿焊接在錨桿的間隔里，以盡量減少其所占空間，兩肢定位架間設置倒鏈，用于調整錨桿重力作用下的撓度，錨桿定位架結構如圖6示。

預埋段體外吊架為鋼管柱+分配梁結構，采用Φ630×8mm鋼管柱基礎，通過預埋件固定在塔座的斜面，分配梁與鋼管柱焊接，分配梁上設置精軋螺紋鋼筋吊掛，通過千斤頂微調吊掛高低來精調預埋段空間位置，預埋段體外吊架如圖7示。

圖6 錨桿定位架結構圖 圖7 預埋段體外吊架結構圖

利用有限元結構軟件Midas建立結構模型，分析其在不同工況下的強度、撓度及穩定性，計算結果如下：

圖8 錨桿懸臂應力分析 圖9 錨桿定位架應力分析

由于錨桿較長（12m），其安裝到位后懸臂端在自重的作用下會產生應力及撓度，在模型中根據錨桿傾角及約束情況建立實體模型，調整其節點坐標軸，定位梁位置加水平向約束，錨固梁位置加三向約束，經計算知其懸臂端最大應力 ，最前端撓度為3.4cm，可通過倒鏈對拉調整。

錨桿定位架底端立柱位置加三向約束，將錨桿計算所得支撐反力作為荷載加到定位梁和錨固梁上，并加載人群活載，計算得結構最大應力 ，最大位移1.4mm，滿足要求。

6 結論與建議

在鋼拱塔鋼混結合段的施工中，必然會遇到錨桿定位、鋼塔預埋段支撐吊裝等情況，本文通過燕都大橋工程實例，闡述了分離式臨時支撐體系及混凝土澆筑分層，優化了傳統“滿堂支架”式的支撐形式，既能減少施工臨時投入，又便于工作面的展開，提高施工進度，望為以后同類工程提供有價值參考。

參考文獻：

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[3]中華人民共和國交通部.JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

作者簡介：馬明（1974—），畢業院校：哈爾濱建筑大學，本科，學士。