悬索桥混凝土加劲梁施工技术探讨
2018-01-22
1前 言
悬索桥是将两端锚固的主缆用两主塔柱支撑起来，在主缆上用多根吊索悬吊桥面
系形成半悬浮体系的桥梁结构形式。针对强台风、大地震的建桥环境，选用混凝土加劲梁的结构形式，能很好地适应大跨度预应力加劲梁特有的施工工序要求和后期变形不易控制的特点，并有效地解决了抗风要求（结构重而刚）与抗震要求（结构轻而柔）的矛盾。本文结合工程实例，主要对悬索桥混凝土加劲梁施工技术进行了探讨。
2 工程概况
拟建某大桥主桥为独塔自锚式悬索桥，总体布置为：南岸混凝土锚跨（39.64m+40m）+混凝土加劲梁（4×40m+30m）+主跨钢加劲梁（350m）+北岸混凝土锚跨（30m+29.6m）。
3混凝土加劲梁结构特点
3.1 设计概况
该大桥混凝土加劲梁与北岸锚跨联成一体。其跨径布置为39.64m+40m(北岸锚跨)+4×40m+30m(混凝土加劲梁)。混凝土加劲梁承受了约120000KN的水平轴向力，从而使混凝土加劲梁的上、下缘及全断面有较大的压应力储备，这样便省去了大量预应力束的布置。设计根据计算结果，没有配置纵向预应力束，混凝土加劲梁上、下缘在成桥和营运阶段均不出现拉应力。为保障在营运阶段混凝土加劲梁的最小压应力大于1MPa，仅在墩顶部位梁段上缘配置纵向预应力短束。
混凝土加劲梁的外部几何尺寸与主跨钢加劲梁完全一致，中心高度为3.5M，半幅桥标准断面采用单箱三室，顶板全宽23.25cm，底板全宽1370cm。
3.2 加劲梁在施工过程受力分析
混凝土加劲梁从外形、断面与常规的预应力混凝土连续梁相同。在其自重和车辆荷载作用下，主要受力特征是梁――受弯；但在自平衡的悬索桥体系里，受主缆的水平轴向压力作为压杆。所以相似于常规的连续梁，混凝土加劲梁断面采用了单箱三室构造，顶板、底板和腹板要厚，断面积要大，普通钢筋配得多，在跨中还设置了横隔板。
在施工过程中，混凝土加劲梁受力是变化的，承受了约120000KN水平轴向力，这需全桥合拢后，随着吊杆将主跨的加劲钢箱逐步吊起来，传力给主缆，主缆受到吊杆的作用，逐步产生垂直向上的拔力和水平轴向压力，并且要在整个桥面系等二期恒载全部完成后，才实现设计的受力状态。
加劲梁配置的纵向预应力束和少，按照常规连续梁配置预应力索，势必造成浪费，且成桥后，处于偏心受压状态，产生附加弯矩。所以施工过程特别注意这一点与常规预应力连续梁区别，来设计支架、支架基础和模板，认真处理好临时墩，保证混凝土加劲梁在施工过程中不开裂，逐步完成加劲梁施工过程的受力转换。
4混凝土加劲梁施工
4.1 支架基础、支架、模板
根据地质情况，北岸加劲梁下为覆盖层以中细砂可塑～软塑状粉质粘土，砂硕夹卵石为主，厚度为10～48m，下伏基岩为粉沙质沙岩，全强风岩2～4m。其下为弱风化、微风化岩。根据加劲梁混凝土荷载情况及技术要求，结合支架构造，相应的支架基础采用以下三种：
(1)在桥墩部位，利用承台平面作基础，对应立柱位置预留好钢筋和钢板。
(2)跨中临时墩纵向对应加劲梁横隔板位置，横向对应箱内腹板位置，采用D100cm钻孔灌注桩基础，嵌入弱风岩大于2.0m，单桩容许承载力约500吨，实际最大承载力只要270吨。
(3)在主墩与临时墩之间，横向对应于箱内腹板位置，采用D50cm的预应力管桩基础，单桩允许承载力为400吨，实际要求承载力仅170吨。桩基承载力经抽样试压，满足要求。桩顶平面位置有偏差，在桩顶上布置钢筋网，并浇注了横桥向钢筋混凝土系梁，用于调整偏位和支架D80cm钢管立柱接高。
