中国水利水电第五工程局有限公司 成都 610000
摘要：笋溪河特大悬索桥为重庆江津至贵州习水(重庆境)高速公路上的关键控制性工程，桥位区河谷岸坡不对称，桥面距地面最大高度约280m。为了提高笋溪河特大桥锚碇的施工质量，结合其施工特点，分析并制定了笋溪河特大桥江津岸锚碇锚固系统定位支架施工技术方案及控制要点。
关键词：笋溪河特大悬索桥；锚碇锚固系统；定位支架；施工技术
1.工程概况
重庆江津至贵州习水高速公路线路总里程71.451km，主线起于江合高速刁家镇附近，经李市、龙吟、蔡家、中山、傅家、沙河，止于渝黔界水井湾附近，全线长64.756km（含刁家枢纽互通主流匝道长度）。高速支线从主线傅家与沙河之间接出，连接至傅四二级公路红英桥附近，支线全长6.695km（含四面山枢纽互通主流匝道长度）。
笋溪河特大桥为重庆江津至贵州习水(重庆境)高速公路上的关键控制性工程，桥位区河谷岸坡不对称，桥面距地面最大高度约280m。桥梁总长度为1578m，采用7孔40m预应力砼先简支后连续T梁+660m钢桁架梁悬索桥+（90+90）m预应力砼刚构+11孔40m预应力砼先简支后连续T梁结构。
2.预应力锚固系统设计及控制要点
该工程主桥采用单跨660m钢桁架梁悬索桥，主缆计算跨度为：（215+660+268）m，采用预制平行钢丝束，两根主缆的中心间距28.0m，每根主缆由106束91根Φ5.1mm高强钢丝组成。锚碇锚固系统是将两根主缆的2.64×105KN拉力均匀地扩散到锚体混凝土中，然后再传到地基。锚固系统有以下技术特点：
（1）主缆锚固系统是由索股锚固拉杆构造和预应力钢束锚固构造组成的。在前锚面位置拉杆一端与索股锚头上的锚板相连接。索股锚固拉杆构造采用单、双锚头类型，单锚头类型由2根拉杆和单索股锚固连接器构成，双锚头类型由4根拉杆和双索股锚固连接器构造，每根主缆两端有36个单锚头类型的索股锚固拉杆构造和88双锚头类型的索股锚固拉杆构造。
（2）预应力钢束锚固系统构造由预应力钢束和锚具组成，预应力管道预先埋设于锚块内，然后穿束张拉。前锚面至后锚面锚固距离为20m，均与中心索股垂直的平面。索股锚固的预应力钢束其方向与索股方向一致，如图2所示。
（3）预应力钢管定位是锚碇锚固系统施工中一个核心环节，其安装精度要求非常高，在施工过程中保证管道不变形，不漏浆，使预应力钢束能够顺利通过，并保证实际受力线形与设计相符。
（4）精度控制要求：预应力钢管孔道中心坐标允许误差±10mm；孔道角度误差在±0.1°允许误差±0.2°。
3.定位支架方案比选
锚固系统和锚碇施工按照“分节支撑、分段接管、分层灌注、实时监测”的原则进行定位支架系统的设计及安装、灌注施工。即分节拼装定位支架，分段接长预应力钢管，分层浇筑锚块混凝土，实时测量管道方向是否正确和管内是否畅通。根据以上原则施工过程中采用两种分节安装方案，第一种：悬挑梁独立支架支撑方案，第二种：榀型钢架整体支撑方案。
3.1 悬挑梁独立支架支撑方案
悬挑梁独立定位支架支撑采用支撑架和悬挑梁组成定位系统，支撑架和悬挑梁是个整体结构，全部构件支撑受力由支撑架承担，悬挑梁沿预应力钢管垂直方向延伸，通过平联联系形成与前、后锚面相互平行的安装面。在悬挑梁顶面按照预应力钢管竖列布置位置铺设条状的钢板，通过测量放样标记中心开孔方式进行预应力钢管安装定位。
（1）悬挑梁独立定位支架设计
