超高大坡度散索鞍支墩混凝土施工控制技术.pdf

超高大坡度散索鞍支墩混凝土施工控制技术 陈开桥 1 5 超高大坡 度散 索鞍支墩混凝土施工控 制技术 陈开桥 ( 中铁大桥 局股 份有 限公 司， 湖北 武 汉 4 3 0 0 5 0 ) 摘要 ： 重庆绕城公路鱼嘴长江大桥主桥为 ( 1 8 0 +6 1 6 +2 0 5 )m单跨双立铰 简支悬索 桥 ， 北锚散 索鞍支墩 为超高大 坡度混凝 土结构 ， 倾斜 6 7 。 。受大倾角 的影 响， 在支墩混凝 土浇筑过程 中支墩 会产生 变形 ， 墩底外 边缘会 产生拉 应力 。鉴 于此 ， 采取 主 动克服散索鞍支墩混凝土 自重的方法 ， 对支墩承载膺架结构 和液压设备 布置 进行设计 ， 设计确定 将承载膺 架安装在 锚体 内箱 室中 ， 按 2 个受力面 、 2 个 支承 面形成箱式结构设计 ， 采用万能杆件拼装 ， 并在 3 道横梁 处各 布置 8台液压设 备 ， 分 阶段主动起 顶 。结构计算结果表明 ， 该控制技术可 以有效控制散索鞍支墩各悬臂浇 筑节段墩底 产生 的拉应 力 ， 应 力满足规 范要求 。工程 应用证明 ， 在散索鞍分节段浇筑过程 中 ， 采用该控制技术有效地控制 了墩体结构 的应力 ， 墩 体结构施工满足规范要求 。 关键词 ：悬索桥 ； 散 索鞍 支墩 ； 混凝土结构 ； 承栽膺 架； 液压设备 ； 主动起顶 ； 应力 ； 有 限元 法； 施 工技 术 中图分类号 ：U4 4 8 2 5 ； U4 4 5 4 文献标 志码 ： A 文章编 号： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 1 5 0 5 l 工 程概 况 重庆绕城公路鱼嘴长江大桥全桥长 1 4 3 8 m， 采用 高速公 路一级 标 准设计 ， 双 向 6车道 ， 设 计 速度 1 0 0 k m h ， 使用寿命 1 0 0年_ 】 。南引桥为 2联 6 3 5 m 等 截 面预应 力混凝 土 连续箱 梁 ， 北 引桥 为 ( 4 5 6 )m+( 3 5 6 )m 共 计 2 联 预 应 力 混 凝 土 连续 刚 构 ， 主桥为 ( 1 8 0 +6 1 6 +2 0 5 )m 单跨 双立 铰 简支 悬 索桥 ( 见 图 1 ) 。主桥加 劲梁 为钢 箱梁 ； 2根主缆 横桥 向间距为 3 4 8 m， 每根主缆有 6 5股通长索股 ， 每根 索股 由 1 2 7根 5 2 O mm 的高强镀锌钢丝组成 ， 主 缆外包 P E进行防护 ； 吊索采用预制平行钢丝索股 ； 两 岸桥塔 基础 均为 钻孔 桩 ， 采 用分 离式 承 台 ； 塔柱 为 钢 筋混凝 土 空心结 构 ， 横 梁 为预应 力空 心薄 壁结 构 ； 南 、 北岸 均采 用重 力式锚 碇 。 北 锚散 索鞍 支 墩 ( 见 图 2 ) 支 撑 于锚 碇 基 础 上 ， 与主缆后锚块毗邻 ， 用于支撑重约 5 0 t的散索鞍， 2 根 主 缆 总计 2 2 7 0 0 0 k N 的拉 力 均 匀扩 散 到锚 体 混 南彭 凝土中， 通过基坑再传 到地基。散索鞍支墩横截 面 采用中部为空心 、 两端渐变为实体的单箱双室结构 ， 高 3 7 9 2 8 m， 顺桥 向宽 6 5 m， 横桥 向宽 由 1 0 7 1 m 渐变 到 1 5 m， 水 平 角呈 6 7 。 ， 采 用 C 4 0混 凝 土 ， 混 凝 土方量 达 1 1 0 6 4 m。 。 北 锚散 索鞍 支 墩 斜 向高 度 近 4 1 m， 高 度 较 大 ， 采用 承 载 膺 架 分 层 现 浇 方 法 施 工 ， 共 分 1 0层 ， 第 1 8 层厚 4 0 m， 第 9层厚 2 5 m， 第 1 0层 厚 4 m。 因散索鞍混凝土支墩与承载膺 架刚度不一致 ， 二者 不能共同变形和共 同受力 ； 同时 由于散索鞍支墩 的 倾斜角度较大， 在 自重作用下墩底会产生较 大的应 力 。如何克服竖向 自重分力 ， 并使墩底混凝 土的应 力 和散索 鞍 支墩 的线形 满 足规 范要 求 【 。 是 该 工程 施 工 的难 点 。