龍門(mén)大橋東錨碇散索鞍支墩支架設(shè)計(jì)分析

馬瀾錦，余陽(yáng)君

(廣西路橋工程集團(tuán)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(lái)自散索鞍散開(kāi)索股時(shí)的壓力，故散索鞍支墩多設(shè)計(jì)為傾斜結(jié)構(gòu)，避免承受偏心荷載。采用支架法施工散索鞍支墩時(shí)，支架剛度為主要的控制對(duì)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(tài)下的位移，避免散索鞍支墩底部的應(yīng)力集中，從而造成混凝土開(kāi)裂，對(duì)結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生不利影響。本文以龍門(mén)大橋東錨碇施工為例，分析并驗(yàn)證其優(yōu)化后的散索鞍支墩支架的性能，以期為同類(lèi)施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

廣西濱海公路龍門(mén)大橋是廣西在建的最大跨徑橋梁，處于欽州市境內(nèi)，與防城港市境內(nèi)的廣西濱海公路至欽州港區(qū)段龍門(mén)大橋西引道相接，該項(xiàng)目是廣西濱海公路重要的控制性工程。路線起點(diǎn)位于欽州市龍門(mén)港鎮(zhèn)西村淡水龍水庫(kù)附近，接濱海公路龍門(mén)大橋西引道工程，跨越茅尾海，終點(diǎn)接益民街與揚(yáng)帆大道交匯處，通過(guò)城市路網(wǎng)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(chē)道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，起點(diǎn)樁號(hào)為NK0+000.000，終點(diǎn)樁號(hào)為NK7+637.28，總長(zhǎng)7.637 km。其中，龍門(mén)大橋全長(zhǎng)6 087 m，主橋?yàn)閱慰绲鯌宜鳂颍豢邕^(guò)海，采用門(mén)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(fēng)嘴)。

東錨碇共設(shè)上下游兩個(gè)散索鞍支墩，散索鞍支墩高39.7 m，傾角為34.137°，沿橋軸線對(duì)稱(chēng)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(cè)墻處各有1個(gè)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(jié)構(gòu)，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(zhǎng)15.89 m、寬25.82 m，頂面長(zhǎng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

圖3 散索鞍支墩支架構(gòu)造示意圖(mm)

1.2 施工階段設(shè)計(jì)(圖4～6)

散索鞍支墩支架在錨碇S1、M1節(jié)段完成澆筑后開(kāi)始施工，因部分支架立于M2～M5錨塊節(jié)段上，支架搭設(shè)及散索鞍支墩、錨塊施工同步進(jìn)行。裸模施工階段完成S1～S2、M1～M2節(jié)段澆筑；第一階段完成支架第1～3排鋼管立柱及對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的施工，后施工S3～S4、M3～M4節(jié)段；第二階段完成支架第4排鋼管立柱及對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的施工，后施工S5、M5節(jié)段；第三階段完成支架全部結(jié)構(gòu)施工，后施工S6～S8節(jié)段及前錨室底板。

圖4 第一階段支架體系施工簡(jiǎn)圖

圖5 第二階段支架體系施工簡(jiǎn)圖

圖6 第三階段支架體系施工簡(jiǎn)圖

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 結(jié)構(gòu)建模

模型主要驗(yàn)證支架的材料性能是否可以滿(mǎn)足施工需求。所有結(jié)構(gòu)均采用梁?jiǎn)卧ⅲ⑺靼爸Ф詹捎米兘孛媪簡(jiǎn)卧ⅲ黝?lèi)支架構(gòu)件采用一般梁?jiǎn)卧Ъ苣０宀捎冒鍐卧鐖D7所示。因支架基礎(chǔ)為錨碇頂板混凝土表面預(yù)埋鋼板，故支架各處支墊采用固結(jié)；散索鞍支墩支架為被動(dòng)支撐體系，支墩與支架各分配梁及模板間的節(jié)點(diǎn)采用僅受壓的彈性連接。散索鞍支墩梁截面按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行HRB400縱向鋼筋、箍筋及構(gòu)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(shè)7個(gè)施工階段，分別對(duì)應(yīng)S3～S8節(jié)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(zhuǎn)為激活對(duì)應(yīng)的散索鞍支墩梁?jiǎn)卧Ｊ┕み^(guò)程中，支架主要受到濕混凝土及已澆筑節(jié)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(jì)算中采用“1.2恒荷載+1.4活荷載”的系數(shù)計(jì)算[2]。如圖8所示。

圖8 各階段施工模型圖

2.2 計(jì)算結(jié)果

支架體系計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表1，散索鞍支墩上下表面應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 各施工階段及對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果匯總表

表2 散索鞍支墩已澆筑節(jié)段上下表面應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表

經(jīng)計(jì)算，支架的臨界荷載特征值為13.95，滿(mǎn)足經(jīng)驗(yàn)值>4的要求，支架穩(wěn)定性可滿(mǎn)足施工需求。

3 結(jié)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(yīng)力為186.7 MPa，發(fā)生于前錨室底板澆筑階段，同階段發(fā)生次最大應(yīng)力為157.2 MPa，即支架整體受散索鞍支墩及前錨室底板同時(shí)壓迫為最不利工況。最大應(yīng)力值距強(qiáng)度指標(biāo)仍有一定富余，可作為部分安全儲(chǔ)備，支架搭設(shè)過(guò)程中應(yīng)重視柱間雙拼C25槽鋼的焊接質(zhì)量，并對(duì)焊接處的鋼管管壁做局部加強(qiáng)處理。對(duì)于近30 m高的架體而言，支架整體最大位移為14.7 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)容許值，實(shí)際施工中有利于散索鞍支墩的線型控制，可不對(duì)散索鞍支墩做預(yù)抬量要求。支架拆除時(shí)，部分桿件受力狀態(tài)臨近設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)自上而下優(yōu)先拆除應(yīng)力較高部分的桿件，避免支架失穩(wěn)、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(jié)段澆筑后整體懸臂長(zhǎng)度達(dá)到最大，根部前錨室底板產(chǎn)生最大拉應(yīng)力2.43 MPa，簡(jiǎn)化僅考慮臨近保護(hù)層的鋼筋受拉，采用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫計(jì)算公式[3]，散索鞍支墩最大拉應(yīng)力處混凝土表面最大裂縫寬度為0.189 mm，小于規(guī)范中要求的0.2 mm，說(shuō)明散索鞍支墩根部依照原有設(shè)計(jì)進(jìn)行鋼筋安裝即可滿(mǎn)足混凝土抗裂性要求。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)散索鞍支墩支架設(shè)計(jì)滿(mǎn)足施工要求，支架體系可靠。東錨碇施工過(guò)程中，支架體系應(yīng)用良好，未出現(xiàn)安全質(zhì)量事故。

(2)支架高度較高，在安裝支架的過(guò)程中需要嚴(yán)格把控各柱間聯(lián)系的焊接質(zhì)量，并對(duì)鋼管立柱做局部加強(qiáng)處理，避免管壁受較大應(yīng)力而出現(xiàn)變形。

龍門(mén)大橋東錨碇散索鞍支墩傾斜度大、高度高，對(duì)大鋼管支架體系的要求高。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)中的普通材料進(jìn)行施工，提升了經(jīng)濟(jì)效益。施工中架體的位移與設(shè)計(jì)分析基本一致，確保了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物規(guī)格、尺寸及性能與設(shè)計(jì)圖紙一致，為其他同類(lèi)工程施工提供了參考。