悬挑梁独立支架按照1+6+6+6+1m截面分割进行设计，中间3个截面为主分割截面，布置3个独立悬挑梁支撑结构。为了降低支架高度，将锚碇混凝土浇筑成台阶状，预留预应力钢管安装位置的浇筑方案。
支架支撑架主要采用［16a槽钢作为立柱锚固在混凝土里面，按照锚碇预留台阶状布置3层，顺桥向按照1.2-1.4m间距布置4排，横桥向按照分割截面处预应力钢管间距进行布置，防止预应力钢管与支架联系发生交叉。支撑架之间的斜杆和平联采用［10a槽钢焊接形成框架结构。悬挑梁采用“牛腿”结构形式，单个架体由6榀悬挑梁组成。单榀悬挑梁采用2根［16a槽钢，其根部与支撑架焊接为一个整体，悬挑延伸的部位要求与预应力钢管成90°垂直角，悬挑杆件通过［10a槽钢焊接成桁架结构，确保其抗弯刚度、挠度满足支撑要求。悬挑梁的悬挑角度是安装定位预埋预应力钢管的基准，确保安装定位面在同一平面上。单榀悬挑梁通过［10a槽钢平联焊接为一个整体结构。在悬挑梁顶面按照预应力钢管竖列布置位置铺设条状的10mm厚钢板，通过测量放样标记中心开孔方式进行预应力钢管安装定位。具体如图1所示。
具体施工程序步骤如下：1）分4层（2m/层）浇筑台阶混凝土，预埋1、3支架立柱→2）先进行1定位支架支撑架及榀型钢架安装→3）安装Ⅰ区预应力钢管→4）浇筑第①-③层混凝土浇筑→5）进行2定位支架支撑架及榀型钢架安装→6）安装Ⅱ区预应力钢管→7）浇筑④-⑥层混凝土浇筑→8）进行3定位支架支撑架及榀型钢架安装→9）安装Ⅲ区预应力钢管→10）浇筑⑦-⑧层混凝土浇筑→11）安装Ⅳ区预应力钢管→12）浇筑⑨-⑪层混凝土浇筑。
3.3方案对比分析
从工期、成本及生产组织三个方便进行比较分析可知，具体对比如下：
方案一：工期：86.7天，钢材量/成本：62.2t/79900元，生产组织：施工顺序较为固定，各部位工序作业按照施工先后顺序组织生产。前期定位支架及Ⅰ区预应力钢管安装时间较长约为26.8天，须组织大量的架子工、焊工集中生产，并持续占用塔吊。前期工序作业较单一，后期混凝土施工强度高。
方案二：工期：79天，钢材量/成本：36.6t/164700元，生产组织：施工顺序较为灵活，安装与浇筑工序短间隙交替进行，各部位工序先后交叉流水作业，人员、设备利用率高，混凝土施工强度较为均衡。
综上可知，方案二施工组织上较为合理，均衡的施工强度确保项目总体施工安排。各部位工序先后交叉流水作业，人力及设备等资源利用率高，施工功效较高，加快了施工进度；且总体钢材量较方案一节省25.6t，直接成本节省11.5万元。所以方案二榀型钢架整体定位支架无论从项目生产组织安排，还是工期保障及项目经营成本控制上较方案一合理。
4.定位支架结构稳定验算
预应力锚固系统定位支架为一空间框架结构体系，采用MIDAS软件建模计算支架最大挠度变形、最大应力值及整体稳定性参数值分析支架结构的强度、变形及稳定性是否满足要求。定位支架稳定计算按照最不利工况进行分析，即管道一次性安装定位分析支架稳定性，但考虑Ⅰ区预应力钢管未设置斜向支撑，所以在分析时按照已经浇筑①-③层混凝土，即Ⅰ区预应力钢管端部为锚固状态。工况荷载主要为支架整体及所有预应力钢管自重。具体计算模型如图5所示。
图5 预应力管道定位支架计算模型
