大跨度鋼筋混凝土拱橋斜拉扣掛法懸臂澆筑施工關(guān)鍵技術(shù)講解學(xué)習(xí)

1、大跨度鋼筋混凝土拱橋斜拉扣掛法懸臂澆筑施工關(guān)鍵技術(shù)大跨度鋼筋混凝土拱橋斜拉扣掛法懸臂澆筑施工關(guān)鍵技術(shù)尹洪明郭軍肖需（中交一公局四公司 廣西南寧530000）摘要：鋼筋混凝土拱橋懸臂施工法分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法兩大類。懸臂澆筑法主要采用掛籃懸臂澆筑施工，根據(jù)國內(nèi)外目前的工藝技術(shù)又可以分為采用塔架斜拉扣掛法和懸臂桁架澆筑法。而懸臂澆筑法施工的拱橋在國內(nèi)日前僅建成 3座，都采用塔架斜拉扣掛法施工，且因?yàn)槭┕で闆r又存在不同，技術(shù)理論不 夠完善，整體還處在起步階段，為進(jìn)一步完善懸臂澆筑拱橋的施工技術(shù)，本文以在建的馬蹄河特大橋?yàn)楸?景，談?wù)摯罂缍人苄崩蹝旆☉冶蹪仓皹虻年P(guān)鍵施工技術(shù)控制。關(guān)鍵詞：懸

2、臂澆筑斜拉扣掛箱拱掛籃索力優(yōu)化施工技術(shù)0前言拱橋是一種以受壓為主的結(jié)構(gòu)，受力合理，外形美觀，是我國公路上廣泛采 用的一種橋梁體系。隨著鋼筋混凝土的出現(xiàn)，拱橋的施工技術(shù)得到提升，跨越 能力增大，大跨度混凝土箱拱造價(jià)低廉、施工方便、養(yǎng)護(hù)簡單，在我國適合貴 州、廣西、云南等多山地區(qū)。制約混凝土箱拱跨度的一個(gè)重要因素是施工方 法，拱橋的施工方法一般有纜索吊裝法、勁性骨架法、轉(zhuǎn)體施工法、懸臂施工 法、懸臂施工與勁性骨架組合法等。小跨度箱拱可以采用支架施工或分多個(gè)節(jié) 段吊裝，隨著跨度增大，山區(qū)溝谷多，環(huán)境條件限制，提出采用的懸臂施工法 更能適應(yīng)山區(qū)拱橋發(fā)展。懸臂法分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法，我國鋼筋混凝土

3、拱橋發(fā)展在20世紀(jì)70年代得到提升，伴隨無支架纜索吊裝技術(shù)的成熟和設(shè)計(jì)方法進(jìn)步，才逐漸出 現(xiàn)了大跨度的鋼筋混凝土懸臂拼裝拱橋。90年代后先后建造了跨度最大的中承式鋼筋混凝土一一廣西邕林邕江大橋（312m,1996年）和世界第一跨的鋼管混 凝土勁性骨架鋼筋混凝土拱橋一一重慶萬州長江大橋（420m 1997年）。然而，隨著時(shí)間發(fā)展，國家對(duì)工程質(zhì)量、技術(shù)要求更高，懸臂拼裝法需要足夠大的預(yù)制空間和吊裝能力，且成拱后拱圈接頭多，整體性不高，在進(jìn)幾年開始推 廣掛籃懸臂澆筑施工的鋼筋混凝土拱橋，由于主拱圈采用掛藍(lán)澆筑一次成形、 無需分環(huán)、工藝簡單、整體性好、施工中橫向穩(wěn)定和抗風(fēng)性能好、運(yùn)營階段養(yǎng) 護(hù)費(fèi)用低、

4、耐久性好的特點(diǎn)。而在國外，20世紀(jì)60年代就開始采用懸臂澆筑施工拱橋，目前施工技術(shù)已經(jīng)比較成熟，最大跨徑由德國 2000年建造的WildeGera橋，跨徑252m我 國建成掛籃懸澆拱橋僅有三座，2007年凈跨150m的白沙溝1#大橋、2009年凈 跨182m的新密地大橋，2010年凈跨165m的木蓬特大橋，以及在建凈跨 180m 的馬蹄河特大橋，且都采用斜拉扣掛懸臂澆筑施工。1工程簡介馬蹄河特大橋位于貴州省德江縣境內(nèi)，是沿河至德江高速公路建設(shè)的重點(diǎn)工程，該橋?yàn)樯铣惺戒摻罨炷量崭瓜湫凸皹?，橋跨布置? X30m璐+180m主跨+2X30m預(yù)制T梁，主跨橋面板為15X13m空心板，全橋長327.

