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摘要：本文主要针对悬索桥加劲梁的施工技术展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对主桥加劲梁施工的特点和难点作了简要分析，并给出了一系列相应的措施及施工工艺，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：悬索桥；加劲梁；施工技术
0 引言
所谓的加劲梁，是承受风载和其他横向水平力的主要构件，并主要起到支承和传递荷载的作用，在悬索桥的建设施工中有着极为广泛的应用。因此，为了悬索桥的施工质量，我们就需要针对施工的特点及难点，采取有效的措施和工艺，做好相应的施工。基于此，本文就悬索桥加劲梁的施工技术进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 工程概况
某市政桥梁全长757.07m，主桥为双索面自锚式混凝土悬索桥，主跨100m，边跨40m，协作跨30m，主桥加劲梁全长240m。
加劲梁为预应力钢筋混凝土结构，5跨连续，中心梁高2.7m，顶板厚0.25m，共设2道箱形截面纵梁，纵梁在塔柱处开口供主塔塔柱穿过。加劲梁纵梁箱室宽4.75m，腹板厚0.6m，底板厚0.3m，腹板内设纵向预应力束。每根吊索下设横梁，横梁为T形断面，中心梁高2.7m，外侧悬臂端部高1.2m，腹板厚0.28m，内设横向预应力束，在吊索通过处厚度为0.7m，悬臂段厚0.36m；横梁纵向基本间距5.0m，与吊索一一对应。另外每个主塔两侧各设1道，全桥共计35道横梁。主跨纵梁一般构造图、中横梁一般构造图和中横梁平面图如图1所示。
3 主桥加劲梁施工特点和难点
3.1 加劲梁临时支撑系统要求高
采用大型临时支架体系进行加劲梁现浇，临时支架体系在主缆和吊索张拉调整结束、完成桥梁体系转换之前一直承担全桥自重和施工荷载，因此支架必须结构稳定，满足承载要求、变形可控、且具抗洪和临时通航能力。支架在完全成桥之前不能拆除。
3.2 大体积混凝土一次性浇筑难度大
主桥加劲梁采用5跨连续预应力钢筋混凝土结构，施工时需根据5跨连续预应力钢筋混凝土加劲梁的结构受力特点，合理设置施工缝，科学组织施工。
4 解决方案及施工工艺
本文重点就主桥加劲梁中跨及边跨的施工进行介绍。主桥加劲梁锚箱横梁及协作跨箱梁的施工方法另作专题介绍。主桥加劲梁中跨和边跨采用以梁柱式临时支架为主的支撑系统和分段、分次现浇混凝土的施工技术，具体做法如下。
4.1 基础、支架施工
主桥边跨、协作跨及主跨河岸处支架采用满堂碗扣支架，中跨在河床处采用梁柱式支架。主跨河道处支架采用双排梁柱式支架，主河道处为保证通航，跨径设计为16.5m，其余跨径为12m，支撑系统跨径组合从10号墩向9号墩方向为（12+16.5+12×3）m。河道中支撑系统基础采用φ529mm（或φ600mm）钢管桩，钢管壁厚均为7mm，打入深度根据不同位置分别设计，横桥向钢管桩间距为（3.3+1.45+2.1+1.45+3.6×2+3.675×2+3.6×2+1.45+2.1+1.45+3.3）m，钢管桩高度根据不同断面箱梁底标高和支架模板高度确定，钢管之间用L12.5作为剪刀斜撑。岸上钢管桩下的基础采用φ800mm灌注桩，入土深度根据不同位置分别设计。在钢管顶部焊接80cm×80cm×2cm（边墩为50cm×50cm×2cm）钢板，钢管桩顶面设置纵向双肢I56分配梁，然后放置横桥向2I32，2I28（或3I32，3I28），顶面设置20cm高槽钢盒子，用以落架。槽钢盒子上面设置纵向321军用贝雷梁片，贝雷片在纵梁箱室下间距为0.45m，吊杆处为留出张拉作业空间，贝雷片间距为1.2m，翼缘板下的贝雷片间距为1.2m×2+0.9m，中间行车道部分布置间距为1.2m。钢管桩长度和结构形式根据以下计算过程确定。
