超寬橋面矮塔斜拉橋合龍施工技術研究

萬會青

摘 要：文章以南寧市玉洞大道八尺江大橋為工程依托，簡要分析超寬橋面矮塔斜拉橋合龍段施工影響因素及相關施工工藝，并主要分析溫度荷載效應的影響，為以后類似工程施工提供經驗依據。

關鍵詞：預應力混凝土矮塔斜拉橋；合龍段；溫度荷載效應

1 工程概況

南寧市玉洞大道八尺江大橋主橋為55m+100m+55m矮塔斜拉橋，橋面寬54.5m，主梁為單箱三室結構，左右各設置一個箱體，中間為T型梁肋接橋面板形式，支點梁高5.5m，跨中梁高為2.5米，梁高按二次拋物線變化，箱梁截面一般構造如圖1所示，主塔為外包鋼結構形式，塔高17.5m，塔頂設置5對斜拉索，斜拉索錨具采用OVM250AT-31群錨體系。全橋劃分為2個0#梁段，12個支架懸臂施工梁段，2個邊跨現澆段，1個中跨合龍段。主梁采用支架懸臂澆筑施工，在河道內分節段對稱搭設懸臂澆筑支架，利用支架代替掛籃作為懸臂節段的澆筑平臺。

2 合龍施工工藝

2.1 合龍施工工藝流程

梁體不同的合龍溫度和體系轉換順序，將導致不同的成橋內力，后期收縮徐變及跨中撓度也不同。體系轉換指結構由雙懸臂T構合龍轉換為多跨連續結構的過程（文章主要論述三跨連續結構）。本工程為先邊跨后中跨的合龍施工順序，體系轉換順序為：邊跨現澆段施工→解除邊跨支座位移約束→邊跨預應力張拉→拆除主墩臨時支座→合龍段臨時鎖定，即完成體系轉換，合龍施工工藝流程如圖2。

體系轉換順序不同，將導致結構內力不同。邊跨預應力張拉前未解除邊跨活動支座的位移約束，因支座上下板螺栓的約束作用，影響邊跨結構的自由變形，將導致結構預應力度減小，結構壓應力儲備不足。主跨合龍（即勁性骨架焊接）前，未拆除主墩兩側的臨時支座約束，將導致主梁受臨時支座約束，影響主梁自由位移，主梁在溫度荷載作用下產生過大的次內力，影響結構的成橋應力。

2.2 合龍溫度及溫度場建立

2.2.1 合龍溫度。合龍溫度選擇原則：一天中最低氣溫，溫度變化幅度最小時段，且在未來的3天內均不會有較大的溫度變化，溫度變化幅度在10℃以內。合龍段施工提前從氣象部門收集氣象資料，并根據天氣預報，選擇最佳的合龍溫度，取日最低溫度，且溫度不高于20℃。合龍段施工過程中溫度荷載效應對結構產生的影響：（1）日溫度的變化引起混凝土熱脹冷縮，懸臂梁段長度隨之發生變化，導致合龍段產生軸力，合龍段砼澆筑的早期砼強度較低，在軸力的作用下合龍段砼產生裂縫。（2）在豎向溫度梯度作用下，合龍段產生不利彎矩，致使箱梁截面產生拉應力，若此時合龍段砼沒有壓應力儲備，合龍段可能開裂，對結構產生不利影響。

2.2.2 溫度場建立。中跨合龍前5天建立準確的溫度場，觀測晝夜的溫度變化，建立合龍口長度與溫度關系曲線如圖3。

2.3 溫度效應產生的軸力分析

溫度效應計算假定：合龍施工過程中保持合龍段處于受壓狀態，合龍段勁性骨架能抵抗溫度荷載引起的內力或者滑動支座，模板與梁體之間的摩阻力。滑動支座的摩阻系數取0.05。

合龍段軸力計算：合龍口鎖定主要是克服梁體因溫差變化產生的內力。當梁體溫度升高時，混凝土膨脹，對合龍段產生壓應力，當梁體溫度降低時，混凝土收縮，則合龍段產生拉應力，在合龍段混凝土未達到設計強度前，考慮合龍段所有內力均由勁性骨架承受。11#、12#墩設置臨時支座，按墩梁固結結構形式考慮，主梁因溫度變化產生的軸力按線性膨脹計算，則有結構受力體系簡化如圖4。

當N

考慮主梁合龍后梁體升降溫差為20°C，當梁體升降溫差比較大時，梁體會產生較大的軸向力作用。由于合龍段施工工期比較短，所以不考慮混凝土徐變的影響。

根據施工圖紙列出各梁段的截面幾何特性如表1所示。

根據方程式1和表1中的相關參數，可將式1中N求解為N=7.32×104kN

梁體升降溫是一個緩慢的過程，支座的摩阻力簡化為靜摩阻力計算，根據各支承節點的支反力可以分別計算出邊跨和中跨合龍后各個滑動支座的最大靜摩阻力，則有主梁合龍后，10、11#邊墩頂支座最大靜摩阻力f：

