摘　要: 南京地铁斜拉桥为独塔单索面预应力混凝土不等小半径曲线斜拉桥,主塔横向设置背索,介绍该桥总体施工方案和主要施工流程,主跨、边跨主梁施工的关键技术,及施工监控成果。小半径曲线斜拉桥结构和受力复杂,在施工过程中必须重视和加强各施工工况阶段的施工监控,及时发现异常现象,主动采取措施,避免温差累积而影响斜拉桥的耐久性和安全性。

关键词: 小半径曲线斜拉桥; 施工

 

      随着我国桥梁建设水平的大幅提高,斜拉桥已得到广泛的应用。而小半径曲线斜拉桥,因其完美的整体线形连续性和环境美化作用为城市轨道交通增添了一道美丽的风景,逐步崭露头角,被人们越来越多地重视和采用。目前,世界上已建成小半径曲线斜拉桥还比较少,因其结构受力和变形的异常复杂,理论分析方法仍不够全面和准确,需要在设计和施工等方面有待于进一步研究与总结。

 

      南京地铁斜拉桥是地铁二号线的标志性景观工程,为国内城市轨道交通第一座独塔单索面预应力混凝土不等半径曲线斜拉桥,主塔横向设置背索。全桥长100 m+75 m,左右线半径分别为408 m和417 m,主梁单箱三室截面,边跨主梁内设压重混凝土。主塔采用异形空心矩形截面,高63.5 m,在拉索锚固区配有精轧螺纹钢筋,主塔横桥向外侧配有竖向预应力钢绞线。斜拉索采用φ7高强度环氧喷涂平行钢丝。结构体系为塔梁墩固结,设有锚墩,如图1所示。

 

      (1)塔梁索结构独特设计。塔身为仙鹤状、异形空心矩形截面,偏心设计;主梁设计为两段不等半径、不等宽的曲线单箱三室箱梁结构;斜拉索设计为22根不对称单索面,塔侧设锚墩和2根背索。

      (2)结构几何关系复杂。由于主梁位于圆曲线上,塔梁索结构设计的独特性,使得整个斜拉桥处于三维空间结构中,坐标计算及控制复杂。

      (3)结构受力体系复杂。基于结构几何关系复杂,曲线主梁与异形偏心塔柱,在不对称的斜拉索外加背索水平径向力作用下,使得整个桥梁结构处于复杂的三维空间受力状态。

 

      32号主墩施工→0号主梁施工→索塔各节段施工→锚墩施工→边跨主梁施工→主跨主梁施工→斜拉索施工(第一次张拉M01、S01~M09、S09索)→锚墩横梁合龙段混凝土施工→斜拉索施工(第一次张拉背索B01、B02,第一次张拉M10、S10、M11、S11索)→斜拉索施工(第二次张拉M03、S03~M09、S09索)→斜拉索施工(第二次张拉背索B01、B02索,第二次张拉M10、S10、M11、S11索)→拆除支架

      小半径曲线主梁在预应力和斜拉索张拉力作用下,出现纵向压缩变形和横向水平位移,由此,所采用支架、模板等将会对主梁纵向变形、横向位移产生约束,处理不好,直接影响到整体线型和应力状态。

      支架直接决定曲线斜拉桥主梁施工的成败,作为主梁的主要承重结构,既要满足承载力要求,又要保证主梁线形的流畅,还要考虑预应力和斜拉索张拉时,支架与模板必然要约束限制主梁横、纵向位移,需采取措施减小其影响。

      支架设计应考虑分段,由于曲率、不等半径的存在,主梁底板渐变,再加上顺桥向2%纵坡和地势高差影响,顺桥向在每个横隔梁处将支架断开,考虑到横隔梁处支架受力集中,断开处支架均加密,横断面增设剪刀撑,顺桥向则用十字扣件配合钢管,按搭设规范要求进行加固。既保证主梁线型又满足支架承载力要求,同时,支架分段有利于张拉时主梁移位。

      对于支架预压,预压方案比较多,经主梁结构性分析与比较,选用混凝土方桩作为预压荷载(与土袋、水袋相比)更为合理,预压荷载为箱梁自重的1.2倍。通过测量观测和数据的统计分析,指导施工。