鉴 于 此 ， 采 取 主动 克 服 散 索 鞍 支 墩混 凝土 自重的方法 ， 对该桥散索鞍支墩承载膺架结构 和液压 设备 布置 进 行设 计 ， 采用 有 限元 法 进 行 结 构 计算 ， 验证设 计 满足要 求后 进行 工程 实 际应用 。 鱼 嘴 1 4 4 0 - I 7 1 6 3 5 = 2 1 0 6 3 5 =2 1 0 6 1 6 一 一 4 X 5 6 =2 2 4 I 堕 三! Il 。 、 十1卜+ + I f 1 I n 、 、 1航水位0 3 过 一 卜 岢 一 ： 图 1 鱼 嘴 长 江 大 桥 立 面 布 置 示 意 单位 ：m 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 1 8 作者简介 ： 陈开桥( 1 9 7 7 一) ， 男 ， 高级工程 师， 2 0 0 1年毕业 于重庆交通 学院公路 与城市道路 专业 ， 工 学学 士( E ma i l ： c h e n k a iq ia o 7 7 1 1 2 9 1 2 6 c o rn) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 世 界 桥 梁 2 0 1 4 ， 4 2 ( 4 ) 16 图 z北锚 散索鞍支墩结构示意 图 3承载膺架布置示意 ( b ) 侧面 单位： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 超高大坡度散索鞍支墩混凝土施工控制技术 陈开桥 1 7 图 4 支墩计算模型 表 1 散索鞍 支墩 浇筑 各工况预 顶力及 支墩 底 部应 力计 算 结 果 注 ： f A、 FB、 Fc分 别 为 A、 B、 C处 的预 顶 力 ； “+” 为 拉 应 力 ， “ 一 ” 为压应力 。 经研究， 在散索鞍支墩起顶位置沿墩高 2 5 m 范 围 内加 强 ： 起 顶 位 置 沿 墩 高 2 5 m 范 围 内加 厚 5 0 0 mm， 原设计图配筋布置不变， 在起顶位置底板 处 E l 0钢筋 的位 置 ， 增 设 4 2 5钢筋 ( E l 0 ) 。 散 索鞍支 墩局 部加 强后 ， 按对 称双 筋计算 ， 受 拉 区钢筋 为 2 4 4 2 5 ， 计 算 可 知起 顶 位 置 底 板 2 5 m 范 围 内混凝 土最 大弯矩 Mo 为 3 3 0 0 k N mMm 一 1 7 2 5 k N m， 中腹 板 冲 切 剪 力 F 为 1 8 6 9 0 k N F 。 一3 4 4 0 k N， 故 散 索 鞍 支 墩 按 构 造 配箍 筋 ； 最 大 裂缝宽度验算得 出 W 一0 0 6 7 mm。由计算结果 可知 ， 加强 后 的散索 鞍支 墩满 足规 范要 求 。 建立 MI D AS承载膺架计算模 型， 计算结果可 知， 散索鞍支墩承载膺架最大组合应力出现在第 8 层 混凝 土脱 模工况 ， 为 1 0 9 1 MP a ， 满 足规范要求 。 3 2 前锚室浇筑侧墙顶部及承载膺架应力 在散索鞍支墩施工完毕后拆除部分现浇支架及 分配梁 ， 安装 D E ( 双主桁) 及 F、 G( 双主桁) 位置分 配 梁 ， 分 5层 浇 注施 工 前 锚 室 。前 锚 室 混凝 土分 层 浇 筑及起 顶 位置 布置示 意 如图 5所示 。 图 5前锚 室混凝土分层 浇筑及起顶位置示意 为加载 方便 ， 建立 前锚 室垂 直模 型 ， 自重按 照倾 斜 角沿 前锚 室轴 向和垂直 轴 向分解 。 前锚室浇筑各工况侧墙顶部应力计算结果如表 2 所示。由表 2 可知 ， 侧墙顶部应力满足要求。 表 2 前锚室浇筑各工况侧墙顶部应 力计算结 果 注 ： 为 D、 E处预顶力 ； F 为 F 、 G处预顶力 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 世界 桥 梁 2 0 1 4， 4 2( 4 ) 前锚室浇筑各工况下承载膺架应力计算结果如 表 3所示 。 