5、595m,分左、右幅。主橋?yàn)殇摻罨炷料湫喂皹?，凈跨?180m凈矢高32m凈矢跨比 1/5.625 ,拱軸系數(shù)1.756,為等高截面懸鏈線拱，拱圈截面為單箱雙室，橫向?qū)?.5m,高3.3m,整個(gè)拱箱分29個(gè)節(jié)段施工，其中兩岸各設(shè)一個(gè)拱腳現(xiàn)澆段， 采用“斜拉支架法”施工，拱頂設(shè)一個(gè)吊架澆筑合攏段，拱圈2-14#節(jié)段采用掛 籃進(jìn)行澆筑，其中2#節(jié)段長度最長，為7.579m, 3#節(jié)段重量最大，為221.5t。設(shè)計(jì)荷載公路I級(jí)，主橋抗震烈度按7度設(shè)防，橋型立面布置圖如圖1 所示。圖1馬蹄河特大橋橋型立面布置圖（尺寸單位：cn|2塔架斜拉扣掛懸臂澆筑法馬蹄河特大橋主拱圈采用掛籃懸臂澆筑施工完成，根據(jù)

6、拉索扣掛方式為塔 架斜拉扣掛法，區(qū)別于懸臂桁架澆筑法塔架斜拉扣掛法是國外采用最早、最多的大跨徑鋼筋混凝土拱橋無支架施 工的方法。此法的施工要點(diǎn)是：在拱腳墩、臺(tái)處安裝臨時(shí)的鋼或鋼筋混凝土塔 架，用斜拉索一端拉住拱圈節(jié)段，另一端繞向臺(tái)后并錨固在巖盤上，這樣逐節(jié) 向河中懸臂施工，直至拱橋拱頂合龍，再進(jìn)行拱上立柱、橋面板施工。圖2斜拉扣掛懸臂澆筑施工示意圖懸臂桁架法，也稱斜吊式懸澆法，此施工原理是：在施工過程中，主拱圈、 拱上立柱和橋面板等同時(shí)向跨中施工，并與臨時(shí)斜拉索構(gòu)成變高度的懸臂桁 架，此種方法每個(gè)循環(huán)工序都需要完成拱圈、立柱、橋面板施工，工序之間銜 接緊密，且橋面板的設(shè)計(jì)因保證具有抗拉強(qiáng)度高的

7、特點(diǎn)，如采用鋼梁。對(duì)設(shè)計(jì) 和施工都提出較高的水平，在我國尚未施工先例。圖3懸臂桁架法現(xiàn)澆拱橋施工示意圖3施工控制概述橋梁施工控制特點(diǎn)是在施工過程中采用有效的技術(shù)措施保證結(jié)構(gòu)的安全和 特征狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，滿足最終成橋狀態(tài)。過程中采取動(dòng)態(tài)控制法，主要判別方式是通過監(jiān)控量測進(jìn)行分析、修正，以此達(dá)到預(yù)想要求。4懸臂澆筑法拱橋關(guān)鍵技術(shù)控制馬蹄河特大橋采用的是懸臂澆筑施工中的斜拉扣掛法，施工控制的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)為掛籃、扣掛系統(tǒng)、索力，主要涵概結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)分析、運(yùn)行監(jiān)測控制。圖4馬蹄河特大橋掛籃懸澆施工簡圖4.11#節(jié)段斜拉支架法拱圈第一節(jié)段拱圈長10.284m,寬7.5m,高3.3m,單箱雙室結(jié)構(gòu)，采用C50

8、混凝土，方量為155.9m3,重量為405.4t 。根據(jù)現(xiàn)場測量的實(shí)際情況，2跚座邊緣靠近懸崖邊線，3#拱座左幅邊緣離基座邊緣最小距離為 0.5m,最大距離為5.9m,不能滿足現(xiàn)澆段8m寬度的要求，故不能采用常規(guī)的落地支架施工。分別從施工成本、施工工期、施工速度及難易程度等進(jìn)行了比較，推薦采用斜拉支架（墩柱作為斜拉塔柱），即第四種方案，支架比選方案見下表：表1現(xiàn)澆段支架比選方案序號(hào)支架類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)論1落地支架（鋼管支架或滿堂支架）工藝成熟，施工簡單；支架 施工速度塊；安全性高；支 架成本較低；支架沉降可 控；可與墩柱同時(shí)開始施 工，節(jié)約工期對(duì)地基承載力要求較高，受地 形條件限制，無法搭設(shè)落地

