论文部分内容阅读
摘 要：受安全、索塔偏位、索力和高程控制等因素影响，常规斜拉桥特别是混凝土梁斜拉桥一般采用先塔后梁施工方案，塔梁同步施工对缩短工期、节约成本具有明显优点，但也存在诸多难点。文章以吉水赣江二桥为背景，介绍了特定条件下斜拉桥塔梁同步施工方法，针对塔梁同步施工中索塔垂直度、索力和高程控制、安全风险等影响因素提出了具体控制措施，对类似塔梁同步施工具有拓展和借鉴意义。
关键词：塔梁同步；塔柱垂直度；高程；索力；不平衡；控制
1 工程概况
吉水赣江二桥位于江西吉水县城，跨赣江航道主桥采用（110+110）m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。索塔高度90m，采用双鱼造型混合塔柱，17对斜拉索锚固区采用钢塔，锚索区以下采用混凝土塔，两者之间设置钢混结合塔柱。主梁高3m、标准宽度36m，采用“π”型断面，全桥共17个标准节段、1个塔梁固结段、2个边跨现浇段和合拢段。其中标准节段长5.5m、重450吨，采用前支点挂篮悬臂浇筑施工，塔梁固结段及边跨直线段采用支架现浇施工，合拢段采用吊架施工。
全桥总工期26个月，因工期紧张，同时受特定施工条件限制，采用塔梁同步施工方案，通过分析影响塔梁同步施工的因素并制定相应的控制措施，优质高效完成了斜拉桥施工。
2 总体施工方案背景
吉水赣江二桥主桥斜拉桥原设计采用先塔后梁施工方案，即塔柱全部施工完成后采用前点挂篮进行标准节段悬臂浇筑施工，斜拉索在塔端锚固、梁端张拉，根据前支点挂篮施工工序，施工过程中斜拉索需张拉3次，分别在挂篮走行到位、混凝土浇筑一半、主梁预应力张拉压浆后各张拉1次。受施工荷载限制，前支点挂篮采用轻型长平台结构，如图2所示。
施工过程斜拉索前两次张拉可利用挂篮前端牵索系统在挂篮上进行，第三次张拉时由于张拉吨位的增加挂篮结构受荷不够，常规在挂篮前移后滞后张拉，根据挂篮结构和张拉位置，第三次张拉需滞后两对斜拉索，经检算斜拉索第三次索力滞后两对张拉时主梁线形和應力均不能满足要求，特别是线形影响大，滞后张拉方案不能满足要求，因此建议将斜拉索调整至塔端张拉。而钢塔为箱室结构，每节钢塔由两个独立的箱室组成，塔柱全部施工完成后内部空间狭小，不便于张拉设备的输送和安装。针对实际情况，经各方商议研究，采用塔梁同步施工方案：主梁滞后钢塔两个节段施工（每节段对应1对斜拉索），既满足了主梁施工线形和应力要求，又解决了斜拉索第三次张拉问题。
3 塔梁同步施工难点及对策分析
对斜拉桥施工过程实施有效的控制，是确保成桥后结构内力和变形状态符合设计要求的关键。塔梁同步与先塔后梁施工方法的区别为塔柱承受荷载的阶段不同，塔梁同步施工是在塔柱未形成整体之前便承受结构恒载和施工荷载，因荷载的提前施加，塔柱垂直度、横向刚度、钢塔变形、索导管定位、索力控制等均与先塔后梁施工方案下的状态不一致，需根据实际施工工况制定相应的对策予以控制。
通过对塔梁同步施工工况的分析，主要有结构即塔柱自身难点和施工控制难点。塔柱自身难点需根据结构计算确定变形偏位和应力是否满足要求；施工控制可归纳为荷载控制、监测控制、工序衔接控制，具体思路为通过结构计算确定各类荷载控制参数和要求、各道工序的控制方法和各项监测内容及方式的要求。
4 塔梁同步施工控制
4.1 结构验算
