斜拉索橋塔梁同步施工技術研究

周喜祥

摘要 文章以某大型斜拉索橋所采取的塔梁同步施工技術為例，結合工程實踐應用，梳理了所應用的塔梁同步施工技術要點，主要包括主塔、主梁同步施工技術要點，以及同步施工帶來的索力、主梁以及索塔的應力應變影響，可為同類斜拉索橋塔梁同步施工提供技術參考。

關鍵詞 斜拉索橋；塔梁同步；施工技術；應力應變；影響研究

中圖分類號 U448.27文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0132-03

0 引言

塔梁同步施工雖然具有一系列新優勢，但在塔梁同步配合施工和塔梁應力應變把握控制上存在研究需求和技術應用挑戰。該文以某大型斜拉索橋采取塔梁同步施工作為案例，結合工程應用，梳理介紹所應用的塔梁同步施工技術要點，并通過工程有限元分析成果，探討同步施工帶來的塔梁應力應變影響，旨在為同類斜拉索橋塔梁同步施工應用提供技術參考。

1 案例情況

案例是一座特大型雙塔斜拉索橋梁，全橋總長度為1 380 m，跨度組合為“50×3+50×4+（155+360+155）+（40+50×3）+50×3”。速度設計80 km/h，公路-Ⅰ級荷載標準，峰值地震加速度0.05 g，設防按0.10 g控制。鉆石結構主塔，高192.08 m，由基座、塔墩、上下塔柱、塔冠、上下橫梁等構成，基座、塔身、承臺、橫梁的表面增設一層帶肋焊固鋼筋網。主梁采取“Π”型邊主梁型式，主梁高2.50 m，頂面全寬27.0 m，頂板厚度0.32 m，雙向設置2%的橫坡。8#塔墩處主塔與主梁通過下橫梁臨時固結，索塔采取塔梁同步方法施工。9#塔墩處主塔與主梁通過下橫梁永久固結，索塔采取先塔后梁方法施工。

2 塔梁同步施工技術要點

2.1 主梁同步施工技術要點

（1）主梁的0#、1#、1'#、24#、24'#梁段采取了墩旁舉架現澆方法施工，安裝完托架后，需要預壓以滿足荷載要求。在施工24#、24#梁段時，舉架另側須施加平衡重，以確保7#、10#墩安全。

（2）第2#～22#梁段采取前支掛籃懸澆方法施工，其中前支掛籃的載承能力要求達到540 t。中支撐點與已澆梁段的前端距離0.50 m，滿足垂直向下的作用力280 t，支撐點與后錨點的距離參考梁段長度調節，滿足垂直向上的作用力80 t。作業時，應盡量選取符合上述要求的前支撐點掛籃。懸澆作業前，有必要給予預壓，預壓載荷不得低于1.2倍的掛籃載承能力。

（3）在主梁雙懸臂澆筑施工中，混凝土澆筑、掛籃、鋼束張拉和移動機具等，都必須按梁上施工圖和監控指令進行。為了確保施工安全，應盡可能地減少在梁上堆放材料或機具，必須堆放的應對稱堆放。在特殊情況下，兩側不平衡重只允許10 t差異。

（4）主梁23#和23'#梁段屬合龍段，采取吊架施工，吊架重量按30 t配備。邊跨23#梁段先合龍，主跨（23#梁段）再合龍。澆筑合龍段混凝土時，采取預壓重法，即先在合龍段的兩端加水箱，按該段一半的混凝土重量注水壓重。邊澆筑混凝土邊放水。灌完壓重水后再焊接剛性攏段連接。設計合龍溫度為10～15 ℃，為盡可能減少溫度影響，要求焊接剛性攏段連接、臨時固結解除操作中的應盡可能地選擇低溫時段進行，確保混凝土不會因大幅度或過快降溫而開裂。合龍段混凝土澆筑要快，一定要確保合龍剛性連接穩定可靠，并且與梁端預埋件焊接牢固。合龍段混凝土滿足設計強度和齡期后，應盡快進行合龍鋼束的張拉操作。

（5）主梁應與橫梁同時澆筑，由懸臂端向已經澆筑好了的塊件澆筑，斷面規格要嚴格控制。張拉橫梁的預應力鋼束的操作順序應按設計要求進行。

2.2 主塔同步施工技術要點

（1）在主塔作業中，允許誤差要求如下：柱體斷面允許誤差±20 mm，軸線允許誤差±10 mm，傾斜度≤塔高/3 000，塔頂高程允許誤差±10 mm，錨點高程允許誤差±10 mm，錨具軸線允許誤差±5 mm。

（2）采用冷壓鋼筋連接器或強直螺紋連接器進行塔柱垂向主筋接長。同截面的主筋接頭數量不應該超出25%全部主筋數量。主筋和捆筋交叉處，均采取點焊予以固定。

（3）可以分次澆筑上塔柱、上橫梁、下橫梁的混凝土，一定要達到設計強度級別的85%強度，齡期≥4 d后，方能施加預應力。張拉順序和張拉噸位遵照設計標準。所有鋼絞線均須同時兩端張拉。張拉應力要求按照鋼束引伸量與張拉噸位設施雙重控制，但以張拉噸位為主[1]。

（4）施工順序及措施。在操作過程中，應使橫梁及塔柱符合設計應力狀態，工程隊應提前制定操作方案。案例塔柱的斜度較大，因此在上塔柱配置3道臨時撐桿，在下塔柱配置1道臨時拉桿，并進行預頂。具體要求：

1）臨時桿配置：塔柱模板超過臨時桿標高時配置，同時對上塔柱臨時桿加施水平預頂力，預頂力大小執行設計要求。

2）臨時桿結構：鋼管，壁厚12.00 mm，徑值≥800 mm，應支撐于塔柱實心部分。撐桿傳力可靠，緊密連接，拉桿配置12Φ15.24 mm的預應力鋼絞線2根，并預先給予拉張。