9、支 架；不可用2懸臂支架（在拱座上預(yù)埋型 鋼支架，靠支架本 身剛度作為支撐）結(jié)構(gòu)簡單，支架施工速度 快；可與墩柱同時(shí)開始施 工，節(jié)約工期；型鋼剛度要求高，鋼材用量多；變形較大；安全性較低；不可用3斜拉支架（在拱座上安裝鋼 管，在鋼管中灌注 混凝土，形成塔 柱，采用鋼絞線作 為斜拉索將支架錨 固于鋼管上，形成 斜拉支架）可與墩柱同時(shí)開始施工，節(jié) 約工期；鋼管混凝土塔柱工 藝成熟，施工簡單，施工速 度快；鋼管混凝土塔柱不可回收，拆 除困難；成本高；塔柱上錨固 點(diǎn)設(shè)置復(fù)雜，且變形較大，安 全性不高；可用4斜拉支架（利用墩柱作為斜 拉支架的塔柱，扣 索采用精扎螺紋鋼 筋，反拉錨索采用 鋼絞線錨固于承臺(tái)

10、 上）充分利用了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物作為 斜拉支架的塔柱（墩柱）和 后錨（承臺(tái)）；墩柱作為塔 柱，剛度大，變形小，安全 性高；支架變形小，拱圈線 性較好；墩柱內(nèi)預(yù)埋件多，且預(yù)埋精度 要求高；需要墩柱施工完成 后，方可進(jìn)行斜拉索的穿索， 不能節(jié)約工期；推薦采用4.1.1支架的設(shè)計(jì)現(xiàn)澆段支架采用交界墩墩柱作塔柱，精軋螺紋鋼筋和鋼絞線作拉索，形成 簡易“斜拉橋”的方式進(jìn)行懸澆，為保證墩柱的受力平衡，對(duì)墩柱進(jìn)行反拉，支 架的設(shè)計(jì)施工必須考慮以下幾個(gè)方面：、“斜拉支架”由拱腳處的三角托架和斜拉扣錨索組成，斜拉支架必須承 受1#節(jié)段拱圈碎自重和施工荷載，以保證拱圈和拱座交接面不出現(xiàn)裂縫。、“斜拉支架”的斜拉索錨固于

11、交界墩上，會(huì)對(duì)交界墩產(chǎn)生局部應(yīng)力集 中，同時(shí)扣索與錨索受力的不平衡會(huì)引起墩頂偏位，因此，該支架方案要求墩 頂偏位不大于10mm,墩底拉應(yīng)力不大于1.83MPa。、1#節(jié)段混凝土澆筑過程中，斜拉支架的斜拉索會(huì)逐漸伸長，加之三角 托架的非彈性變形，可能導(dǎo)致拱腳頂面出現(xiàn)裂縫。、對(duì)斜拉扣錨索的初拉力的確定，以及混凝土澆筑過程中是否進(jìn)行實(shí)時(shí) 調(diào)整索力的問題，這是控制托架標(biāo)高和墩頂偏位的關(guān)鍵因素。針對(duì)以上問題，在設(shè)計(jì)上采取了以下措施：、采用三角托架+斜拉扣錨索形式組成“斜拉支架”，三角支架選用雙拼H' 型鋼，并組合成三角形，增加其剛度和穩(wěn)定性，斜拉扣索選取伸長率較小的高 強(qiáng)度精扎螺紋鋼筋，減小非彈

12、性變形；同時(shí)，在1#節(jié)段拱圈混凝土澆筑完成后，對(duì)拱腳處進(jìn)行二次振搗，消除支架非彈性引起的表面裂縫。、對(duì)斜拉扣錨索在墩柱上的錨固點(diǎn)位置，埋設(shè)鋼板，設(shè)置應(yīng)力分散的楔 形墊塊，同時(shí)監(jiān)控墩頂偏位和墩底應(yīng)力。、對(duì)于斜拉扣錨索初拉力的確定原則是保證三角托架承受索力不變形， 且墩柱承受水平力盡量平衡的原則，采取有限元分析進(jìn)行確定，詳見下一節(jié)支 架驗(yàn)算；如果在混凝土澆筑過程中進(jìn)行索力調(diào)整，則施工非常繁瑣且很難做到實(shí)時(shí)調(diào)整，更容易引起斜拉索受力不均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力的不明確，故采取一次張 拉到位，混凝土澆筑過程中不調(diào)索的方式斜拉支架如下圖所示圖7斜拉支架扣錨索安裝照片圖5斜拉支架立面圖圖6斜拉支架平面圖iiriijl