通过解算分析得，最大组合应力78.6Mpa＜145Mpa；支架总体变形量最大为4.7mm＜10mm，管道最大变形量为3.7mm＜10mm；支架1阶模态稳定性系数为8.5，2阶模态稳定性系数为8.9，3阶模态稳定性系数为9.1，均≥4，均满足要求。支架结构的强度、变形及稳定性满足要求。
5.预应力锚固系统安装
（1）安装定位测量方法
本项目预应力钢管定位是根据三维空间坐标体系解算的设计坐标与相应的实时测算坐标，以此进行锚固预应力钢管的安装调整，直至满足精度要求。为确保定位质量满足精度要求，预应力钢管定位按照3次监测：第1次为调整到位后自检；第二次为监理工程师复检；第三次为浇筑混凝土后的对已埋入混凝土的成品检测。从外，在浇筑混凝土过程中还应进行监测。
（2）定位支架安装
在相应的分层混凝土面上用全站仪测设立柱安装线精确定位立杆柱腿，确保其平面位置准确。用塔吊安装上部立杆，校核立杆的空间位置后焊接固定。为防止顶部高程出现偏差，加工立柱时延长10cm便于调整。立柱安装完成后进行水平联系安装，形成框架结构体系后才能安装上部榀型钢架。榀型钢架安装前，应采用全站仪校核立柱顶面高程及中线平面位置，确保立杆斜面的空间角与预应力钢束中轴线平面相平行。榀型钢架在加工场集中加工，采用“半榀加工，分节拼装”施工工艺。榀型钢架由于侧向刚度小，安装定位第1榀后，应采用临时固定措施进行加固，防止其偏位；安装定位第2榀后，应及时与第1榀建立水平联系现场框架结构体系，以此方法逐榀安装定位固定。预应力管道固定由[8槽钢定位平面之间设置的∠75x5角钢进行精确定位及固定。采用全站仪复核成型的钢架平面，然后计算横担平面位置，在钢架顶面标记焊接固定横担。
（3）预应力钢管安装
钢管在加工场下料，现场进行安装，由内向外的顺序进行安装。预应力钢管定位时，经测量放样在横担上标记中心位置，然后安放微调装置焊接在横担上。预应力钢管采用塔吊安装，通过微调装置调整（△x、△y、△z）精确至设计坐标，然后将微调装置焊牢，防止滑落。预应力钢管焊接接长时，必须使两根管道线形一致，在接头处不能有错台现象，否则应对管道内壁进行打磨。
（4）锚垫板安装
预应力钢管锚垫板的平面位置与主缆线形位置垂直相交，为确保空间结构体系，锚垫板的角度控制采用精加工槽口模板定位控制，锚垫板焊接在槽口模板上，确保锚垫板平面位置与预应力钢管完全垂直。
6.经济效益分析
笋溪河特大悬索桥江津岸锚碇锚固系统预应力钢管安装按照“分节支撑、分段接管、分层灌注、实时监测”的原则设计轻便、快速安装的结构，制作成本较低，拼装简单，各部位工序作业先后交叉流水生产，人员及设备等资源利用率高，施工功效较高，加快了施工进度，且节省钢材量约30t。
参考文献：
[1] JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规划[S].
[2] 周 俊，刘德明，陈 浩. 某公路大桥锚碇锚固系统预应力钢管精确定位[J]. 施工技术.
[3] 李鸿盛，刘红宇，黄振燕. 重力式锚碇预应力锚固系统施工技术[J]. 中外公路.
作者简介：胡志刚，1985年12月出生于湖南汝城，工程师，一级建造师/造价工程师。
论文作者:胡志刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/7
标签：预应力论文; 锚固论文; 支架论文; 钢管论文; 混凝土论文; 支撑架论文; 型钢论文; 《防护工程》2018年第29期论文;