表 3前锚室浇筑各工况下承载膺架应力计算结 果 施工 工况 支架最大组合应力 MP a 浇注第 1 层混凝土 浇注第 2层混凝土 浇注第 3 层混凝土 浇注第 4层混凝土 浇注第 5层混凝土及合龙 从表 3计算结果可知 ， 前锚室承载膺 架最不利 工 况 出 现 在 浇 注 第 3层 混 凝 土 时 ， 为 1 1 2 7 MP a ， 满 足规范 要求 。 4施工 应用 完成散索鞍支墩基础即锚碇大体积混凝土的施 工后 ， 进 行后锚 块混 凝 土的 浇注 ， 在 施 工锚碇 及后 锚 块的同时， 在相应位置埋设 承载膺架预埋件。承载 膺架初始拼装时， 柱脚应先与预埋件点焊作定位焊 接 ， 待支架拼装顺利后 ， 再按图纸要求将柱脚与预埋 件焊接 牢 固 。 在 承载 膺 架安 装 到 设计 高 度 后 ， 立 模 浇 筑散 索 鞍支墩 混 凝土 至第 3层 ， 拆 除 散 索鞍 支 墩 第 3层 混 凝 土模 板 ， 待 混凝 土 强 度 达 到 设 计 强 度 的 8 5 后 ， 在第 1 道 横梁 位置 ( A 处 ) 起顶 4 0 0 0 k N( 单 片桁 起 顶 5 0 0 k N) ， 继 续 逐 层 浇 筑 锚 块 混凝 土 。逐 层 安 装 前 锚 面支 架及 分配 梁 ， 并 逐层 浇筑 前锚 面处 混凝 土 ； 立模浇筑散索鞍支墩混凝土至第 4层 ， 达到强度后， 将第 4层混凝土模板拆除， 逐层浇筑散索鞍支墩混 凝土至第 5层 ， 拆除散索鞍支墩第 5层混凝土模板， 待混凝 土 强度达 到设 计 强度 的 8 5 后 ， 在第 2道 横 梁 位置 ( B处 ) 起 顶 4 0 0 0 k N( 单片桁 起 顶 5 0 0 k N) 。 继续逐 层 浇筑后 锚 块 混 凝 土 至完 毕 ， 安 装 现 浇 支 架 及 分 配梁 ， 立模 浇筑 散索 鞍支 墩混 凝土 至第 6层 ， 达 到强度 后 ， 将 第 6层 混凝 土模板 拆 除 ， 逐 层浇 筑散 索 鞍支墩 混凝 土 至第 8层 ， 拆 除 散 索鞍 支 墩 第 8层 混 凝 土模 板 ， 待 混凝 土 强 度 达 到设 计 强 度 的 8 5 后 ， 在第 3道横梁位置( C处 ) 起顶 5 6 0 0 k N( 单 片桁起 顶 7 0 0 k N) ， 继续逐层浇筑散索鞍支墩混凝土至第 1 o层 ， 此时 ， 承载膺架第 1 3道横梁处的支点反力 分别 为 3 9 6 O k N、 4 2 7 0 k N、 7 7 4 0 k N。 散 索 鞍 支墩 施 工 完 ， 拆 除部 分 现 浇 支架 及 分 配 梁 ， 安 装现 浇锚 室 支架 分 配 梁 ， 浇 筑 部 分 合龙 段 ( 含 侧 墙混 凝 土 及 底 板 ) ， 合 龙 段 养 护 强 度 达 设 计 强 度 后 ， 拆 除现 浇支 架 及分 配 梁 ， 待 主缆 安 装 完 毕 ， 浇 筑 剩余部 分合 龙 段 ， 浇 筑锚 室顶 板 混 凝 土 。后 锚 块 混 凝 土实 施过 程如 图 6所示 。 图 6后 锚 块 混 凝 土 实 施 过 程 5 结 语 重 庆绕 城公 路鱼 嘴长 江大 桥北 锚散 索鞍 支墩 在 国 内同类 型桥 梁 中 倾 斜 度 大 ， 高 度 大 ， 施 工 难 度 极 大， 经研究 ， 采用分节段现浇 ， 通过承载膺架与液压 设 备 主动起 顶相 结 合 的施 工 技 术 ， 有 效 地 控 制 了墩 体 结构 的应 力 ， 并使墩 底 产生一 定 的预压 力 ， 抵 消 了 部 分上 部结 构产 生 的 拉应 力 ， 散 索 鞍支 墩 施 工 满 足 规 范要 求 。 参 考 文 献 ： 1 刘德宝 ， 张红 星， 王成树 ， 等鱼嘴长 江大 桥北锚碇 基础 施工及温控技术 J 桥梁建设 ， 2 0 1 0 ， ( 2 ) ： 4 1 4 4 2 张红 星 ， 刘德宝 ， 王成 树重庆鱼嘴长江大桥北塔 防撞设 计 E J 世界桥 梁， 2 0 1 0 ， ( 3 ) ： 1 3 1 6 3 徐刚 ， 吴小斌坝陵河大桥 隧道锚锚 塞体 关键施 工技 术 J 世界桥梁 ， 2 0 1 2 ， 4 0 ( 5 ) ： 1 2 1 6 4 吴国光 ， 张永健 ， 陈国平 ， 等矮寨大 桥重力 式锚碇 应力 分 析 J 。