预应力混凝土自锚式悬索桥主梁施工技术及控制要点

　　摘要：主要通过恩施红旗大桥工程实例，介绍预应力混凝土自锚式悬索桥的主梁及锚块施工技术及控制要点。

　　关键词：自锚式悬索桥,主梁施工,锚块施工,施工技术

　　1 前言

　　自锚式悬索桥是一种新型悬索桥，结构新颖，外形美观。由于自锚式悬索桥主缆直接锚固在主梁端部的锚块上，梁承受很大的轴向压力，因此自锚式悬索桥的施工顺序一般先施工主梁，再施工主缆，最后张拉吊杆。

　　预应力混凝土自锚式悬索桥由于主梁为混凝土材料，即使增加了预应力，其抗拉性能仍然较差，因此如何在施工过程中，保证主梁线形达到预定线形，主梁应力满足受力要求，是主梁施工控制的重点。本文通过恩施红旗大桥工程实例，详细介绍预应力混凝土自锚式悬索桥主梁施工技术及控制要点。

　　2 工程概况

　　恩施红旗大桥位于湖北省恩施市，桥长340.6m，为25+65+152+65+25m双塔双索面预应力混凝土自锚式悬索桥，主梁为五跨连续箱梁，索塔采用凯旋门型矩形实心桥塔，主缆中心距17.7m，吊索沿顺桥向间距6m。

 

　　3 主梁

　　3.1 主梁简介

　　红旗大桥主梁为预应力混凝土结构，纵横梁均设置预应力，梁体采用鱼腹式单箱三室截面。每隔6m对应吊索处设置一道横隔梁，桥墩及主塔处均设横梁。在主梁两端设主缆索股锚固块。

　　3.2 主梁施工

　　钢梁自锚式悬索桥有过采用悬臂施工或临时锚碇的“先索后梁”的施工案例，混凝土主梁的都是“先梁后索”法施工。因此，红旗大桥施工先进行主梁浇筑，再进行主缆架设。

　　⑴ 主梁支架

　　主梁支架采用墩梁式结构。为确保梁体在支架上安全渡过两个清江汛期直到体系转换完成，支架需稳固牢靠。

　　主跨支架设7个临时墩，每个临时墩两排钻孔桩，每排5根，桩径1.2m，每根桩通过小承台与Φ630mm钢管立柱一一连接，每个墩设上下两道万能杆件连接系。迎水面的立柱满灌混凝土，其余立柱灌注混凝土至下层连接系。柱顶横梁为2Ι56a，支架主梁采用贝雷梁，横桥向贝雷梁两片一组，共22组。贝雷梁上设置∠63角钢排架，并考虑梁底鱼腹线形。

　　边跨支架采用H588型钢代替贝雷梁，取消连接系，其余结构与主跨支架相类似。锚块处的主梁支架采用满堂钢管脚手架立于锚块承台上。主塔处主梁排架因主塔位置干扰设置特殊异形排架。

　　支架完成后进行主梁施工前先进行支架预压，以消除非弹性变形，并掌握弹性值数据。支架预压荷载考虑梁体自重及施工荷载，预压材料选用沙袋和水袋结合进行。支架预压过程中，纵向在预压跨的墩旁、跨中设置观测点，横向每排设置左中右三个点，进行支架变形观测。预压完后，根据观测的加载时变形值和卸载后的回弹值，确定支架的弹性和非弹性变形值。

 

　　⑵ 主梁浇筑

　　主梁分节段进行施工，综合考虑主塔、锚块、施工缝、主索鞍吊装、上部施工各种预埋件、各部位施工工期安排等各项因素，将主梁划分为12个节段，东西两岸同时施工。

　　主梁浇筑时，遵循纵向分段、横向分块、竖向分层的原则。为保证混凝土振捣质量，横断面上分两次浇筑，第一次浇筑完成底板和腹板倒角以下部分，第二次浇筑顶板部分。

 

　　⑶ 主梁预应力

　　红旗大桥主梁设纵向和横向预应力。主梁纵向预应力筋设置了全桥通长束以及25米边跨短束，通长束在施工缝处采用连接器连接，分三段张拉。先张拉纵向束，后张拉横向束。

　　纵向束张拉步骤：先张拉通长束中跨段，然后将中跨段与边跨段在施工缝处连接，待施工缝完成后，再张拉边跨段，最后张拉25米短束。张拉时，遵循先通长束、后短束，先底板、后顶板，左右侧沿桥梁中心线对称的原则。

　　横向预应力束依次从跨中横梁同时向两岸横梁对称张拉，每条横梁张拉均遵循先底板、后顶板，左右对称的原则。

　　4 锚块

　　4.1 锚块简介

　　红旗大桥主缆锚块位于主梁两端，上部与主梁翼缘连为整体。锚块为实心混凝土结构，正面为梯形，侧面呈矩形，高5.1m，宽3.4m，单个锚块体积约176m3。

　　主缆锚固方式类似于预应力筋锚固，单根主缆索股从单根锚管中穿过，锚于锚块后方锚垫板上，锚头设锚圏及螺旋筋。每个锚块内共37根锚管，为ø245×10mm无缝钢套管，锚管加工时，用磁力管道切割机进行下料，管口打磨平滑，且管口截面与管轴线垂直。