3）臨時桿拆卸：完成下橫梁的預應力張拉后，及時拆卸下塔柱所配臨時拉桿，之前則不應拆卸。當完成塔冠施工后，可以拆卸上塔柱所配臨時撐桿。工程隊應根據上述要求，制定臨時桿配置圖，并向設計單位報告。

4）上、下橫采用支架現澆施工，待完成橫梁預應力張拉后，方可拆架。工程隊應將支架結構、塔上反力點相關配備設計以書面形式通知設計單位，以便給予必要的驗算。如果需要在塔上布設其他設施，也應該提前向設計單位提交書面通知。

（5）塔座、下塔柱、承臺、塔墩的底部實心段，塔柱與橫梁連接實體段，均屬于大體積混凝土筑體，為加強水化熱控制，工程隊在施工前應根據水泥、集料等材料的熱性，合理確定配合比和給予必要的溫控設計。施工過程中應采取配置冷卻管、降低入模溫度、縮短齡期差、加強養生等措施，降低混凝土水化熱，以防水化反應導致混凝土開裂。

（6）9#塔墩采取墩、塔、梁固結，在下橫梁混凝土澆筑時，應同時澆筑0#節段內塔中線兩側3.25 m范圍的橫梁和主梁的混凝土，強度達到要求后，方可進行塔下橫梁鋼束的預應力張拉。

3 同步施工的塔梁應力應變影響

案例特大橋8#塔采取塔梁同步施工方式，9#塔則采用先主塔后主梁的施工方式。這里以有限元模擬分析結果，揭示同步施工對塔梁應力應變影響情況。

3.1 索力影響

在斜拉橋的施工過程中，索力一直是重要的質量和安全控制技術項。斜索與成橋應力形變關系密切。有限元模擬分析獲得的兩種施工方法的索力影響結果見表1所示。表中的同步索力為8#塔同步施工中7對斜拉索的索力值，非同步索力為9#塔7對斜拉索的力值[2]。

表1數據顯示，兩種施工方式的索力狀態存在差異，但差異百分率卻都在±1%范圍內波動，相對誤差最大值為0.86%，這顯示兩種施工方式的索力影響均比較小，均可以滿足索力張拉施工控制的最大允許誤差為2%的設計要求。值得注意的是，初始索力呈現同步施工比非同步施工要低，但成橋索力則普遍相對要大，這表明同步施工帶來的索力變化相對要大。為了工程安全，同步施工過程中應通過7根斜拉索的張拉調整，以確保兩側索力平衡。

3.2 主梁應力影響

有限元模擬分析獲得的兩種施工方法的主梁應力影響見表2所示，8#和9#塔相對應的斷面均以同一編碼表示，壓應力為正，拉應力為負，單位為MPa。

表2數據顯示，表中無負值，意味主梁上下緣均只承受了壓應力，兩種施工方式的主梁上緣的應力最大差值僅0.05 MPa，顯示主梁上緣的應力影響比較小。但在主梁下緣，同步作業方式下的應力值相對大一些，意味存在一定影響，但是考慮均為壓應力，并且其應力值比較小，可以滿足保證同步施工安全。顯然塔梁同步施工方法的主梁應力影響并不大。

3.3 索塔應力應變影響

同步與非同步施工方式帶來的主梁應力應變終究要反映到索塔的應力應變上。為了確保分析準確性，這里將8#塔改為非同步施工，然后對不同施工方案的應力應變影響進行比較分析[3]。

（1）應力狀態比較。主塔內外側的應力曲線顯示，同步施工的壓力值普遍低于非同步施工的壓力值，并且塔外側的應力差值比內側的要低。在采取同步施工方案時，塔恒載所下傳的軸向力相對小，所以導致此差異。因此，同步施工控制過程中，要特別注意防止張拉斜拉索后，主塔由于壓力安全積累不足而發生拉應力影響，這對保證施工過程中結構的安全至關重要。

（2）應變狀態比較。對不同工況下8#塔的偏位結果進行了對比，具體結果見表3所示。其中向左水平移位為正，向右水平移位為負，向上豎向移位為正，向下豎向移位為負。

表3模擬結果顯示，同步施工方法對索塔的形變影響非常小，其中最大水平移位差值不到1 cm，僅在0.13 cm。豎直移位差值稍大一點，但最大差值不超過2 cm，僅在1.78 cm。上述分析結果顯示，塔梁同步施工方式對索塔形變影響均在允許誤差范圍內，無需額外采取形變控制措施。

4 結語

綜上所述，該文介紹了所應用的主塔同步施工技術要點和主梁同步施工技術要點，并通過有限元仿真模擬分析，探討了同步施工帶來的索力、索塔的應力應變影響。分析結果顯示，塔梁同步施工方法對主梁應力應變影響并不大；雖然對主梁形變影響較小，但為了確保最終合龍前兩側的線型一致，還是需要加強對施工中塔梁線型和標高的檢測和控制，避免最終合龍時積累出現較大的誤差；塔梁同步施工方式對索塔形變影響均在允許誤差范圍內，無需額外采取形變控制措施。

參考文獻

[1]汪勁豐. 預應力混凝土斜拉橋施工控制的關鍵技術研究[D]. 杭州：浙江大學， 2003.

[2]王雙勝. 預應力混凝土斜拉橋施工控制仿真分析[D]. 成都：西南交通大學， 2007.

[3]孫全勝， 孫永存. 斜拉橋塔梁同步施工與控制技術的研究[J]. 公路， 2007（4）： 88-91.