13、l4.1.2支架驗(yàn)算采用有限元軟件Midas/Civil建立拱圈現(xiàn)澆段斜拉支架模型。三角支架、 橫縱向分配梁和交界墩用梁單元模擬，模板用板單模擬，扣錨索用只受拉桁架 單元模擬。主要檢查支架的變形和應(yīng)力，墩柱的拉應(yīng)力和偏位，扣錨索索力是 否滿足規(guī)范要求。如表2所示的各計(jì)算工況進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果如下。圖8支架計(jì)算模型圖及結(jié)果 表2斜拉支架計(jì)算工況序號(hào)計(jì)算工況工況說明1CS1自重2CS2扣錨索張拉（初張力 15t）3CS3現(xiàn)澆段混凝土澆筑完成通過midas/civil 計(jì)算，墩柱偏位、應(yīng)力等結(jié)果如下表 3所示:表3支架計(jì)算結(jié)果表序號(hào)名稱計(jì)算最大值允許值1型鋼支架豎向位移5.1mm11000/400=

14、27.5mm2型鋼支架應(yīng)力72.9MPa140 MPa3I32工字鋼應(yīng)力66.1MPa140 MPa4交界墩墩柱偏位0.7mm （河心方向）10mm5交界墩墩底拉應(yīng)力-0.74MPa （內(nèi)側(cè)）、-1.35MPa （外側(cè)）1.83 MPa6扣錨索索力24.3t101t4.2懸澆拱橋掛籃4.2.1 懸澆拱橋掛籃的設(shè)計(jì)掛籃作為懸臂法施工的重要部分，其設(shè)計(jì)不僅要考慮結(jié)構(gòu)受力，因拱橋的 掛籃不同于普通梁橋的掛籃，普通梁橋的掛籃多數(shù)在坡度不大的橋面上運(yùn)行， 拱橋的掛籃則要解決較大坡度上的澆筑和行走問題。所以掛籃結(jié)構(gòu)形式選擇將 決定施工效率的高低。馬蹄河特大橋的掛籃采用下承式倒三角掛籃，與木蓬特大橋采用的掛

15、籃結(jié) 構(gòu)形式形似，但又有所不同，在錨固形式和行走方法得到改進(jìn)，設(shè)計(jì)方案整體 得到優(yōu)化。圖9馬蹄河特大橋下承式倒三角掛籃掛籃的結(jié)構(gòu)形式主要有平行弦、弓弦式、菱形、三角形式、斜拉式等，不同的受力特點(diǎn)決定不同的掛籃結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问?，通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)分析得到的受 均布荷載懸臂梁的拓?fù)湫螤罹褪侨切?，?duì)于斜拉式因剛度比較差，所以三角 形的主桁結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的選擇。掛籃的承重形式按承重結(jié)構(gòu)在混凝土上、下分為上承式掛籃和下承式掛籃，其形式關(guān)系到掛籃的重心高低，重心高低決定了掛籃的行走及工作是否平穩(wěn)。三角形掛籃的支撐方式主要為上承式，但上承式主要用于T型鋼構(gòu)橋、連續(xù) 梁橋和斜拉橋，對(duì)于拱圈結(jié)構(gòu)，存在變角度機(jī)構(gòu)復(fù)雜和重

16、心高影響移動(dòng)等。經(jīng) 過比較采用主桁布置在拱箱下部的下承式，重心底，實(shí)踐證明了下承式掛籃適 合在在拱圈上的施工及行走。掛籃結(jié)構(gòu)受力明確、傳力直接，由于節(jié)段混凝土重量大，承重結(jié)構(gòu)避免常 規(guī)掛腿受力，采用錨固系統(tǒng)的精軋螺紋鋼受力，掛腿僅在掛籃空載時(shí)（掛籃行 走）受力。錨固結(jié)構(gòu)作用在已澆筑的混凝土節(jié)段上，對(duì)于掛籃，相當(dāng)于中支點(diǎn) 作用?？紤]到拱圈弧形結(jié)構(gòu)，錨固系統(tǒng)中的錨固箱體設(shè)計(jì)為球錢，解決了拱圈 弧形角度對(duì)掛籃錨固結(jié)構(gòu)受力的影響。掛籃后支點(diǎn)為頂升千斤頂（行走時(shí)為后 滑輪），可以調(diào)節(jié)掛籃傾角滿足拱圈線型要求。主要平衡由懸臂端節(jié)段重量對(duì) 中支點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩作用。掛籃的行走形式采用連續(xù)千斤頂頂推履帶小坦克，使

17、掛籃沿拱圈爬行。連 續(xù)千斤頂增加動(dòng)力、減少反力擋塊的頻繁轉(zhuǎn)換，履帶小坦克在軌道上滾動(dòng)前 進(jìn)，摩擦力小，速度快。4.2.2 懸澆拱橋掛籃的運(yùn)行分析掛籃的運(yùn)行狀態(tài)主要為澆筑狀態(tài)和行走狀態(tài)。澆筑狀態(tài)為靜軋螺紋鋼受力，行走狀態(tài)為掛腿受力。掛籃澆筑施工控制變形、應(yīng)力，行走控制為效率分析。分別計(jì)算典型節(jié)段，工況I : 3號(hào)節(jié)段（節(jié)段最重且長）碎方量 85.2m3,節(jié) 段重量221.5t ,掛籃與水平夾角30.67° ;工況I : 13號(hào)節(jié)段（傾角小節(jié)段 重）碎方量64.3m3,節(jié)段重量167.1t ,掛籃與水平夾角 3.36 ° 。11）基于ansys有限元的典型工況分析結(jié)果圖10工況

