单索面预应力混凝土部分斜拉桥施工关键工艺

桥 梁 收稿日期: 20060128;修回日期: 20060325 单索面预应力混凝土部分斜拉 桥施工关键工艺 庞建军 1, 2 (1. 南京工业大学 南京 210009; 2.江苏省常州建设高等职业技术学校 江苏常州 213016) 摘 要 部分斜拉桥是近年兴起的一种新型桥梁结构形式。介绍江苏省常澄高速公路三标段主桥,即单索面混凝 土部分斜拉桥施工过程中的关键工艺,包括大吨位临时锚固设计,预应力混凝土箱梁线形控制,以及新型斜拉索施 工等。 关键词 部分斜拉桥 锚固 线形控制 中图分类号 U445U488. 27 文献标识码 B 文章编号 10094539 (2006) 04000704 Key Construction Technology in Prestressed Concrete Partial Cable2stayed Bridges Pang Jianjun1,2 (1. College of Civil Engineering, NanjingUniversity of Technology, Nanjing 210009, China; 2. Jiangsu Changzhou HigherVocational School of Construction, Changzhou 213016, China) Abstract Partial cable2stayed bridges are a kind of new form of bridge structures in recent years . This articlemainly intro2 duces the key construction technology in the Chang2cheng highwaymain bridge of Jangsu Province, the prestressed concrete partial cable2stayed bridge, including the design of temporary anchorage of big tonnage, the line2shape main girder control and the new style cable2stayed construction, etc. Key words partial cable2stayed bridge; anchorage; line shape control 部分斜拉桥又被称为矮塔斜拉桥,是介于斜拉桥 与连续梁桥之间的一种新型结构体系,其出现是为了 填补连续梁桥(连续刚构桥)与斜拉桥之间的经济跨 度空白区段,一般适用跨径为100300 m。从外形特 点来看,部分斜拉桥主要表现为塔高较矮,边跨与主 跨之比大,主梁变截面,主梁上布索区段较短,桥塔附 近主梁中的无索区段较长,边跨梁端无锚固索。从受 力特点来看,部分斜拉桥兼具斜拉桥与连续梁桥的受 力特点,以梁的弯、 压、 剪和索的受拉来共同承担竖向 荷载,它的斜拉索可被看作体外预应力筋。 1 工程概况 常澄高速公路三标段主桥是一座跨度为(70 + 120 +70)m的三跨双塔单索面混凝土部分斜拉桥 (见图1) ,采用墩梁分离、 梁塔固结的结构体系。 主 图1 常澄路三标主桥(单位: cm ) 梁为变截面混凝土连续箱梁,顶宽28 m。索塔高 32. 5 m,为钢筋混凝土独柱实心矩形截面,纵桥向长 3 m,横桥向长2 m,布置在中央分隔带上,并与箱梁 固结。塔身上部设有鞍座,鞍座横桥向2排布置,中 心距为1 m。斜拉索在鞍座通过,每根斜拉索对应一 个鞍座,每个索塔设有8层,共16根斜拉索,两侧对 称锚于梁体。斜拉索采用平行环氧钢绞线加夹片群 锚体系,每根环氧钢绞线涂油脂后外裹PE防腐层,每 7 铁道建筑技术 RA I LWAY CONRUCTI ON TECHNOLO GY 2006 (4) 桥 梁 根拉索由31根 15. 24 mm环氧钢绞线组成,外套 HDPE套管,斜拉索最大索力控制为3 100 kN。 2 施工关键工艺 2. 1 大吨位临时锚固的设计 墩梁分离体系的桥梁,当采用悬臂施工时, 一般要设置临时锚固以抵抗施工中出现的不平 衡力矩。由于常澄路三标主桥跨径大、 桥面宽、 梁段重,根据设计要求,临时锚固要抵抗最大不 平衡力矩M= 135 000 kNm和最大竖向力N= 67 131. 4 kN。 结合主桥承台宽度较大(宽10 m) ,墩身不高 (约7. 4 m)的特点,采用刚度适中,连拉带撑的空钢 管锚固法:在墩身的两侧共设8根直径1 000 mm、 壁厚14 mm的钢管(见图2) ,每侧4根直立于主梁 4个腹板之下,两排钢管顺桥向间距为8. 