      对主梁特殊结构部位支架应加固,如主梁在塔梁墩固结处和梁端均为渐变的加厚段,且配重段,应设置台阶,并将支架间距加密,做专项的计算与设计。

      主梁两端均为变截面加厚段,设计考虑支架加密,刚度较大,张拉时为减小支架和模板对主梁纵向位移影响,采用将该部分支架拆除,解除约束。

      拆除支架的横、纵向剪刀撑,并将支架分段处加固用的钢管和扣件拆除,使支架在分段处断开,降低支架整体刚度。

 

      对原结构设计锚跨配重部分进行优化,将原钢砂混凝土912.45 t调整为素混凝土606.2 t,减少了配重,同时将索力也进行了相应调整,见表1,使配跨在斜拉桥索张拉时可以不作为配重,且不压于牛腿。

      (1)加密端头支架。设计配重跨悬于牛腿之上的长度为0.97 m、高2 m、宽9.856 m,重量约50 t,经计算,在端头2 m范围内增加4排,每排16支架可满足承载力要求。

      (2)临时支撑。将配重跨端头即悬挑部分的底板与牛腿之间用方木和槽钢垫起,作为临时支撑。方木在槽钢上,高度较支座略高3~5 mm,考虑方木的压缩和支架沉降变形,目的是在方木去掉后,配跨不压在牛腿上。去方木时,只需将槽钢的两翼割掉即可。

      (1)将支座在牛腿上的螺栓孔加大,与支座一起在主梁张拉完再浇筑,螺栓与孔壁距离大于主梁横向位移尺寸。

      (2)将位于配跨的销棒用直径为200 mm的PVC管罩住,以便位移,并向上接一小直径PVC管,穿过梁体,在主梁张拉后浇筑。

 

      根据各施工流程和现场实际情况,确定了61个施工工况,对主梁的应力、位移和斜拉索索力进行监控。

      在主梁进行预应力张拉和斜拉索张位过程中,对主跨最大应力截面、L/2处断面和墩塔梁交界处设3个应力测试断面,对边跨L/2处和边跨尾段压重区设2个应力测试断面,从应力测试结果看,实测应力与理论分析应力的趋势相一致,且都处于安全范围内,各阶段应力满足要求。

      对主跨距主塔中心线L/8、L/4、L/2、3L/4、7L/8处截面和边跨距主塔中心线L/8、L/4、L/2、3L/4、7L/8处截面进行位移测量,包括主梁竖向和横向两个方向的位移测量;对BY31和BY33墩处的主梁横向位移测量。

      (1)在主梁预应力张拉完后,主梁在预应力的作用下,产生了竖向和横向位移,其实际变化的位移与理论分析位移的结果吻合较好。实测数据表明,施工过程满足设计的各项要求。

      (2)在斜拉索张拉后,主梁的竖向位移也一直处于控制状态,33号墩处的横向位移在斜拉索张拉完后与理论分析相差较大,根据现场实际情况的观察发现,33号墩处受到相邻箱梁施工的影响,变形受到制约。

      (3)桥梁支架拆除后,主梁的竖向变形基本没有变化。33号墩处在支架拆除、相邻箱梁的制约因素解除后,又产生了横向偏位。表面桥梁在整个施工过程中的受力是明确的。

      通过对斜拉索张拉期间的监测来看,斜拉索张拉索力得到了有效的测试,为索力张拉控制提供了依据,斜拉索的张拉到位有效,与索力测试结果相一致,在斜拉索每个张拉工况和最终张拉完后的实测索力与理论索力相比较,均满足设计要求,如图3所示。

      (1)从斜拉桥各个监控内容的实测数据来看,各项技术、质量指标均得到了有效的控制,符合应力、位移和索力控制。

      (2)实践表明,南京地铁曲线斜拉桥主梁总体施工方案方案是切实可行,经济、有效。通过对边跨和配跨施工设计进行优化,解决了主梁纵横向移位约束问题,避免了主梁次生应力的产生,从而加快了工程进度。

      (3)由于小半径曲线斜拉桥结构和受力复杂,在施工过程中,必须重视和加强各施工工况阶段的施工监控,及时发现异常现象,主动采取有效措施,避免过大的施工误差累积而影响斜拉桥的耐久性和安全性。

 

[1]　JTJ 041-2000　公路桥涵施工技术规范[S].

[2]　林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3]　邵容光,夏淦.混凝土弯梁桥[M].北京:人民交通出版社,1996.