4.1.1 管桩承载力计算
跨径组合从10号主墩向9号主墩方向依次为12m+16.5m+12m×3。以吊索锚固处主桥纵梁底钢管桩计算为例，介绍钢管桩的相关算法。
经计算，吊索锚固处梁体自重156.41kN/m，中横梁自重215.18kN，施工及人群荷载33.8kN/m，单片贝雷梁自重1.0kN/m，2I28工字钢自重：7.35kN，2I40工字钢自重：11.42kN，2I56工字钢自重：25.5kN。
求得计算均布荷载为：q=156.41+1.0×10+33.8=200.21kN/m，集中荷载F=215.18kN。计算简图如图3所示。
图3 计算简图（单位：cm）
解得各支点反力分别为：P1=1014.62kN，P2=3967.88kN，P3=3605.35kN，P4=2606.96kN，P5=3369.15kN，P6=1146.92kN。考虑1.2安全系数后，得出各支点处每根管桩的承载力分别为：R1=1.2×（1014.62+7.35）/4=306.59kN；R2=1.2×（3967.88+11.42+25.50）/8=600.72kN；R3=1.2×（3605.35+11.42+25.50）/8=546.34kN；R4=1.2×（2606.35+11.42+25.50）/8=396.58kN；R5=1.2×（3369.15+11.42+25.50）/8=510.91kN；R6=1.2×（1146.92+11.42+25.50）/4=346.28kN。
4.1.2 管桩入土深度计算
中墩主跨钢管桩采用管径600mm，壁厚t=7mm（桩号K17+375.4）。根据上述计算确定，吊杆位置中墩各钢管处最大承受压力分别为600.72，546.34，346.28kN。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63—2003，中沉桩的容许承载力公式为：
式中：［Ra］为单桩轴向受压承载力容许值（kN）；U为桩身截面周长（m），U1=πd=π×0.6=1.885m；U2=πd=π×0.529=1.6619m；n为土的层数；li为局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；qik为与li对应的各土层与桩侧摩阻力标准值（kPa）；qrk为桩端处土的承载力标准值（kPa），根据JTGD63—2007表5.3.3－5按粉细砂考虑选取3000kPa，亚黏土考虑选取1000kPa；αi，α分别为沉桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力影响系数，αi，α取1；Ap为桩端截面面积，Ap1=0.01304m2，Ap2=0.01148m2。
根据《岩土工程勘探报告》及施工图，管柱支架施工区域的土层分布主要为亚黏土1.5m（土层顶标高为0.0m）、淤泥质亚黏土7m、亚黏土夹压砂土3.35m、亚黏土4.7m、粉细砂10.0m等，桩周土的极限摩阻力分别为35，20，25，55，45kPa，持力层选为粉细砂，桩尖处粉砂土的承载力标准值取qrk=3000kPa，亚黏土层的承载力标准值取qrk=1000kPa，河道冲刷考虑1m。
以桩号K17+375.4m处钢管桩为例，该桩位处吊杆位置处钢管承受压力600.72kN；管桩打入粉细砂层4.0m，则［Ra］=693.21kN＞600.72kN，满足要求。钢管桩桩底标高为：（1.5+7+3.35+4.7+4.0）=－20.55m，钢管桩长：7.376－（－20.55）=27.926m，式中7.376为钢管桩顶标高，采用28m长钢管。其他桩位处钢管桩算法与此相同。