结构验算主要根据塔梁同步施工工况对施工过程中开口状态下塔柱的刚度、变形和应力计算。根据分析，可能受影响部位主要为钢混段及以上钢塔节段，具体验算工作由设计院进行，并由监控单位予以复核。验算思路为模拟各施工工况，据实施加结构荷载、施工荷载、风荷载及温度作用力等。通过有限元模型分析结果表明：在最大风荷载及施工工况作用下，钢混段钢结构Miss应力在0～24Mpa之间，混凝土主压应力大部分在0～-2.0Mpa范围内，局部最大应力为3.5Mpa；上部钢塔Miss应力大部分在0～24Mpa范围内，应力水平较低，未出现不利的应力集中；开口状态下塔柱的变形可控，钢塔塔壁最先失稳，最低阶的稳定系数为60.7，塔柱稳定性较好。
根据结构验算表明：所制定的塔柱超前两节段（两对斜拉索）的塔梁同步施工方案总体可行，对结构不会产生不利影响。
4.2 荷载控制
塔梁施工过程，除结构荷载和风荷载外，所涉及的主要施工荷载有挂篮和模板系统荷载、各类安全平台和防护栏杆荷载、施工机具荷载、桥面吊机、混凝土输送通道、施工人员荷载等。
各类荷载控制是塔梁同步施工控制的重点，是保证塔柱垂直度和偏位、主梁线形和应力、斜拉索结构安全的关键。而在既定施工方案条件下，除了保证实际荷载与计算参数一致外，荷载控制的重点是控制不平衡荷载的大小。
施工前通过计算确定了各类荷载偏差值和不平衡荷载的允许值，在制定的施工方案条件下，要求不平衡施工荷载单向单侧不超过10吨，特别是随着悬臂跨度的增加，更需控制不平衡荷载的产生，桥面不得随意增加施工荷载；其次需严格控制挂篮重量；施工过程应保证混凝土配合比的稳定性，分析计算时应以混凝土实际容重作为计算参数。
恒载即混凝土浇筑控制：按照对称、均衡浇筑的原则进行，控制两侧悬臂端不平衡荷载不超过10吨，同时做到单侧对称浇筑。实际施工过程采取方量控制的方法，即两侧同步采用同规格混凝土运输车供料，浇筑过程专人监控两侧布料情况，确保两侧浇筑方量基本一致。
施工荷载控制：施工过程产生不平衡荷载的主要施工荷载为材料、机具荷载。施工前做好各类材料、机具的分布位置和数量规划，施工过程随着悬臂增大对称移动，不得随意增加材料的堆放。对移动性较为随意的桥面汽车吊机，由专人负责吊机的对称布置，混凝土浇筑时，吊机均停放至0#块主塔处。
挂篮荷载控制：为保证施工过程各项监测计算的准确性，施工前应对挂篮和模板系统进行称重以便得到挂篮的准确重量，另外明确挂篮上所需固定机具的安放方法和位置，不得在挂篮上随意堆放材料机具，以便为各项计算提供准确、稳定的参数。 挂篮前移工况控制：单侧挂篮系统重量达210吨，挂篮前移时极易产生不平衡荷载，应制定严格的挂篮前移细则，挂篮滑移轨道上应标识刻度，前移时两侧充分沟通，保证两侧挂篮前移偏差值不超过计算允许值，实际施工时在滑移轨道上间隔1cm标识刻度，通过梁体纵坡和挂篮重心计算两侧前移偏差值为5cm。
其他荷载及风荷载控制：严格按照制定的方案进行施工平台和防护栏杆等辅助措施的布置，施工过程密切关注气象变化，风力达到6级时不得进行挂篮前移和混凝土浇筑作业。
4.3 施工监测
施工监测内容包括塔柱偏位、主梁线形和高程、索力、应力等项目。
塔柱偏位、主梁线形及高程监测：监测方法主要以测量为手段，通过分析测量数据制定纠偏方法。施工前制定详尽可行的测量方案和测量规则，经审定后在施工过程严格执行。首先保证测量网的准确和稳定并定期复测，实施过程尽可能在同等条件下进行同一项目的测量，为减小外界环境的干扰，本项目要求挂篮精确定位、立模标高、塔柱定位和偏位检测等测量工作均在每天温度较低且较为稳定的凌晨5点左右进行，避免温差影响测量数据的稳定性；其次规范测量点位的布设方法和要求，确保测点稳固，布设部位同类可比。测量频率满足各项指标分析要求。
