摩洛哥斜拉桥下塔柱预应力加强板的设计与施工

中铁大桥局集团第六工程有限公司，湖北 武汉 430100

1 塔柱工程概况

摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥全长951.66m，主桥为(183+376+183)m的3跨斜拉桥。其中，P1#墩塔柱高197.45m，设计有12.4m高的垂直段，P2#墩塔柱高185.05m，两个塔柱标准节段长度均为4.0m。L1～L5节段横纵四面裙板完全相连，L6～L15节段顺桥向裙板保持相连，横桥向裙板分离、间隙增大，直至L15节段四个塔肢完全分离。塔柱设计全部采用空心薄壁结构。各塔肢呈不规则矩形断面，长边由5.0m变化到5.2m，短边约为3.5m，壁厚0.65m。纵桥向裙板厚1.0m，横桥向厚0.65m。塔柱底部四肢为实心段。在初步设计中，对建筑主体受力进行了计算，但并未对某些局部重要部位进行受力计算与设计。在该桥主塔下塔柱部位，尤其是L5节段裙板分离处，出现了非常大的应力集中，然而初步设计中并没有考虑这么重要的细节。通过对此部位进行重点论证和计算分析，最终确定在初步设计的基础上，增加预应力加强板结构，使下塔柱结构受力满足法国规范要求。

2 下塔柱关键部位L5节段设计

2.1 考虑的荷载及荷载组合

主塔的结构计算分施工阶段计算和使用阶段计算，施工阶段对单塔、最大双悬臂状态进行计算，考虑施工荷载、风荷载等。由此进行每个阶段各种组合工况的受力分析，各种工况中除了恒载为强制组合，其余均为判别组合。荷载组合工况，如表1所示。

表1 荷载组合

2.2 结构模型

在建立模型时，横向裙板和纵向裙板都用板单元模拟，主塔4个塔肢部分用变截面梁单元模拟。塔底座用梁单元模拟，塔脚处固结。主塔按施工节段划分，每4m一个节段。

2.3 L5节段预应力加强板的设计

在下塔柱L5节段，由于横向裙板分开，主塔结构逐渐向外倾斜，该处拉力过大。按照初步设计计算发现，在施工阶段和使用阶段，塔柱L1～L2节段裙板处受压，而L2～L5节段裙板处拉力逐渐增大。施工阶段塔柱L5节段的上半部分的内力合成后达到1250t，而在使用阶段L5节段的上半部分的内力合成后达到2027t，该内力应由尺寸为1.3m2的裙板承受，将不可避免地出现极大的拉应力，初设施工阶段、使用阶段L5裙板内力计算结果如表2、表3所示。

表2 初设施工阶段L5裙板内力计算结果

表3 初设使用阶段L5裙板内力计算结果

在法国规范中，混凝土结构主塔设计要求全截面不得出现拉应力。鉴于初步设计中横向裙板中出现的较大拉力，对该部分横向裙板结构重新优化，主要采取以下措施：一是在L5节段内设置了加强板，板厚2m；二是在加强板内部配置了4束横桥向预应力（共5000t的预应力）。经过优化，使L5节段下半节段内最大内力下降到59t的拉力，加强板内的内力下降到988t的拉力。优化后L5节段裙板内力计算结果如表4所示，预应力加强板内力计算结果如表5所示，从表4、表5中可以看出，优化后主塔L1～L5节段受拉区明显减小，仅在L5节段上半部分出现可控的拉应力，而其余下塔柱部分均为压应力。进而按规范要求进行普通钢筋配筋计算，使该部分混凝土不出现拉应力，从而保证了结构在施工和使用过程中的安全性。现浇混凝土底板，与120mm混凝土预制盖板共同构成混凝土加强板施工底模。（4）2000mm现浇混凝土加强板，其为主要受力部位，将塔柱及裙板连接成一个实体段。

表4 优化后L5节段裙板内力计算结果

表5 预应力加强板内力计算结果

3.1 L5节段下半部分0～1430mm施工

下半部分0～1430mm结构形式与L4节段相同，仍采用DOKA爬模施工。将L4节内外模爬升至L5节段，L5节段下半部分施工完成后，为了保证塔柱外观的一致性，所有外模均保持不变，外模一次性爬升到位，将塔柱内模及爬架、裙板内模及爬架、内外模连接拉杆全部拆除。

3.2 120mm预制混凝土盖板安装

由于L5节段加强板的设置，空心塔柱变为实心，通常采用在塔身预埋牛腿，安装模板并浇筑该部分混凝土的方

3 下塔柱L5节段施工

L5节段在增加了预应力加强板的设计后，由原来塔柱4m一节的爬模施工，变为以下4个部分分步施工：（1）下半部分0～1430mm，结构形式与L4节段相同。（2）120mm混凝土预制盖板，作为混凝土加强板施工底模。（3）450mm法，不仅施工难度大，脱模困难，而且因安装牛腿影响塔柱的外观。结合该桥的特点，将厚度为120mm的预制混凝土板作为模板，可省去复杂的牛腿结构。

3.3 450mm现浇混凝土底板施工

450mm现浇混凝土底板与120mm混凝土预制盖板共同构成混凝土加强板施工底模。由于塔柱从初步设计的空心变为实心，现浇底板钢筋绑扎完成后，安装一层通长拉杆，采用φ16mm普通螺纹钢筋。

3.4 2000mm现浇混凝土加强板施工

通过加强板将塔柱及裙板连接成一个实体段。加强板设置2层通长拉杆。拉杆采用φ16mm普通螺纹钢筋，共设置16束22t横桥向预应力（每束钢绞线有22根直径为15.2mm的钢绞线），共5000t的预应力，两端张拉。预应力管道的安装与钢筋安装同时进行。在L5节段加强板混凝土浇筑完成后，主塔爬模即可向上爬升。然后便可在第L5节段上重新立内模，进行第L6节段施工。但是加强板预应力张拉前不得进行第L6节段混凝土浇筑施工。

4 结束语

通过在塔底裙板交汇处设置高度为2m的预应力加强板段，对主塔逐渐分离的四肢进行有效约束，满足了主塔施工和运行过程中混凝土的受力性能，裙板与塔柱由原先的异步变为同步施工，不仅避免了裙板后浇时受拉，还避免了基坑回填造成的施工困难。L5节段加强板施加预应力后，在下塔柱裙板部位未产生裂缝，充分说明预应力加强板发挥了其结构功能，保障了主体结构的安全。