4.1.3 管桩稳定性验算
以桩号K17+375.4m处吊杆位置下钢管桩为例，钢管管径600mm，壁厚t=7mm，钢管承受压力N=600.72kN，截面回转半径：r=错误！未找到引用源。，式中D=600mm，d=600－2×7=586mm，求得r=210mm。
钢管截面面积A=13040.75mm2，钢管自由长度为：7.376m，钢管长细比：λ=l/r=35＜80，φ=1.02－0.55（（λ+20）/100）2=0.8536。
稳定性验算：
σ错误！未找到引用源。A=54MPa＜［σ］=145MPa，满足要求。
4.1.4 贝雷片受力计算
计算宽度取1m，跨径组合从10号墩向9号墩方向为（12+16.5+12×3）m，吊索处加劲梁贝雷梁平均间距55cm，桥梁中间贝雷梁间距120cm。以通航孔16.5m吊索处跨贝雷梁为例，按简支梁均布荷载与集中荷载分别计算贝雷片内力。
吊索处均布荷载：q=28.83kN/m，吊索处集中荷载：P=23.66kN。贝雷片容许弯矩［M］=788.2×1/0.55=1433.09kN•m，容许剪力［Q］=245.2×1/0.55=445.82kN。贝雷梁受力如图4所示。
图4 计算简图（单位：cm）
求出：Mmax=1134.91kN•m＜［M］=1433.09kN•m，Qmax=285.17kN＜［Q］=445.82kN，均满足要求。
单片贝雷：惯性矩I=250497cm4，弹性模量E=2.1×105MPa，截面抵抗矩W=3578.5cm3，跨中最大挠度：f=（f1+f2+f3+f4+fq）×0.55，其中：根据挠度计算公式：错误！未找到引用源。，集中荷载作用下产生的挠度分别为：f1=172.4/（EI），f2=1939.5/（EI），f3=1956.6/（EI），f4=308.9/（EI）。
均布荷载作用下产生的挠度：
f3=错误！未找到引用源。=5×28.83×16.54/（384EI）=27824/（EI）。
f=（172.4+1939.5+308.9+1956.6+27824）×0.55/（EI）=33.67mm＜L/400=41.25mm，满足要求。
4.1.5 横向工字钢和纵向分配梁计算
分别根据横向工字钢和纵向分配梁所承受的荷载求出其支点反力和内力（最大弯矩和最大剪力），再求出其应力和剪力，然后跟容许应力和容许剪力比较，判断是否满足要求。
经计算，横向工字钢和纵向分配梁的受力均满足要求，限于篇幅，此处不再详述。
4.2 底模施工
在加劲梁底板下的贝雷片上弦横向铺设10cm×10cm木方，间距50cm，中横梁下铺设10cm×10cm木方，间距25cm。木方横向长度随桥梁底板宽而定，比底板一边宽出0.2m。放出底板的中心线和两外缘线，并测出3条线的高度，根据模板设计和底模结构以及预留的沉降变形量出木方的顶面高程，用双木楔或木板条调整木方标高，在调好标高的木方上纵向铺设10cm×5cm木板，间距20cm，然后在木板上铺设1.3cm厚竹胶板做底模。
翼板下贝雷片上，横向铺设10cm×5cm木板，木板上搭设碗扣支架，支架顶托上横桥向放置10cm×10cm木方，在调好标高的木方上纵向铺设5cm×10cm木板，间距30cm，然后在木板上铺设1.3cm厚竹胶板做底模。通过结构验算，底模系统满足强度和刚度要求，限于篇幅，计算过程此处不作详述。
4.3 主桥加劲梁混凝土浇筑施工