6 m。钢管 上下两端通过24根 32螺纹钢筋焊接后,分别锚 于承台和主梁腹板内。这样,施工时产生的不平衡 力矩即由8根钢管承受。 图2 临时锚固钢管在承台上的平面布置(单位: cm ) 由于临时锚固钢管刚度适中,主梁悬臂施工过 程中,大部分块段重量由盆式支座承担(而拉撑钢 管的主要作用在于平衡不平衡力矩 ) , 这和成桥状 态接近,因此,只要保证T构悬浇过程中各块段立 模正确,那么,经第1次体系转换后,主梁各块段 (包括悬臂端)高程不会产生过大变化,确保中跨合 龙。而在大跨度连续梁合龙中,经过第1次体系转 换后,中跨合龙口处高程往往出人意料地偏差过大, 这不但影响线形美观,而且也使主梁增加次内力。 另外,由于采用空钢管,用氧气-乙炔切除较为方 便,实施中,解除临时锚固仅用了3 h,大大缩短了第 一次体系转换所需时间,而且整个过程平稳安全、 快 捷,大大减轻劳动强度。若采用粗钢筋+垫块锚固 墩梁,则凿除垫块时,不但劳动强度大,而且工期长, 再说施工中产生粉尘、 噪声也不符合环保要求。 2. 2 主梁线形控制 常澄路三标主桥主梁共划分为59个梁段,其中 0号、1号梁段采用墩顶现浇支架施工,墩梁临时固 结后,采用挂篮悬浇梁段,悬浇梁段长35 m不等, 最大悬浇梁段重约300 t,每个主墩悬浇梁段达12 对。主桥共有3个合龙段 (2 个边跨, 1个中跨 ) , 分 2次体系转换,第1次为每个主墩单T构通过边跨 合龙转换为单悬臂静定梁,第2次为2个单悬臂静 定梁通过中跨合龙转换为三跨连续梁。 由于大跨径悬臂施工连续梁的线形本来就较难 控制,再加上索塔和斜拉索影响,主梁施工线形控制 成了施工关键。经分析,影响主梁线形的因素有: (1)悬浇过程高程控制; (2)临时锚固类型; (3)边 跨合龙段的高程控制。 针对上述因素采取了如下相应措施,较好地控 制了主梁线形: (1)会同设计单位、 监理单位 认真分析主梁施工过程各工况变 化,复核挂篮(包括模板等)的真 实重量,实测混凝土弹性模量,从 而得到较为精确的理论立模高 程。同时成立主梁线形专门控制 小组,施工中严格按图3程序控 制梁段悬浇高程。 (2)优化临时锚固设计,采 用了刚度适当、 具有拉撑作用的 空钢管作为临时锚固,使主梁在 悬浇状态和合龙状态受力较为接近,解除临时锚固 整个过程平稳、 快捷,缩短了第1次体系转换所需时 间,避免体系转换后,因受力状况改变和混凝土徐变 原因而改变主梁线形。 (3)优化边跨现浇支架设计,使边跨现浇段浇 筑成形后,可以在支架上用手摇螺旋千斤顶适当升 降,这样,万一边跨现浇段沉降过大,或者主墩单T 构悬臂端由于徐变或温度等原因产生较大的高程变 化,可以调节边跨现浇段高程,使合龙口高程一致, 从而避免强行合龙。此外,为防止边跨合龙段浇筑 后边跨现浇支架沉降,设计时,应使边跨现浇支架有 足够的承载力和刚度。 8 铁道建筑技术 RA I LWAY CONRUCTI ON TECHNOLO GY 2006 (4) 桥 梁 图3 梁段悬浇高程控制程序 此外,采用宽幅挂篮悬浇,要注意混凝土均应从 每头挂篮中间往两边对称浇筑,以防挂篮产生过大 的扭转变形。 2. 3 新型斜拉索施工 2. 3. 1 主梁上埋置预埋管 预埋管埋置高程、 倾斜角是否正确,将影响斜拉 索的张拉质量和减振器的安装。通常,设计图纸只 提供成桥后的斜拉索预埋管高程和倾角。在悬臂施 工过程中,预埋管的高程和倾角均随着梁段混凝土 的浇筑、 挂篮前移、 斜拉索张拉等各种工况变化而变 化。因此,要先找出影响预埋管高程和倾角的主要 因素及影响情况,然后列出预埋管放样高程和倾角 值(表1) ,以指导施工。施工中,采用小型钢配合千 斤顶、 螺栓微调的方法安装、 固定预埋管。 2. 3. 2 索塔鞍座施工 部分斜拉桥与一般斜拉桥在构造上有所不同,其 中,一般斜拉桥的斜拉索在塔顶上锚固或张拉,而部 分斜拉桥斜拉索采用鞍座式在索塔上连续通过。鞍 座普遍采用双套管结构,双套管由截面直径不同却具 有相同圆曲线半径的两根钢管套在一起构成,外钢管 埋设于索塔内,内钢管置于外钢管内,斜拉索从内钢 管穿过并和内钢管固结在一起,以后如果需要换索, 则斜拉索和内钢管一起从外钢管旋出。施工完成后, 要求内钢管两端和索塔固结,以防斜拉索疲劳破坏。 表1 常澄路三标主桥预埋管放样高程和倾角值 块段号 (断面) 设计高程 /m 立模高程 /m 断面处高程 位移量/mm 断面到主塔 的距离/m 块段长/m 预埋管 设计角度 / ( ) 预埋管 设计高程/m 预埋管高程 位移量/mm 预埋管放样 高程/m 预埋管放样 角度 / ( ) 1314. 56114. 560- 159525. 12913. 423- 113. 42225. 129 8 1214. 57514. 