索力监测：索力监测也是保证施工过程主梁线形和塔柱偏位及安全的重要因素。索力在每次张拉后均需测量，测量时必须确保无施工及外界干扰因素，保证测量值的准确性。索力监测的目的是保证索力对称、均衡分布，同时做到各索力偏差值不超过监控计算值的5%。
应力监测：应力监测指在施工过程对塔柱、主梁的不利截面进行监测，以便掌控实际应力状况。本项目通过在塔柱和主梁不利节段中设置应力传感器的方式进行监控。
监测计算：各项监测的目的是为了对本道工序进行复核验算并给下道工序提供施工依据和纠偏方法。通过建立有限元模型采用自适应理论控制方法，以各项实际参数进行分析计算，为下道工序提供准确的数据。
4.4 塔柱压缩量控制
塔柱上部锚索区为钢塔，因塔梁同步施工与先塔后梁施工时塔柱承载的时间不一致，需根据实际状态对塔柱压缩量进行调整，以便为索导管的安装提供准确坐标值。具体采用倒装法计算出每节段钢塔安装时钢塔的压缩值，在钢塔制造时根据数值进行匹配预留，在安装时通过微调钢塔节段间的环向焊缝厚度进行定位。
4.5 工序衔接控制
工序衔接控制是为了保证梁塔实际受力状况与分析计算状态一致。本工程实施塔梁同步施工的主要前提是钢塔节段安装进度超前两对斜拉索安装进度，因此，在保证正常的工序衔接时，必须保证最低钢塔安装进度，且必须保证超前安装的两个钢塔节段所有焊缝焊接完成并检测合格。
4.6 重点安全控制
安全控制主要分为结构安全和施工人员安全，前述各方面主要指结构受力安全，由于塔梁同步施工重叠交叉作业面多，且上塔柱钢塔安装过程施焊、定位作业时极易对桥面施工人员形成安全威胁，同时，大量的焊花和焊渣也容易损伤斜拉索保护层。因此，在施工过程中制定可靠的安全措施：施工过程对钢塔设置大型、全封闭、升降式操作平台，钢塔施工过程所需的各类工具、材料均装箱放置，避免工具或材料坠落至桥面，同时也避免了焊花或焊渣飘出塔外损伤斜拉索、烧伤桥面作业人员；其次在桥面设置安全区域，塔柱周边设置封闭围挡，禁止人员靠近，避免突发安全事故产生。
5 塔梁同步施工效果
根据施工过程监控结果，斜拉索张拉及调索情况良好，成桥后斜拉索索力对称、均衡，索力分布规律与理论吻合，实测索力与理论索力最大相对差在±5%以内；通过施工阶段对主梁线形的监测分析和调整，成桥线形达到了设计预期目标，主梁立模高程误差控制在10mm以内，成桥桥面高程与理论基本一致；主塔钢塔节段安装坐标施工误差基本在±5mm以内，施工全过程主塔塔身偏位值在±3mm以内，控制优良；通过对各施工阶段主梁及塔身内力的检测和分析结果，施工阶段主梁及塔身各控制截面实测应力与理论預测结果一致，保证了大桥施工阶段结构内力安全。
根据成桥动静载试验结果，静载条件下，其校验系数均小于1，表明测试截面具有一定的安全储备，桥梁实际状况要好于理论状况；其相对残余变位、相对残余应变均小于20%，表明桥梁处于弹性工作状态；在试验荷载条件下，主塔水平位移偏差为-8.49mm，满足规范要求。动荷载作用下，实测桥梁一阶竖向自振频率大于理论频率，表明桥梁实际刚度大于理论刚度。
6 结论
本工程针对实际施工条件提出了塔梁同步施工的设想，通过对塔梁同步施工方案的可行性、施工过程控制难点的分析，对实际施工工序进行了结构验算，制定了详细可控的控制措施，成功实现塔梁同步施工，保证了施工过程塔梁的结构安全和成桥后的线形及应力，缩短了施工工期，取得了良好的社会经济效应，对类似工程的施工具有参考作用。
参考文献
[1]洪颖，凡汉云.浅谈吉水赣江特大桥施工监控技术要点[J].江西公路科技，2015，（3）：36-38.