18、I混凝土作用下掛籃凈位移云圖圖11工況I掛籃整體應(yīng)力云圖圖12工況I掛籃整體位移云圖圖13工況I掛籃整體軸力云圖表4有限元分析典型工況最大應(yīng)力、應(yīng)變分析因子最大位置工況I工況II最大應(yīng)力主縱梁與立柱連接處121.4MPa111.46MPa最大變形混凝土箱梁端部對(duì)應(yīng)的主縱梁位置27.53mm19.09mm(2)施工監(jiān)控的典型工況分析結(jié)果應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)為掛籃左、右側(cè)兩主縱梁與立柱連接處，變形監(jiān)測點(diǎn)為掛籃懸臂端左、中、右三點(diǎn)，掛籃變形值=懸臂端澆筑前高程-懸臂端澆筑后高程-拱圈懸臂端自身沉降值。表5施工監(jiān)控典型工況最大應(yīng)力、應(yīng)變分析因子監(jiān)測點(diǎn)工況I工況II德江岸應(yīng)力主縱梁與立柱連接處112.37MPa1

19、02.61MPa變形混凝土箱梁端部對(duì)應(yīng)的主縱梁位置24.31mm12.84mm沿河岸應(yīng)力主縱梁與立柱連接處114.22MPa106.72MPa變形混凝土箱梁端部對(duì)應(yīng)的主縱梁位置25.02mm14.66mm(3)結(jié)論分析掛籃最大應(yīng)力工況I時(shí)主縱梁與立柱連接位置，max=114.22MPa<q=168Mpa混凝土澆筑完成后主桁最大變形工況 I時(shí)混凝土 箱梁端部對(duì)應(yīng)的主縱梁位置，& max=25.02<L/350=28.17mm掛籃強(qiáng)度和變形均 滿足要求。4.2.3 頂推式履帶小坦克行走機(jī)構(gòu)馬蹄河特大橋到三掛籃行走形式上革新運(yùn)用了液壓千斤頂 +履帶式小坦克組 成的“頂推式履帶小坦

20、克”行走機(jī)構(gòu)，具有行走安全、速度快、操作方便、節(jié)約 人工的特點(diǎn)。行走系統(tǒng)主要由行走軌道、履帶式小坦克及液壓千斤頂、后滑輪 組成。其作用是實(shí)現(xiàn)掛籃空載前移功能。行走原理：液壓千斤頂兩端設(shè)置前支座、后支座，且前支座與掛籃上的履 帶小坦克連接，后支座通過銷軸作用于軌道上。行走過程中，通過銷軸鎖住千 斤頂后支座，液壓千斤頂頂推掛籃向前滑行，每行走一個(gè)卡銷的距離就鎖住千 斤頂前支座即固定小坦克，通過行走千斤頂回油，把后支座往前跟進(jìn)一個(gè)行程 再鎖定。如此反復(fù)操作，完成行走的行走。圖14掛籃行走系統(tǒng)模型圖圖15掛籃行走系統(tǒng)實(shí)圖行走技術(shù)特點(diǎn)：(1)較傳統(tǒng)掛籃在軌道上滑動(dòng)相比，履帶小坦克滾動(dòng)行走摩擦小，速度 快

21、。(2)較傳統(tǒng)精軋螺紋鋼牽引相比，液壓千斤頂頂推作用，避免精軋螺紋鋼 脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)，施工過程安全性高。(3)連續(xù)千斤頂?shù)膽?yīng)用，減少了反力擋塊的頻繁轉(zhuǎn)換，簡化了操作過程， 人工投入小。(4)掛籃行走過程人工的操作少，只需油泵控制和插銷鎖定，省去精軋螺 紋鋼反復(fù)安裝、調(diào)整。(5)頂推履帶小坦克行走，相比精軋螺紋鋼牽引，作用力距離變短，掛籃 不會(huì)左右偏移，避免與拱圈刮擦，行走穩(wěn)定、安全。結(jié)論分析：液壓連續(xù)千斤頂”增加了掛籃的動(dòng)力性能，減少反力擋塊的頻繁 轉(zhuǎn)換?！甭膸√箍恕备淖儌鹘y(tǒng)掛籃劃船式滑動(dòng)行走為履帶滾動(dòng)行走，降低了行 走的摩擦力。實(shí)踐證明此種行走技術(shù)具有行走安全、可靠、周期短、操作方便 等特點(diǎn)