主桥加劲梁采用C50混凝土，共8695m3，其中主跨纵梁（包括中横梁）4624m3，边跨及端横梁1371m3，锚横梁2700m3。主桥加劲梁为大体积混凝土，混凝土一次性浇筑困难较大，按照从加劲梁两边到中间的浇筑顺序实行分阶段浇筑，共分为3个施工阶段，分别为：第1阶段浇筑锚横梁和协作跨；第2阶段浇筑边跨（35m长节段）和部分中跨段（23m长节段）；第3阶段浇筑跨中。3个阶段对应的浇筑长度分别为：35，58，54m，如图5所示。各阶段的混凝土用量为2036，1541，1542m3。
图5 加劲梁混凝土浇筑分段划分（单位：cm）
（1）第1阶段混凝土浇筑
对于第1阶段河东、河西两个锚横梁和协作跨混凝土的施工，分上、下两层分次浇筑，第1层（下层）混凝土浇筑至锚横梁与协作跨和边跨底板的交角处，锚横梁第2层（上层）混凝土分左、右两幅分别与协作跨左、右幅混凝土同时进行浇筑（协作跨浇筑到顶板倒角位置，协作跨左右幅顶板混凝土最后一次性浇筑），每次混凝土浇筑量约为679m3。浇筑锚横梁下层混凝土时，锚横梁内上层2层钢筋网片暂不绑扎，混凝土振捣工可以在锚横梁内进行操作，确保下层混凝土振捣质量。第1阶段浇筑分块如图6所示。
图6 锚横梁及协作跨混凝土浇筑分块（单位：cm）
为使上、下2层混凝土结合紧密，在下层混凝土浇筑完后，下层混凝土顶设置长1.0mφ16钢筋作为锚固钢筋，伸入上、下2层混凝土结构各50cm，锚固钢筋纵、横向间距均为1.0m。下层混凝土浇筑完成达到一定强度后，及时将顶表面进行凿毛，以保证上下2层混凝土结合牢固。
（2）第2阶段和第3阶段混凝土浇筑
第2阶段和第3阶段混凝土浇筑，每个阶段均分2层进行浇筑，分层边线为顶板与腹板的交角处。每次浇筑量约为770m3。各施工段底板及腹板钢筋、预应力管道及钢束施工完成，经检查无误后，进行第1次混凝土浇筑，先浇筑底板混凝土，底板浇筑完成后浇筑腹板，腹板浇筑顺序按水平分层纵向分段原则进行。底板、腹板混凝土达到一定强度后，进接合面凿毛，支立顶模绑扎顶板钢筋，检查符合要求后，浇筑顶板混凝土，浇筑时先沿桥梁纵轴线由低向高处推进，顺序是先中间后两翼，保持翼板同步。浇筑顶板时注意在每个箱室顶板中间预留1.2m×0.8m作业人孔，以方便施工人员进行内模板拆除作业。上段混凝土结合面模板拆除后将结合面严格按规范要求进行凿毛处理，并在浇筑下段混凝土结合面时将上段混凝土结合面用净水充分湿润。
（3）施工效果
按分阶段、分层浇筑的原则，每次混凝土浇筑量均在700m3左右，浇筑时间控制在24h以内，解决了现浇加劲梁大体积混凝土一次性浇筑量大、水化热高的技术难题，使加劲梁施工有序、均衡地进行。从混凝土的施工质量来看（包括外观质量和内在强度），各方面均能满足要求。
5 加劲梁施工监控
自锚式悬索桥是一种内部高次超静定结构，受力复杂，在主桥加劲梁施工过程中，施工人员对临时支架体系的变形进行了测量监控；加劲梁混凝土浇筑前，及时、准确地埋设了钢筋应力计等监控仪器，对钢筋混凝土加劲梁的应力和变形进行了监控和预报，确保了结构的安全和施工的安全，在主桥加劲梁整个施工过程中，未出现结构安全问题和施工质量问题。
6 结语
综上所述，加劲梁对于悬索桥的建设施工有着十分重要的作用，因此，为了悬索桥的施工质量，作为施工方，就需要针对具体施工的特点及难点，采取有效的措施选择成熟的工艺做好加劲梁的施工作业，从而保障悬索桥整体的施工质量。
参考文献：
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[2]刘显晖、邓年春、伍柳毅、李海峰、陈立、韦富伦.大型悬索桥加劲梁架设专用装备的研制及创新[J].施工技术.2015（S1）.
论文作者:苏柏棠
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/13
标签：混凝土论文; 钢管论文; 横梁论文; 悬索桥论文; 荷载论文; 支架论文; 间距论文; 《基层建设》2016年8期论文;