（作者单位：中铁大桥局集团第五工程有限公司）
关键词：塔梁同步；塔柱垂直度；高程；索力；不平衡；控制
1 工程概况
吉水赣江二桥位于江西吉水县城，跨赣江航道主桥采用（110+110）m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。索塔高度90m，采用双鱼造型混合塔柱，17对斜拉索锚固区采用钢塔，锚索区以下采用混凝土塔，两者之间设置钢混结合塔柱。主梁高3m、标准宽度36m，采用“π”型断面，全桥共17个标准节段、1个塔梁固结段、2个边跨现浇段和合拢段。其中标准节段长5.5m、重450吨，采用前支点挂篮悬臂浇筑施工，塔梁固结段及边跨直线段采用支架现浇施工，合拢段采用吊架施工。
全桥总工期26个月，因工期紧张，同时受特定施工条件限制，采用塔梁同步施工方案，通过分析影响塔梁同步施工的因素并制定相应的控制措施，优质高效完成了斜拉桥施工。
2 总体施工方案背景
吉水赣江二桥主桥斜拉桥原设计采用先塔后梁施工方案，即塔柱全部施工完成后采用前点挂篮进行标准节段悬臂浇筑施工，斜拉索在塔端锚固、梁端张拉，根据前支点挂篮施工工序，施工过程中斜拉索需张拉3次，分别在挂篮走行到位、混凝土浇筑一半、主梁预应力张拉压浆后各张拉1次。受施工荷载限制，前支点挂篮采用轻型长平台结构，如图2所示。
施工过程斜拉索前两次张拉可利用挂篮前端牵索系统在挂篮上进行，第三次张拉时由于张拉吨位的增加挂篮结构受荷不够，常规在挂篮前移后滞后张拉，根据挂篮结构和张拉位置，第三次张拉需滞后两对斜拉索，经检算斜拉索第三次索力滞后两对张拉时主梁线形和應力均不能满足要求，特别是线形影响大，滞后张拉方案不能满足要求，因此建议将斜拉索调整至塔端张拉。而钢塔为箱室结构，每节钢塔由两个独立的箱室组成，塔柱全部施工完成后内部空间狭小，不便于张拉设备的输送和安装。针对实际情况，经各方商议研究，采用塔梁同步施工方案：主梁滞后钢塔两个节段施工（每节段对应1对斜拉索），既满足了主梁施工线形和应力要求，又解决了斜拉索第三次张拉问题。
3 塔梁同步施工难点及对策分析
对斜拉桥施工过程实施有效的控制，是确保成桥后结构内力和变形状态符合设计要求的关键。塔梁同步与先塔后梁施工方法的区别为塔柱承受荷载的阶段不同，塔梁同步施工是在塔柱未形成整体之前便承受结构恒载和施工荷载，因荷载的提前施加，塔柱垂直度、横向刚度、钢塔变形、索导管定位、索力控制等均与先塔后梁施工方案下的状态不一致，需根据实际施工工况制定相应的对策予以控制。
通过对塔梁同步施工工况的分析，主要有结构即塔柱自身难点和施工控制难点。塔柱自身难点需根据结构计算确定变形偏位和应力是否满足要求；施工控制可归纳为荷载控制、监测控制、工序衔接控制，具体思路为通过结构计算确定各类荷载控制参数和要求、各道工序的控制方法和各项监测内容及方式的要求。
4 塔梁同步施工控制
4.1 结构验算
结构验算主要根据塔梁同步施工工况对施工过程中开口状态下塔柱的刚度、变形和应力计算。根据分析，可能受影响部位主要为钢混段及以上钢塔节段，具体验算工作由设计院进行，并由监控单位予以复核。验算思路为模拟各施工工况，据实施加结构荷载、施工荷载、风荷载及温度作用力等。通过有限元模型分析结果表明：在最大风荷载及施工工况作用下，钢混段钢结构Miss应力在0～24Mpa之间，混凝土主压应力大部分在0～-2.0Mpa范围内，局部最大应力为3.5Mpa；上部钢塔Miss应力大部分在0～24Mpa范围内，应力水平较低，未出现不利的应力集中；开口状态下塔柱的变形可控，钢塔塔壁最先失稳，最低阶的稳定系数为60.7，塔柱稳定性较好。
