張紹逸，單 煒

(東北林業(yè)大學土木工程學院，哈爾濱150040)

獨塔斜拉橋與雙塔斜拉橋相比，由于其良好的經(jīng)濟效益、有利的受力形式、靈活的橋面布置及便利的施工在我國迅猛發(fā)展［1］。鋼－砼疊合梁因兼有鋼材和混凝土的特點，相比于混凝土梁具有更好的力學性能和施工性能，是特大獨塔斜拉橋的發(fā)展方向［2］。

目前，我國現(xiàn)有的獨塔斜拉橋形式主要以獨塔混凝土梁斜拉橋為主，其研究成果也較多。而有更好力學性能的獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋由于剛剛發(fā)展實橋并不多見，其研究成果也相對較少。由于獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋施工方式有別于常見的獨塔混凝土斜拉橋，且橋梁合龍段的施工又是整座橋梁主體施工的關(guān)鍵部位及施工難點［3］。因此有必要探討獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋主跨合龍段的施工控制。

本文以哈爾濱松浦大橋為工程實例，探討了獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋在合龍段線形控制中需要考慮的影響因素，并通過分析給出實際的施工線形控制方法，為類似橋梁施工提供了有價值的技術(shù)資料。

1 工程概況

哈爾濱松浦大橋主航道橋為空間雙索面獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋，結(jié)構(gòu)為半漂浮結(jié)構(gòu)體系，其跨經(jīng)組合為:268+208=476 m，主橋全寬39.3 m。斜拉索采用Φ7鍍鋅高強平行鋼絲成品索，標準強度為1670 MPa，拉索采用雙層PE護套，兩端均采用帶外螺紋的張拉端冷鑄錨。主橋截面以兩箱型主縱梁、橫梁、中間小縱梁及兩側(cè)挑梁的鋼結(jié)構(gòu)與混凝土橋面板結(jié)合形成鋼－砼疊合梁截面，其中兩組主縱梁橫橋向間距31.8 m，中間設(shè)三道小縱梁，橫梁順橋向間距4.5 m，標準節(jié)段長9 m。主橋共50個節(jié)段，節(jié)段之間均采用高強螺栓連接。哈爾濱松浦大橋主航道的施工節(jié)段布置圖如圖1所示。

主橋主要工序為:

(1)0#節(jié)段采用支架法施工。

(2)邊跨1#～13#節(jié)段采用懸臂拼裝法施工，同時邊跨14#～19#節(jié)段采用支架法施工。

(3)邊跨合龍。

(4)主跨14#～21#節(jié)段采用懸臂拼裝法施工，同時主跨22#～28#節(jié)段采用支架法施工。

(5)全橋調(diào)索。

(6)主跨合龍。

(7)全橋二次調(diào)索。其中合龍段的施工是主動調(diào)整成橋線形及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的關(guān)鍵施工工序［4］。

圖1 哈爾濱松浦大橋主梁節(jié)段施工布置圖Fig.1 The construction layout of Harbin SongPu Bridge composite beam segment

2 線形控制的影響因素分析

2.1 溫度的影響

溫度場對超大跨度斜拉橋的影響顯著，特別是疊合梁斜拉橋。主梁采用了不同傳熱屬性的兩種材料，不同的溫差引起不同的溫度效應。且合龍段施工時懸臂端一般較長。在懸臂端的最大處，隨著溫度的變化疊合梁上下緣溫差增大，橋梁縱向累加的位移和豎向累加的撓度不斷增大，當溫度趨于穩(wěn)定時疊合梁上下緣溫差逐漸減小，橋梁縱向累加的位移和豎向累加的撓度不斷減小［5］。因此，應選擇一天中溫度最穩(wěn)定的時段進行合龍，選擇合理的時間能夠減少因溫度累加的縱向位移和豎向撓度。

2.2 合龍段兩側(cè)高程的影響

合龍段兩側(cè)的較大的高差，將會給合龍施工帶來難度。而斜拉橋合龍節(jié)段相比于懸臂端長度較短，本橋懸臂端長度達180 m，而合龍段長度在一節(jié)梁長9m左右。合龍施工時線形的調(diào)整余地較?。?－7］，需要在合龍前嚴格控制合龍段兩側(cè)的高差。通過調(diào)整配重及斜拉橋索力使合龍段兩端線形標高保持一致。