568- 754525. 12913. 437- 613. 43125. 134 3 1114. 58814. 577- 1149525. 12913. 450- 1013. 44025. 138 7 1014. 60214. 588- 1444525. 12913. 464- 1213. 45225. 142 0 914. 61514. 600- 1539525. 12913. 477- 1313. 46425. 144 9 814. 62914. 615- 1434525. 12913. 491- 1213. 47925. 145 8 714. 64314. 634- 929525. 12913. 505- 813. 49725. 142 2 614. 65614. 645- 1124425. 12913. 518- 913. 50925. 1470 614. 78714. 8072024424. 87113. 6451713. 66224. 836 8 714. 80114. 8292829524. 87113. 6592513. 68424. 829 5 814. 81514. 8442934524. 87113. 6732613. 69924. 834 3 914. 82814. 8613339524. 87113. 6862913. 71524. 835 4 1014. 84214. 8793744524. 87113. 7003313. 73324. 835 2 1114. 85614. 8974149524. 87113. 7143613. 75024. 835 9 1214. 86914. 9134154524. 87113. 7273913. 76624. 836 6 1314. 88314. 9324459524. 87113. 7414413. 78524. 835 5 新颖的鞍座结构,首先要求内外套管的圆曲线 半径符合设计要求,以保证斜拉索的线形和倾斜角 度,同时,也保证以后换索时,斜拉索和内钢管可以一 起从外钢管旋出。此外,要求对鞍座的高程和中心点 进行精确定位,避免斜拉索在套管内的径向压力不均 匀而产生应力集中,或者斜拉索在套管口“ 受折 ”,从 而影响斜拉索寿命和导致减振器等无法安装。 施工中,首先在一个钢平台上定出鞍座的圆曲 9 铁道建筑技术 RA I LWAY CONRUCTI ON TECHNOLO GY 2006 (4) 桥 梁 线半径、 长度等关键参数控制点,然后对进场的鞍座 逐个进行复查,检查其关键参数是否正确,并逐一编 号、 记录。其次,会同设计部门,增加了索塔劲性骨 架。劲性骨架均由757510角钢构成。先预 埋在索塔中,然后采用小型钢配合千斤顶、 螺栓微调 的方法,确保鞍座的精确定位和固定。 2. 3. 3 张拉斜拉索 常澄路三标主桥斜拉索采用平行环氧钢绞线加 夹片式群锚体系,张拉时,先用等值张拉法进行单根 张拉,然后整体张拉至设计吨位。 (1)单根张拉 当梁体内常规纵向预应力束张拉完成后,前移 挂篮,就位后,即可进行斜拉索张拉。首先,每根斜 拉索各钢绞线按编号逐根挂索并随即用YLSD160 - 150型千斤顶进行张拉,张拉完一个编号后,再挂 下一个编号的钢绞线并随即张拉,如此循环,直至完 成每根斜拉索中31根钢绞线的单根张拉。 为使每根索中各钢绞线索力均匀,单根张拉时采 用等值张拉法。所谓等值,就是每根钢绞线在施工过 程中所持应力值相等。它是基于锚具相对于梁、 塔来 说可以看作一个点,梁、 塔受力变形对锚具内各根钢 绞线影响是相等的这一前提。张拉时,每根钢绞线的 拉力以控制压力表读数为准,传感器读数进行监测。 开始挂索时,就将监测传感器安装在第一根钢 绞线上,安装顺序为:支座垫板 传感器 单孔工作 锚。随后张拉的每根钢绞线的拉力即按当时传感器 的显示值进行控制。 挂索结束后,即拆出传感器,并按传感器拆除时 的读数再进行补张拉。 在单根张拉完每一根钢绞线后,应严格控制工 作夹片的跟进平整度。 在单根张拉过程中,中、 边跨应同时均衡进行加 载,力求两端伸长值的不均匀值控制在设计允许范 围之内。 单根张拉完毕,即进行整体张拉。 (2)整体张拉 整体张拉系统主要包括千斤顶、 撑脚、 连接套、 张拉杆和张拉螺母。 张拉系统部件质量大,安装时应借助手拉葫 芦将连接套、 张拉杆、 撑脚、 千斤顶、 张拉螺母依次 安装。安装时应保证系统整体的对中性满足整体 张拉要求。 确定初始张拉力。在整体张拉过程中,当锚 具螺母松动脱离垫板时,以此作为其伸长值的测量 起始点,即此时油表读数对应的张拉力作为整体张 拉的初始拉力。 整体张拉的初始拉力确定后,以此为起点分 级加载张拉至设计要求的(超)张拉值,测量各级伸 长值。最后旋紧螺母,千斤顶回油,