根据结构验算表明：所制定的塔柱超前两节段（两对斜拉索）的塔梁同步施工方案总体可行，对结构不会产生不利影响。
4.2 荷载控制
塔梁施工过程，除结构荷载和风荷载外，所涉及的主要施工荷载有挂篮和模板系统荷载、各类安全平台和防护栏杆荷载、施工机具荷载、桥面吊机、混凝土输送通道、施工人员荷载等。
各类荷载控制是塔梁同步施工控制的重点，是保证塔柱垂直度和偏位、主梁线形和应力、斜拉索结构安全的关键。而在既定施工方案条件下，除了保证实际荷载与计算参数一致外，荷载控制的重点是控制不平衡荷载的大小。
施工前通过计算确定了各类荷载偏差值和不平衡荷载的允许值，在制定的施工方案条件下，要求不平衡施工荷载单向单侧不超过10吨，特别是随着悬臂跨度的增加，更需控制不平衡荷载的产生，桥面不得随意增加施工荷载；其次需严格控制挂篮重量；施工过程应保证混凝土配合比的稳定性，分析计算时应以混凝土实际容重作为计算参数。
恒载即混凝土浇筑控制：按照对称、均衡浇筑的原则进行，控制两侧悬臂端不平衡荷载不超过10吨，同时做到单侧对称浇筑。实际施工过程采取方量控制的方法，即两侧同步采用同规格混凝土运输车供料，浇筑过程专人监控两侧布料情况，确保两侧浇筑方量基本一致。
施工荷载控制：施工过程产生不平衡荷载的主要施工荷载为材料、机具荷载。施工前做好各类材料、机具的分布位置和数量规划，施工过程随着悬臂增大对称移动，不得随意增加材料的堆放。对移动性较为随意的桥面汽车吊机，由专人负责吊机的对称布置，混凝土浇筑时，吊机均停放至0#块主塔处。
挂篮荷载控制：为保证施工过程各项监测计算的准确性，施工前应对挂篮和模板系统进行称重以便得到挂篮的准确重量，另外明确挂篮上所需固定机具的安放方法和位置，不得在挂篮上随意堆放材料机具，以便为各项计算提供准确、稳定的参数。 挂篮前移工况控制：单侧挂篮系统重量达210吨，挂篮前移时极易产生不平衡荷载，应制定严格的挂篮前移细则，挂篮滑移轨道上应标识刻度，前移时两侧充分沟通，保证两侧挂篮前移偏差值不超过计算允许值，实际施工时在滑移轨道上间隔1cm标识刻度，通过梁体纵坡和挂篮重心计算两侧前移偏差值为5cm。
其他荷载及风荷载控制：严格按照制定的方案进行施工平台和防护栏杆等辅助措施的布置，施工过程密切关注气象变化，风力达到6级时不得进行挂篮前移和混凝土浇筑作业。
4.3 施工监测
施工监测内容包括塔柱偏位、主梁线形和高程、索力、应力等项目。
塔柱偏位、主梁线形及高程监测：监测方法主要以测量为手段，通过分析测量数据制定纠偏方法。施工前制定详尽可行的测量方案和测量规则，经审定后在施工过程严格执行。首先保证测量网的准确和稳定并定期复测，实施过程尽可能在同等条件下进行同一项目的测量，为减小外界环境的干扰，本项目要求挂篮精确定位、立模标高、塔柱定位和偏位检测等测量工作均在每天温度较低且较为稳定的凌晨5点左右进行，避免温差影响测量数据的稳定性；其次规范测量点位的布设方法和要求，确保测点稳固，布设部位同类可比。测量频率满足各项指标分析要求。
索力监测：索力监测也是保证施工过程主梁线形和塔柱偏位及安全的重要因素。索力在每次张拉后均需测量，测量时必须确保无施工及外界干扰因素，保证测量值的准确性。索力监测的目的是保证索力对称、均衡分布，同时做到各索力偏差值不超过监控计算值的5%。