支架构造：加劲梁支架由钢管立柱工字钢横梁、贝雷架纵梁组成。钢管立柱之间设置纵向、横向水平联系杆和斜向的剪刀撑，并将贝雷架纵梁与桥墩墩身用钢板楔电焊固定，保证整个支架的稳定性。
模板构造：底模由楔形木、横木枋、竹胶模板组成。楔形木作为模板高度调整和卸模装置。底模板顶面预留量考虑层叠层的空隙及木板压缩等残余变形，另加上钢管立柱的弹性变形；外侧模由三角型钢支架，钢管联系、木枋、竹胶模板组成。钢管将横向多排支架纵向联成整体，横向设置斜向钢管支撑，加上对柱螺辁，来抵抗外侧斜腹板浇注混凝土过程水平推力；内模均采用木支撑、竹胶模板、对柱螺辁。
4.2 钢筋、预应力、混凝土施工
混凝土加劲梁施工与常规的满堂支架浇预应力混凝土连续箱梁相同。支架、模板安装完成以后，用吊车将钢筋吊装入模铺设、绑扎，预应力索布置少，安装容易。
混凝土标号设计为C50，同锚跨一样采用商品混凝土，底板、腹板、顶板厚度稍厚，用混凝土泵车的布料杆直接伸入到模板内，浇注起来方便。
混凝土分两次浇注：第一次浇注底板和腹板的一定高度，混凝土结合面按施工缝凿毛，清洗干净；第二次将腹板模板拆除，安装顶板的内模后，再进行钢筋、预应力安装，浇注第二次顶板混凝土。
根据气候分析，该地区常年气温高，混凝土强度来得快，待浇注第二次顶板混凝土时。第一次砼均达到设计强度。考虑到第二次混凝土将受到第一次混凝土的约束，结合面产生抗压力而导致砼开裂，所以第二次顶板混凝土施工中均匀在桥墩和临时墩之间设置后浇带，以消除新老混凝土因收缩不均匀产生抗压力，避免开裂出现。
4.3 临时墩
前面所述混凝土加劲梁最终受力状态的实现需经历施工过程逐步实现的，所以40m跨中设置一个临时墩。
临时敦的作用支撑梁底，减少跨中正弯矩，同时又要求混凝土加劲梁底随着主缆水平轴向压力加大，在临时墩上能自由滑动，来逐步储备压应力，实现整个自平衡体系形成。
临时墩墩顶采用连续梁顶推施工的滑道构造。在钢管立柱顶上浇注2.0m高钢筋混凝土墩帽，再放上组合滑道板，滑道板由20mm厚钢板，上铺2mm厚不锈钢板组合而成，表面经处理达到一定光结度。滑板上铺上带储油槽的聚四氟乙烯橡胶滑板，涂上硅脂油润滑剂。在滑板盖上10mm厚钢板作为临时墩支点部分的底模板，这既是整个底模板的一部分又是独立的，当底模板卸下来后，临时墩部分底模仍支撑加劲梁底，并能够纵向滑动。
临时墩采用桩基础、钢管立柱，有足够的垂直承载能力。临时墩顶板纵向设置钢绞线、楔夹片式锚具组成的水平拉轩，控制因主缆轴向压力加大时，临时墩墩顶位移。
4.4 其它施工
（1）根据设计要求，考虑整个体系在主缆水平压力作用下的压缩量，将加劲梁范围内桥墩的支座上部朝锚跨方向设置预先偏量。
（2）混凝土加劲梁待钢混结合段完成以后，才整体合拢，合拢口混凝土浇注参照常规连续梁合拢工艺进行：采用临时刚性连接，在日温差最低时进行，浇注微膨胀混凝土等。
（3）混凝土加劲梁整孔合拢后，张拉墩顶部位上缘纵向预应力，才下降拆除底模，仅让跨中心的临时墩支承梁底，保证混凝土加劲梁在主缆轴向压力作用能够自由活动。
（4）全桥自锚式悬索桥自平衡体系形成后，在施工监控指导下，测得加劲梁跨中轴向预应力储备满足设计要求时，才拆除临时墩，完成整个结构体系完成。
5结 语
综上所述，选用混凝土加劲梁的结构形式，能很好地适应大跨度预应力加劲梁特有的施工工序要求和后期变形不易控制的特点，并有效地解决了抗风要求（结构重而刚）与抗震要求（结构轻而柔）的矛盾。本文主要分析了悬索桥混凝土加劲梁施工技术的应用，可供同类工程技术参考。