桥梁建设 ， 2 0 1 3 ， 4 3 ( 6 ) ： 4 0 4 4 5 杨春会山区大跨 度地 锚式 悬索桥主缆架设施工技术创 新 J 中外公路 ， 2 0 1 3 ， ( 5 ) ： 1 8 4 1 8 6 6 唐 贺强 ， 曹洪 武 ， 万 田保重 庆寸 滩长 江大 桥 主桥设 计 _ J 桥梁建设 ， 2 0 1 3 ， 4 3 ( 3 ) ： 7 1 7 6 Co nt r o l Te c h n i q u e s f o r Co nc r e t e Co n s t r u c t i o n o f Hi g h - Ri s e La r g e Gr a d i e nt S u pp o r t Pi e r f o r S p l a y S a d d l e s CH EN Ka i q i a o ( Ch i n a Ra i l wa y Ma j o r B r i d g e En g i n e e r i n g Gr o u p Co ，L t d ，W u h a n 4 3 0 0 5 0 ，C h i n a ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 超高大坡度散索鞍支墩混凝土施工控制技术 陈开桥 1 9 Ab s t r a c t ：Th e ma i n b r i d g e o f Yu z u i Ch a n g j i a n g Ri v e r Br i d g e o n Ch o n g q i n g Ri n g Ro a d i s a ( 1 8 0 + 6 1 6+ 2 0 5 )m s i n g l e s p a n s i mp l y s u p p o r t e d s u s p e n s i o n b r i d g e wi t h d o u b l e v e r t i c a l h i n g e s Th e s u p p o r t p i e r o f t h e s p l a y s a d d l e i n t h e n o r t h a n c h o r b l o c k i s d e s i g n e d a s h i g h r i s e c o n c r e t e s t r u c t u r e wi t h l a r g e gr a d i e n t The s u pp or t pi e r i nc l i ne s a t a n a ngl e o f 6 7 。 ，whi c h mi g ht p os s i bl y s u c c u mb t o d e f o r ma t i o n d u r i n g t h e c o n c r e t e c a s t i n g p r o c e s s u n d e r t h e e f f e c t o f t h e l a r g e i n c l i n i n g a n g l e ，c o n s e q u e n t l y t e n s i l e s t r e s s wi l l o c c u r o n t h e e x t e r n a l e d g e o f t h e p i e r b a s e Du e t o t h e s e r e a s o ns ，t he f r a me of t he s up po r t pi e r whi c h be a r s l o a d a nd t he a r r a n ge m e nt o f t h e hy dr a u l i c e qu i pme n t we r e d e s i gne d by t he wa y of a l l o wi ng t h e m t o a c