22、，適合掛籃在拱圈等坡度較大的橋面上行走。4.3 懸臂澆筑扣掛系統(tǒng)4.3.1 扣掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)扣掛系統(tǒng)中的重要組成部分為扣塔、預(yù)應(yīng)力扣錨索?？鬯切崩蹝旆ㄖ?最明顯的特征，通常在拱腳墩、臺(tái)處安裝臨時(shí)的鋼或鋼筋混凝土塔架，扣錨索 斜掛在扣塔上，與斜拉橋施工形式相似，但受力方面存在很大的區(qū)別?？鬯c 扣錨索都是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，拱圈合攏后要拆除，在施工過程中對(duì)拱圈的線性、內(nèi)力 影響較大，鋼筋混凝土主拱圈無預(yù)應(yīng)力，混凝土拉應(yīng)力控制要求高，索力的不 合理或微調(diào)都有可能導(dǎo)致拱圈混凝土開裂，從而對(duì)索力的控制和扣塔強(qiáng)度、剛 度、整體穩(wěn)定性提出更高的要求。施工過程中扣塔將承受巨大的豎向力，穩(wěn)定分析時(shí)要計(jì)入扣塔模型，而且

23、 在施工中隨時(shí)監(jiān)控其扣塔變形和扣塔應(yīng)力，以防局部失穩(wěn)。在滿足穩(wěn)定性的前 提下對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形進(jìn)行雙控。馬蹄河特大橋扣塔安裝在拱腳交界墩上。由于受縱坡影響，兩岸交界墩高 度不一致，扣塔高度也不一樣，同時(shí)對(duì)扣錨索設(shè)計(jì)存在差異。沿河岸扣塔高 37m德江岸扣塔高41m根據(jù)原設(shè)計(jì)扣塔為混凝土鋼管扣塔，單幅扣塔橫向設(shè) 置3排主鋼管，縱向共2層的門式框架結(jié)構(gòu)。主鋼管及部分橫向連接鋼管都需 要灌注C50混凝土，錨箱設(shè)置3層，每層最多設(shè)置12個(gè)錨箱?？紤]鋼管中需混 凝土澆筑操作難度大、工期長、材料回收率底等問題，將扣塔設(shè)計(jì)為空心鋼 管，采用同規(guī)格尺寸的主鋼管，高度相同，橫向布置4排，縱向2層，并優(yōu)化橫向連接的

24、門式框架結(jié)構(gòu)。mLcHraHaF"TTA-科K ¥ss一t 一AASKss IAsKLk-mu/N，1*<H J圖16 （原方案）混凝土鋼管扣塔e * ， 一事盤m 耳4 rb3Xt HKlXm典 fi金-士_-、產(chǎn)Ld.1工工h<r，可 -Hrflf,I卅! 一-£L-1,PB 1 T汗 YB.血 rA庚B*r? 71 (p時(shí)普收imr營- J1-7XV =1JrH夕G71乂6 T伸.4口L 后/L 口 /、嚴(yán)jHH7X MTfckE-I事心下吐心管IE1-V3亡：ri字F 、r1 -1型劃IIII1imr m，圖17 （采用方案）空心鋼管扣塔馬蹄河

25、特大橋扣索和錨索均為預(yù)應(yīng)力鋼絞線。為控制扣塔偏位，扣索與錨索分離，每半跨分13對(duì)扣索和錨索，每束由1024根不等的鋼絞線組成?？鬯骱湾^索是扣掛系統(tǒng)的重要組成部分，馬蹄河特大橋的1#-3科口錨索置于交界墩項(xiàng)，4#-13豺口錨索索置于不同高度的鋼管扣塔上。圖18扣錨索整體布置圖表六沿河岸扣錨索設(shè)置表扣索編索規(guī)格錨索編索規(guī)格dJS-124-DJM-1-15- 15.2DJS-2裾通djM-1-15- 15.2表七德江岸扣錨索設(shè)置表15.2扣索編索規(guī)格錨索編索規(guī)格Ybfe-124-YH枕1-112-YHS-2職5.2YHM-1-2修卷YHS-315福YHM-1-312-2)YHS-4悔為YHM-2-1

26、海卷YHS-5形苞YHM-2-215-茍YHS-640&YHM-2-3侑-卷YHS-715省YHM-3-1彳5-卷YHS-8薛益YHM-3-225-卷YHS-9YHM-3-325-3YHS-10夕先爸YHM-4-122-卷YHS-1125&YHM-4-225急YHS-12夕5省YHM-4-325-卷YHS-1315aYHM-5-125-卷YHS-14110爸YHM-5-215-315.215.24.3.2扣塔的結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析DJS-318-DJM-1- 15- 15.2DJS-411里.2DJM-2-12- 15.2DJS-511曲2DJM-2-15- 15.2DJS-6勢(shì).2D