2.3 合龍段尺寸的影響

大跨度獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋，其合龍段的尺寸要留有一定的富裕，避免因合龍段施工造成結(jié)構(gòu)的施工應力。因此，要保證無應力合龍，即保證合龍施工不引起后期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久性次內(nèi)力。

2.4 自身結(jié)構(gòu)特點的影響

大橋采用懸臂拼裝法施工，在進入LZ21段(合龍段)施工時，由于疊合梁自身結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。LZ20段索預制在懸臂端最外側(cè)，而LZ20段的橫梁預制在LZ20段的中間位置，在張拉Z20兩側(cè)索力時，由于兩側(cè)索中間無橫向連接，而橫向連接在偏里處，故LZ20段易形成“外八字”形式，對合龍段的施工帶來很多不便。為保證順利合龍，故在合龍段兩側(cè)橫向連接時采取一端固定一端活動的簡支形式，待所有橫梁安裝完畢再進行固定。

圖2 疊合梁橫斷面布置圖Fig.2 Composite beam cross－section layout

3 合龍段施工控制

3.1 合龍時溫度選擇

繪制“時間—氣溫”曲線表。每2 h對梁的長度觀測一次長度變化，根據(jù)溫度變化詳細做出鋼梁長度的變化記錄。找出“時間—氣溫—梁長”的變化規(guī)律，選擇一個溫度較低且變化相對穩(wěn)定的時間段作為合龍時間，并確定該時間段的鋼梁合龍長度。根據(jù)資料合龍溫度確定在17±2℃，合龍時間在0時左右。

3.2 合龍段兩側(cè)高程調(diào)整

獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋中跨合龍的關(guān)鍵就是調(diào)整兩邊高程到差值符合范圍內(nèi)。主要通過調(diào)整配重以及索力的方法來解決這一問題。由于大橋是獨塔非對稱體系，主塔兩端跨長不等，導致重量必然不等。需在邊跨9#～15#節(jié)段間加設(shè)基本配重，使主塔兩側(cè)受力平衡。而主跨合龍后，南岸22#～28#節(jié)段的重量突然加載在主跨側(cè)使主塔受力再次失衡，故需提前在邊跨進行二次配重使合龍后主塔受力平衡，保證標高與設(shè)計標高相符。在合龍前各節(jié)段施工中，應逐段調(diào)整兩側(cè)中線的偏差，對于最終的少量偏差采用附加配種以及調(diào)整索力的方法進行微調(diào)。索力張拉分四級張拉，從而使合龍段兩側(cè)高差與理論值保持一致，避免引起結(jié)構(gòu)的附加應力，實現(xiàn)“無應力”合龍。索力調(diào)整值及合龍段兩側(cè)高程差見表1和表2。

3.3 鋼箱梁尺寸控制

為保證鋼梁順利合龍，LZ21、LZ20拼接口所有拼接板均半邊出孔，另一半在施工現(xiàn)場鉆孔。LZ20梁段上跨中開臨時人孔，以利合龍作業(yè)，合龍后焊接封堵。合龍段LZ21錨箱位置以遠塔端為基準按設(shè)計圖給定的位置組焊。箱梁兩端四角蓋腹板間焊縫，工廠均甩400mm長度不焊，合龍拼接后焊接、探傷，以符合實際要求。LZ21在工廠加工時，將合龍口處加長200mm并在工廠鉆孔。再根據(jù)確定的合龍溫度，以及現(xiàn)場實測合龍口測量數(shù)據(jù)，確定合龍段鋼梁的長度及螺栓孔群位置，現(xiàn)場切割用以完成鋼箱梁的預制工作。