　　4.2 锚块施工

 

　　⑴ 锚块基础

　　在主缆锚固之前，为确保施工过程中能够承载锚块重量，在锚块下方设置了支撑承台及桩基础。

　　⑵ 锚块浇筑

　　锚块混凝土分三层进行浇筑，第一层浇筑厚度1m，完成后埋设锚管定位支架预埋件;第二层浇筑厚度2.3m，接近箱梁底板;第三层浇筑厚度约1.8m，与箱梁一起浇筑。

　　⑶ 锚块后锚面模板及定位盒

　　主缆索股经过散索套后呈伞状发散，然后锚固于锚垫板上，因此，每块锚垫板都有不同的空间角度和尺寸，需根据不同的角度和尺寸设计锚垫板定位钢盒，定位盒到机床进行精确加工，然后焊接到后锚面模板上。定位钢盒与锚垫板的连接，采用钻取螺纹小孔再拧上螺杆的方式进行连接和固定，以方面模板脱模。

　　⑷ 锚管定位支架

　　因锚管呈空间发散状态，因此需根据锚管的空间位置确定前后两个截面支架进行定位。锚块第一层完成后，将定位架焊牢至预埋件上。

　　复测完定位钢盒及锚垫板后，开始锚管安装，先将锚管与锚垫板临时连接，再在定位支架支撑部位通过丝杠微调每一个管的横纵四个切点，达到设计位置。每根锚管定位完后，与定位支架刚性连接，确保不移位。

 

　　5 主梁及锚块施工控制要点

　　⑴ 主梁线形

　　为保证在体系转换的过程中主梁变形量不大能够满足受力需要，又能保证主梁能够顺利脱模，综合考虑成桥预拱度及支架预压弹性压缩值，最后确定了立模标高，主梁跨中处底模标高比设计成桥标高低15.1cm。

　　立模标高计算公式为：底模施工标高=设计成桥底模标高-︱预拱度︱+支架弹性压缩值+支架预沉降值+贝雷梁扰度值。

　　⑵ 支架变形量

　　主梁支架受力后的变形量直接影响着立模标高，从而影响到主梁体系转换能否顺利完成，因此，支架需要计算荷载并进行预压，预压时做好观测和数据分析，确定支架变形量中的弹性值和非弹性值，并计算出支架存放到体系转换时的沉降值，从而确保主梁立模标高达到预设状态。

　　⑶ 主缆及吊索锚管安装

　　主缆索股每根锚管间缝隙小，安装时要保证空间位置及角度与设计位置相符，从而确保每根索股在锚管中顺利穿行，不出现索股弯折现象。

　　吊索的锚固与主缆索股类似，穿过锚管然后锚固于梁底锚垫板下。吊索锚管在主梁施工时先进行预埋，预埋时要保证平面位置及垂直度与设计相符，从而确保成桥后每根吊索在锚管中顺利穿行，不出现弯折情形。

　　⑷ 预埋件安装

　　大桥施工的多个阶段均需要在主梁上埋设预埋件，比如主索鞍吊装、猫道系统、主缆索股牵引系统，以及桥面附属预埋等等，因此，要事先考虑到各个施工阶段，提前做好预埋件的埋设，确保后续施工的顺利进行。

　　在进行散索套底座及主缆后锚面锚垫板预埋时，还需考虑到后续体系转换完成后主梁产生的收缩位移，因此需要计算周全，确保精确预埋。

　　⑸ 锚固部位混凝土浇筑质量

　　主缆锚块及吊杆锚块应力集中、受力复杂，且主缆锚管之间缝隙小、吊杆锚管四周钢筋较密，因此，主缆及吊杆锚固部位的混凝土浇筑质量尤为重要，浇筑混凝土时，该部位采用细石混凝土，利用小捧振捣，分层逐步浇筑密实，从而确保浇筑质量。

　　6 结束语

　　自锚式悬索桥锚碇体积小，又保留了传统悬索桥外形，不仅降低了对地质条件的要求，而且经济美观，是中小跨径中很最有竞争力的桥型。以混凝土作主梁的自锚式悬索桥充分发挥了混凝土材料的抗压性能，结构刚度也得到提高，克服了钢材料在较大轴向压力下容易压屈的特点，今后在中小跨径的城市桥梁中定会得到更广泛的发展。本文通过恩施红旗大桥工程实例，介绍了预应力混凝土自锚式悬索桥的主梁施工技术及控制要点，望对今后类似桥梁的施工建设有可供借鉴之处。

　　参考文献：

　　[1] 张哲.混凝土自锚式悬索桥[M].北京：人民交通出版社，2005.

　　[2] 严国敏.现代悬索桥[M].北京：人民交通出版社，2002.

《预应力混凝土自锚式悬索桥主梁施工技术及控制要点》

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