27、JM-2-18- 15.2DJS-7他2DJM-3-15- 15.2DJS-8勢(shì).2DJM-3-22- 15.2DJS-9班.2DJM-3-22- 15.2DJS-1022.2DJlM-4-22- 15.2DJS-11源庫DJlMl-4-24- 15.2DJS-1220-.2DJlM-4-22- 15.2DJS-13海通DJlM-5-22- 15.2DJS-14DJlM-5-10- 15.215.22基于midas civil空間桿系有限元分析,模型中的單元包括混凝土交界墩、鋼扣塔塔架、錨索、扣索、混凝土拱圈，其中張拉錨梁、墊梁、斜撐、平聯(lián)截面按封閉截面計(jì)算。此處驗(yàn)算只例出典型工況分析結(jié)果。圖

28、19 midas civil空間桿系有限元分析模型圖(1)扣塔典型工況變形結(jié)果ML口心L工G. TL T'lwarl m r| 1上*5-依+7Mii *21 工午一5nilelM44,tfl4A * n>：Fi3D* 二 f *MaD jm4«4q. 2加葡3 7時(shí) IT :二一：十工口MMT ;rrQii ftF皿的*：*+0、! - LFL圖20 8#節(jié)段懸澆施工扣塔縱向位移圖（ mm圖21 9#扣錨索2張施工扣塔縱向位移圖（mm|-IET>X5 -；. iIIt . H . I Lh>. 一“d 434 r，.7PQ /5 密5MlW：4g*4Pl!

29、 rei-1 丁 QgjuQ 口! i V j qr M一J-l3D3lr+->£i1WlHi 明1*1 ，乃-F kLMWi1 J m二1> d.l4Clwi'WU,Wl J HJt !-j.izih/w+aai>> 9 J4JUJsiw*0UIi38 1 IjDiOm+ODI wdi' j4*m是 «UU1Z. J修中1II:'制EJk； 5li4ni部4廣ALti：J-JU4 . d 號(hào),1"J 11 ； 0； E”U/.'Jlj-JU1-Z- QL圖22 12#扣錨索2張施工扣塔縱向位移圖（mm圖23

30、 14#扣錨索1張施工扣塔縱向位移圖（mm（2）扣塔典型工況桿件應(yīng)力結(jié)果 “ME1- MtHM. 7q”e'*» atnm -*-3，qr惶e*3吊力口:牌 F+ 2圖24 8#節(jié)段懸澆施工扣塔應(yīng)力圖（MPa 圖25 9#扣錨索2張施工扣塔應(yīng)力圖（MPaIIX. ->.'Ji -iPCPTK'HMA% 1324*3口I r 明W*q.=4.E4D7«44aiI *j=- 4.M-T53c«a1>- 0 U«M£lg柚UK9 - -r v；M44£iE 卜 iHCWMi 廣F LFHlfW圖26 12

31、#扣錨索2張施工扣塔應(yīng)力圖（MPa 圖27 14#扣錨索1張施工扣塔應(yīng)力圖（MPa（3）整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果圖28最大懸臂狀態(tài)縱橋向一階模態(tài)圖29最大懸臂狀態(tài)橫橋向一階模態(tài)圖30最大懸臂狀態(tài)縱橋向二階模態(tài)圖31最大懸臂狀態(tài)橫橋向二階模態(tài)根據(jù)馬蹄河特大橋拱圈懸澆施工全過程中扣塔計(jì)算結(jié)果得到以下結(jié)論：1、施工過程控制扣錨索張拉程序和索力，在拱圈各節(jié)段懸臂澆筑施工過程中，扣塔塔頂縱橋向位移控制在 30mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)文件要求。14#2、在拱圈各節(jié)段懸臂澆筑施工過程中，扣塔各桿件受力均勻、合理，最大應(yīng)力為節(jié)段扣錨索第一次張拉，106.72Mpa< b =175Mpa強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。3、最不利工