应力监测：应力监测指在施工过程对塔柱、主梁的不利截面进行监测，以便掌控实际应力状况。本项目通过在塔柱和主梁不利节段中设置应力传感器的方式进行监控。
监测计算：各项监测的目的是为了对本道工序进行复核验算并给下道工序提供施工依据和纠偏方法。通过建立有限元模型采用自适应理论控制方法，以各项实际参数进行分析计算，为下道工序提供准确的数据。
4.4 塔柱压缩量控制
塔柱上部锚索区为钢塔，因塔梁同步施工与先塔后梁施工时塔柱承载的时间不一致，需根据实际状态对塔柱压缩量进行调整，以便为索导管的安装提供准确坐标值。具体采用倒装法计算出每节段钢塔安装时钢塔的压缩值，在钢塔制造时根据数值进行匹配预留，在安装时通过微调钢塔节段间的环向焊缝厚度进行定位。
4.5 工序衔接控制
工序衔接控制是为了保证梁塔实际受力状况与分析计算状态一致。本工程实施塔梁同步施工的主要前提是钢塔节段安装进度超前两对斜拉索安装进度，因此，在保证正常的工序衔接时，必须保证最低钢塔安装进度，且必须保证超前安装的两个钢塔节段所有焊缝焊接完成并检测合格。
4.6 重点安全控制
安全控制主要分为结构安全和施工人员安全，前述各方面主要指结构受力安全，由于塔梁同步施工重叠交叉作业面多，且上塔柱钢塔安装过程施焊、定位作业时极易对桥面施工人员形成安全威胁，同时，大量的焊花和焊渣也容易损伤斜拉索保护层。因此，在施工过程中制定可靠的安全措施：施工过程对钢塔设置大型、全封闭、升降式操作平台，钢塔施工过程所需的各类工具、材料均装箱放置，避免工具或材料坠落至桥面，同时也避免了焊花或焊渣飘出塔外损伤斜拉索、烧伤桥面作业人员；其次在桥面设置安全区域，塔柱周边设置封闭围挡，禁止人员靠近，避免突发安全事故产生。
5 塔梁同步施工效果
根据施工过程监控结果，斜拉索张拉及调索情况良好，成桥后斜拉索索力对称、均衡，索力分布规律与理论吻合，实测索力与理论索力最大相对差在±5%以内；通过施工阶段对主梁线形的监测分析和调整，成桥线形达到了设计预期目标，主梁立模高程误差控制在10mm以内，成桥桥面高程与理论基本一致；主塔钢塔节段安装坐标施工误差基本在±5mm以内，施工全过程主塔塔身偏位值在±3mm以内，控制优良；通过对各施工阶段主梁及塔身内力的检测和分析结果，施工阶段主梁及塔身各控制截面实测应力与理论預测结果一致，保证了大桥施工阶段结构内力安全。
根据成桥动静载试验结果，静载条件下，其校验系数均小于1，表明测试截面具有一定的安全储备，桥梁实际状况要好于理论状况；其相对残余变位、相对残余应变均小于20%，表明桥梁处于弹性工作状态；在试验荷载条件下，主塔水平位移偏差为-8.49mm，满足规范要求。动荷载作用下，实测桥梁一阶竖向自振频率大于理论频率，表明桥梁实际刚度大于理论刚度。
6 结论
本工程针对实际施工条件提出了塔梁同步施工的设想，通过对塔梁同步施工方案的可行性、施工过程控制难点的分析，对实际施工工序进行了结构验算，制定了详细可控的控制措施，成功实现塔梁同步施工，保证了施工过程塔梁的结构安全和成桥后的线形及应力，缩短了施工工期，取得了良好的社会经济效应，对类似工程的施工具有参考作用。
参考文献
[1]洪颖，凡汉云.浅谈吉水赣江特大桥施工监控技术要点[J].江西公路科技，2015，（3）：36-38.
（作者单位：中铁大桥局集团第五工程有限公司）