主梁合龍后升降溫對梁體產生的軸向力N=7.32×104kN>4492.5kN，可知梁體升降溫產生的軸力大于10、11#墩滑動支座的最大靜摩阻力，故支座會產生滑移，所以根據式2，可計算出梁體因升降溫而產生的軸力N=f=4492.5kN。

2.4 勁性骨架設計施工

2.4.1 勁性骨架設置。將原設計圖紙的內置式勁性骨架優化為外置式勁性骨架，采用19組雙I25a焊接，并用綴板連接，每組勁性骨架采用6組角焊縫焊接，勁性骨架大樣如圖5。

勁性骨架作為合龍段施工的主要臨時構件，其主要作用為合龍段混凝土未達到設計強度前，作為合龍段的臨時拉撐構件，承擔合龍段在溫度荷載效應作用下產生的內力。其設置的形式和數量直接影響合龍段施工操作的難易程度及施工經濟成本。

勁性骨架采用形式有內置式和外置式，常采用工字鋼、槽鋼、鋼管等型鋼構件進行加工制作構。對于高墩大跨連續剛構橋，由于合龍段施工需施加頂推力，常采用內置式勁性骨架結構。本橋設計為內置式勁性骨架，根據常規懸臂施工連續梁橋的經驗，將內置式勁性骨架變更為外置式勁性骨架，并列出優缺點對比如表2。

2.4.2 勁性骨架計算。采用19組雙I25a焊接，并用綴板連接，每組勁性骨架采用6組角焊縫焊接。

（1）勁性骨架承載能力驗算：

2.5 合龍方式及合龍段配重

主梁采用支架懸臂澆筑施工，在河道內分節段對稱搭設懸臂澆筑支架，利用支架代替掛籃作為懸臂節段的澆筑平臺。主跨合龍段采用支架法進行合龍，合龍段混凝土重量由合龍支架承擔，減少了梁體懸臂端變形，現場配置兩臺混凝土地泵進行澆筑，保證合龍段在初凝前混凝土完成澆筑，無需在合龍段兩側進行等效配重，降低了合龍段施工操作的難度，節省了工程成本。

2.6 合龍束設置及張拉力計算

2.6.1 合龍束設置。合龍段在緩慢的降溫過程中，梁體發生收縮變形，導致梁體合龍口發生開裂，為防止合龍段收縮開裂，解決溫度荷載效應的不利影響，在合龍段進行合龍束預應力張拉，使合龍段混凝土處于受壓狀態。合龍束需克服降溫產生的拉力，該拉力的大小為支座滑動產生的摩阻力和梁體降溫產生軸力的較小值。

2.6.2 合龍束張拉力計算。合龍段在緩慢的降溫過程中，合龍束需克服降溫產生的拉力，該拉力的大小為支座滑動產生的摩阻力。

2.7 勁性骨架及臨時束張拉鎖定施工要點及注意事項

（1）合龍鎖定應在日最低氣溫下快速進行，且應保證勁性骨架焊接質量，合龍溫度約為20℃為宜，合龍鎖定在鋼筋綁扎后、混凝土澆筑前進行。施工時，型鋼長度根據鎖定位置的實際距離下料。（2）鎖定前應實測兩懸臂端實測合龍口的位置和距離、相對高差，并要求合龍時兩懸臂端相對高差不大于1cm，軸線偏差不大于1cm。

3 理論計算值與實測結果對比分析

根據施工監控單位提供的實測與理論數據，對主跨跨中截面上下緣成橋后的正應力及勁性骨架張拉后的應力值進行了對比，數據對比值如表4。

根據跨中截面實測與理論數據進行了對比分析，最大偏差值4.3%，理論計算與現場實際情況較吻合，合龍段施工質量受控。

4 結束語

文章通過工程實例計算矮塔斜拉橋合龍過程中升降溫對梁體產生的荷載效應，通過理論計算，對合龍段勁性骨架進行了優化設計。合龍段采用支架方式合龍，減小了懸臂端的撓動和變形，在混凝土初凝前保證合龍段澆筑完成，故取消合龍口兩端的配重，降低了施工操作的難度，節省了工程成本。通過理論與現場實測數據對比分析，成橋應力與設計相吻合，避免了橋面合龍口發生開裂現象，合龍段施工質量受控。文章的計算結果精度基本能滿足現場施工需要，為以后類似工程施工提供依據。

參考文獻

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