32、況下，拱圈最大懸臂狀態(tài)的一階線彈性整體穩(wěn)定安全系數(shù)為27.5 ,滿足規(guī)范要求，因此在拱圈懸臂澆筑施工過程中，扣塔整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，具有一定安 全儲(chǔ)備。4.4 扣錨索力優(yōu)化采用懸臂法澆筑的混凝土拱圈中，扣索索力不僅會(huì)影響拱圈線形，還會(huì)影 響到已經(jīng)澆筑的拱圈截面應(yīng)力，混凝土抗拉強(qiáng)度下，不能大幅度調(diào)整扣索力來 調(diào)整拱圈線形，否則會(huì)導(dǎo)致拱圈結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力過大而開裂。索力計(jì)算必須滿足施 工階段線型合理及內(nèi)力安全前提下，使得拱圈在成橋后逼近預(yù)期線型和最佳受 力狀態(tài)。掛籃懸臂澆筑拱橋索力計(jì)算步驟有兩步：（1）確定合理的成橋狀態(tài)， 在此狀態(tài)下，拱圈所承受的包載和活載共同作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線型達(dá)到某一目 標(biāo)。（

33、2）根據(jù)施工過程計(jì)算索力，保證施工過程拱圈內(nèi)力和線型滿足設(shè)計(jì)要 求，且最終成橋狀態(tài)逼近設(shè)計(jì)預(yù)期。索力計(jì)算按不同理論方法有：數(shù)值法（零 位移法）、解析法（力矩平衡法、零彎矩法）和優(yōu)化算法（零階優(yōu)化法、一階 優(yōu)化法）。目前常用的是優(yōu)化算法。馬蹄河特大橋拱圈共29個(gè)節(jié)段，兩個(gè)現(xiàn)澆段和1個(gè)合攏段?；赼nsys零 階優(yōu)化模塊，一整個(gè)施工過程中的拱圈結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)變能為目標(biāo)函數(shù)，以扣索索 力為變量，以施工過程中拱圈截面最大應(yīng)力狀態(tài)為變量，進(jìn)行懸澆拱斜拉扣掛 法索力優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)目的在于尋求滿足所有指定約束條件，而且能使得某一 給定的目標(biāo)趨于最小值。通過優(yōu)化得到最佳初始張拉力和補(bǔ)張拉力。由兩岸索 力值相差不大

34、，此處僅例出單岸索力值及預(yù)抬值。下表為混凝土節(jié)段重量和索 力值、預(yù)抬值。表8拱圈節(jié)段重量表類別1234567C50 (m3155.982.885.272.870.567.567.5重量（t）405.4215.3221.5189.3183.2175.5175.5類別891011121314C50 (m366.166.264.46563.864.344.6重量（t）171.7172167.4168.9165.8167.1116表9半幅拱圈索力初始張拉值及預(yù)抬值節(jié)段預(yù)抬值（mm）索工況張拉值（kN）索工況張拉值（kN）1#節(jié)段201#扣索初張拉力13901#錨索初張拉力7702#節(jié)段142#扣索初張

35、拉力9352#錨索初張拉力7202#扣索補(bǔ)張拉12142#錨索補(bǔ)張拉9463#節(jié)段383#扣索初張拉力7923#錨索初張拉力7523#扣索補(bǔ)張拉10413#錨索補(bǔ)張拉9704#節(jié)段614#扣索初張拉力7044#錨索初張拉力5284#扣索補(bǔ)張拉8954#錨索補(bǔ)張拉6565#節(jié)段1005#扣索初張拉力6005#錨索初張拉力535松1#扣索0松1#錨索05#扣索補(bǔ)張拉9955#錨索補(bǔ)張拉8756#節(jié)段1376#扣索初張拉力7896#錨索初張拉力785松3#扣索力一半520.5松3轆苗索索力一半4856#扣索補(bǔ)張拉12126#錨索補(bǔ)張拉12007#節(jié)段1817#扣索初張拉力7207#錨索初張拉力790

36、松3#扣索0松3#錨索07#扣索補(bǔ)張拉9507#錨索補(bǔ)張拉10328#節(jié)段2158#扣索初張拉力9008#錨索初張拉力8808#扣索補(bǔ)張拉10708#錨索補(bǔ)張拉10259#節(jié)段2429#扣索初張拉力9909#錨索初張拉力10009#扣索補(bǔ)張拉12289#錨索補(bǔ)張拉141110#節(jié)段28210#扣索初張拉力104310婚苗索初張拉力1011松5#扣索0松5#錨索010#扣索補(bǔ)張拉132310#錨索補(bǔ)張拉115911#節(jié)段30611#扣索初張拉力123711婚苗索初張拉力134711#扣索補(bǔ)張拉137711#錨索補(bǔ)張拉142512#節(jié)段33312#扣索初張拉力119512婚苗索初張拉力1386松7#扣索0松7#錨索012#扣索補(bǔ)張拉151912#錨索補(bǔ)張拉176513#節(jié)段34313#扣索初張拉力139413婚苗索初張拉力152713#扣索補(bǔ)張拉158713#錨索補(bǔ)張拉158914#節(jié)段36514#扣索初張拉力70814婚苗索初張拉力907索力為大氣溫度為15c時(shí)的張拉力。張拉時(shí)溫度較1