t i v e l y c ou nt e r a c t t he s e l f we i g ht o f t he c on c r e t e o f t he s pl a y s a d dl e s u pp o r t p i e r The l o a d b e a r i n g f r a me wa s p l a nne d t O i ns t a l l i n t he i n t e r na l b ox o f t he a nc h o r b l o c k t o f o r m a bo x s t r uc t u r e wi t h t WO l o a d be a r i ng s i de s a n d t wo s up po r t i ng s i de s The f r a me wa s ma de of s t a n d a r d m e mbe r s ，o n t he t h r e e c r o s s be a m s o f whi c h e i ght s e t s o f h y d r a u l i c e q u i p me n t we r e i n s t a l l e d Th e f r a me wa s p o s i t i v e l y j a c k e d u p p h a s e b y p h a s e Th e r e s u l t s o f s t r u c t u r a l c a l c u l a t i o n d e mo n s t r a t e t h a t t h e c o n t r o l t e c h n i q u e i s a b l e t o e f f e c t i v e l y c o n t r o l t h e t e n s i l e s t r e s s g e n e r a t i n g i n t h e p i e r b a s e d u r i n g e a c h p h a s e o f t h e c a n t i l e v e r c a s t i n g o f t h e s u p p o r t p i e r of t h e s p l a y s a d dl e a nd t he s t r e s s m e e t s t he r e q u i r e me nt s Eng i ne e r i ng e xp e r i e n c e p r ov e s t ha t b y us i ng t he c on t r ol t e c hn i q ue，t he s t r e s s i n t h e s u pp o r t pi e r i s e f f e c t i v e l y u nd e r c ont r ol a nd t he s up po r t p i e r c ons t r uc t i on me e t s t he c o de r e q u i r e m e nt s Ke y wo r ds ： s u s p e ns i o n br i d ge； s pl a y s a d dl e s u pp or t p i e r ； c on c r e t e s t r uc t ur e； l o a d be a r i ng f r a me ；h y d r a u l i c e q u i p me n t ；a c t i v e j a c k u p；s t r e s s ；f i n i t e e l e me n t me t h o d；c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e ( 编辑 ： 陈 雷) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m