表1 索力調(diào)整值Tab.1 Cable force adjusting values

表2 合龍段 (LZ21)兩側(cè)高程值Tab.2 Closure segment(LZ21)elevation value on both sides

3.4 合龍段拼裝控制

主跨合龍時，應預先通過索力調(diào)整，使合龍段兩端的主梁標高和軸線偏差在誤差允許的范圍內(nèi)，必要時對主梁進行壓重，使合龍段兩端標高水平。根據(jù)確定的合龍段安裝時間，將合龍段主梁LZ21吊入合龍口內(nèi)，主跨合龍段LZ21－LZ22拼接口的拼接板按正常方式進行拼裝。用沖釘和臨時螺栓進行定位，等到預定的合龍溫度時，施擰高強螺栓。LZ20－LZ21拼接口采用LZ20側(cè)未鉆孔的拼接板。在合龍口處用型鋼和高強螺栓將腹板校平，安裝頂板、底板、腹板處的臨時匹配件，用高強螺栓緊固。當拼接口對齊后，迅速將頂板和底板用型鋼連接，并根據(jù)設(shè)計要求的焊接質(zhì)量焊連。等到預定的合龍溫度時，解除腹板上的型鋼，對照LZ20主梁螺栓孔用劃針將螺栓孔位劃在拼接板上，確定腹板螺栓群的位置，用磁力鉆按照主梁螺栓孔的位置進行鉆孔。將鉆孔后的拼接板取回安裝，施擰高強螺栓。再解除頂板和底板的臨時連接件，確定螺栓群的位置，安裝鉆孔后的頂板和底板的拼接板，并完成高強螺栓的施擰，從而保證合龍段的順利合龍。

3.5 體系轉(zhuǎn)化

結(jié)合大橋塔墩固接而主梁飄浮的結(jié)構(gòu)特點，體系轉(zhuǎn)換有兩種不同做法［8］:一是先飄浮再合龍，二是先合龍再飄浮。為保證大橋在沒有附加應力的情況下進行合龍，本橋采用先飄浮再合龍的施工順序，優(yōu)點是與設(shè)計的理想狀態(tài)更為吻合，不足是飄浮后縱向位移大，給合龍施工增加難度。斜拉橋主跨合龍支座體系轉(zhuǎn)換分兩步進行。

(1)LZ21與LZ22節(jié)段合龍口安裝拼接板前，應解除江南岸側(cè)支架與32#墩柱的連接。

(2)LZ21與LZ20拼接口的頂板和底板用臨時連接件連接后，應立即拆除PM32支座的臨時固結(jié)型鋼，使斜拉橋呈懸浮狀態(tài)，完成體系轉(zhuǎn)換。

4 控制方案成橋結(jié)果分析

根據(jù)以上的分析，對合龍段線形進行控制，但還是會受溫度、施工過程和施工荷載等因素的影響，對橋梁進行實際的數(shù)據(jù)分析見表3。后一節(jié)段的安裝定位標高H安，按下式計算:

式中:H為某一節(jié)段前端的設(shè)計標高;Y1為成橋預拱度包括成橋后產(chǎn)生的位移和活載預拱度兩部分;Y2為主梁施工過程中此點的變形 (向下為負);H修為安裝定位標高修正值。

表3 部分橋面高程值比較Tab.3 Comparison of partial bridge deck elevation values

從合龍段線形控制的結(jié)果分析表明，橋梁頂面的高程控制較好，橋面測點的標高與計算值均在允許誤差±20mm以內(nèi)，且最終成橋線形良好。

5 結(jié)論

獨塔鋼－砼疊合梁斜拉橋合龍段線形的影響因素主要有溫度、合龍段兩側(cè)高差和合龍段尺寸等。對影響因素進行分析后，通過確定合龍溫度、調(diào)整配重及索力、控制鋼箱梁的尺寸及拼裝控制、體系轉(zhuǎn)換等方法對線形影響因素進行控制，結(jié)果表明，橋面測點的標高與計算值均在允許誤差±20mm以內(nèi)線形控制滿足設(shè)計規(guī)范要求。這標志著哈爾濱松浦大橋合龍施工控制方法做得十分精確，為以后類似橋梁合龍?zhí)峁┝朔浅１ＹF的經(jīng)驗和實踐數(shù)據(jù)。

［1］樓莊鴻.國內(nèi)外橋梁的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 劉 軍，張 哲，李文武.鋼－混疊合梁有限元分析［J］.山東交通學院學報，2009，17(1):36 －39.

［3］杜細春，大跨PC剛構(gòu)—連續(xù)組合梁橋合龍技術(shù)研究［D］.武漢:武漢理工大學，2006.

［4］王小光.高矮墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍技術(shù)研究［D］.武漢:武漢理工大學，2009.

［5］姚陶榮，程海根.T型剛構(gòu)橋兩種合龍方案對施工控制的影響［J］.四川理工學院學報(自然科學版)，2008，21(6):95 －98.

［6］王 勇，王立彬.斜拉橋極限承載力計算的雙組合單元法［J］.森林工程，2011，27(2):73 －76.

［7］陳 濤.公路斜拉橋合龍方案及其控制［D］.大連:大連理工大學，2002.

［8］喻 璐，王翊波.重慶馬桑溪長江大橋合龍方案設(shè)計［J］.重慶交通學院學報，2003，22(2):10 －14.