自锚式悬索桥宽幅混凝土箱梁施工支架优化设计
2018-03-05
一、工程概况
泓口大桥位于溧阳市泓口镇，主桥为双塔自锚式悬索桥结构，主桥跨布置为（52+102+52）m，主塔塔高为31.4m，全桥共2根主缆，吊杆顺桥向间距4.5m，中跨共21个吊点，边跨共8个吊点。主梁为双向预应力混凝土结构，混凝土等级C55；截面为Π型箱梁形式，主梁顶面全宽38m，横向设双向2%横坡。标准段桥梁中心线处梁高2.5m。梁端锚跨处梁高变化到4.2m，边箱梁顶板厚25cm，底板厚25cm，腹板厚45cm，支点附近中腹板厚变宽至150cm，边腹板厚变宽至95cm。锚跨段边箱采用实体截面。
地层土性自上而下可分为：第1层，亚粘土，层厚1.4m，重度19 kN/m3，第2层，淤泥质亚粘土，层厚8.6m，重度17.1 kN/m3，第3层，亚粘土，层厚4m，重度19.1 kN/m3，第1层，亚粘土，层厚1.4m，重度19 kN/m3，第4层，亚粘土，层厚4.6m，重度17.9 kN/m3，第5层，亚粘土，层厚15.6m，重度19.7 kN/m3.
二、施工方案简述
自锚式悬索桥结构体系是必须在主梁、桥塔做好之后再吊装主缆、安装吊杆，张拉吊杆并调索完成后才能拆除主梁临时支架，其施工步骤受到了限制，需搭建临时支架以安装主梁。通常全桥一次性采用满堂支架法或少支墩结合贝雷梁的膺架法完成主梁预制段的架设，支架及底模无法倒用，具有临时支撑系统投入数量大，占用时间长的特点，对施工的成本控制不利。为克服自锚式悬索桥结构体系的这种缺点，结合本工程特点及所处环境，对混凝土箱梁软弱土层施工支架优化设计，混凝土主梁施工共分三个阶段，首先采用落地支架原位分段预制，主梁的横隔梁处为大号钢管支撑，并直接打入地面以下25米，以满足支点承载力要求，上设可滑动式贝雷梁膺架支撑。待本阶段箱梁按设计张拉纵横向预应力后，沙箱落架后纵向拖拉滑动贝雷梁膺架至下一箱梁浇注段，箱梁重由贝雷梁膺架面支撑转换为横隔梁处大号钢管支墩少支点支撑，完成箱梁自重由面支撑到少支点支撑的第一次体系转换，依此循环完成箱梁预制，再安装主缆及吊杆，分批分阶段张拉吊杆，完成箱梁自重由支墩支撑转化为主缆悬吊方式的第二次体系转换，根据主梁预应力位置和搅拌站的生产能力，将主梁分为13.7+25.28+27.45+22.65+29.24+22.65+27.45+25.28+13.7米9段浇筑，在锚跨与第四段之间设置一段长度为2m的合拢段。首先施工两端锚跨段，长度为13.7m，一次性浇筑完成。然后施工主梁中间段，中间段从跨中向边跨对称浇筑，每个阶段分两次浇注完成。
三、结构分析
支架计算分三种工况：
1、工况一：混凝土浇注临时支架设计
支架在吊索横梁处设置钢支墩。钢支墩采用φ600*8螺旋钢管，横向位于箱梁腹板处，每排设4个钢支墩，钢支撑纵向间距同横梁均为4.5m。基础采用φ600打入钢管桩，入土桩长25m；其上设可滑动贝雷梁膺架，贝雷梁膺架支撑在钢支墩顶横梁上，横梁上设滚轮滑座。
在此工况下验算贝雷梁膺架强度、刚度及稳定性及基础沉降控制计算。
2、工况二：纵横向预应力张拉对第一次由面支撑体系转换到少支点支撑的支墩受力影响
考虑横梁张拉后中间横梁及桥面板重量将分配到边箱梁侧，在两侧边箱梁横梁处设置两个钢支墩，钢支墩采用2根φ600*10螺旋钢管，纵向间距为4.5m，横桥间距为5.52m。采用桥梁博士V3.1平面杆系程序建立模型，计算采用刚性支撑，对纵横向预应力张拉后标准段进行验算。
2.1、纵向施工钢束张拉前后支撑反力变化情况
分析纵向施工过程中，纵向钢束张拉前后各横梁下支撑反力的变化。第一施工阶段模型如下：
第一节段施工，钢束张拉前后，支撑反力如下表：
2.2．标准段横梁横向计算
分析横梁钢束张拉前后，支撑桩顶反力的变化。主梁下设二根临时支撑桩。此种模式计算模型如下，共60个单元，其中5、21、41、57为临时支撑桩位置。由于结构、钢束均对称，仅比较5、21二个支撑临时桩在横梁钢束张拉前后的反力变化情况，张拉前主梁中间段支架不拆，张拉后中间梁段之间可拆除。计算模型如下：
主梁应力能满足规范要求。
综上：单侧梁下采用两支撑，横梁钢束先张拉N1为最优施工方案。按最大支撑反力确定钢管桩入土桩长及桩径。
工况三：第二次体系转换对支墩影响
其特征是主缆上安装吊杆，再分批分阶段张拉吊杆，将混凝土主梁从钢管支墩转化为主缆悬吊方式。
吊杆张拉采用对称、分级等张拉值法，并对至少四个编号以上吊杆同步张拉，张拉分级进行，逐步到位，吊杆张拉过程中，主梁重量通过吊杆逐步转移到主缆上，由钢支墩承重转变到钢支墩与主缆共同承重，最后全部重量都转移给主缆承重模式。在此过程中，钢支墩支点反力逐渐减小，对主梁临时支撑不起控制作用。
四、结语
通过泓口大桥宽幅混凝土箱梁施工支架优化设计的工程实践，与以往此类桥梁常用临时支架施工方案相比，节约工程费用140万元，有效的解决了由于自锚式悬索桥型的特点所决定的占用临时支架量大时长的弊端，为此类桥梁的施工做了有益的尝试。
参考文献：
[1] 张志华用贝雷梁支架系统进行自锚式悬索桥主梁施工 中国市政工程2006年第5期
[2] 张 哲 混凝土自锚式悬索桥 人民交通出版社 2005
[3] 石占良，陈长明自锚式悬索桥钢筋混凝土主梁施工 桥梁建设 2004年第2期
