龙门大桥东锚碇散索鞍支墩支架设计分析

马澜锦，余阳君

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

重力式锚碇从功能上可分为三大部分：锚块、锚室、散索鞍支墩。其中散索鞍支墩主要承受来自散索鞍散开索股时的压力，故散索鞍支墩多设计为倾斜结构，避免承受偏心荷载。采用支架法施工散索鞍支墩时，支架刚度为主要的控制对象，较高的支架刚度可以有效地减少散索鞍支墩在悬臂状态下的位移，避免散索鞍支墩底部的应力集中，从而造成混凝土开裂，对结构完整性产生不利影响。本文以龙门大桥东锚碇施工为例，分析并验证其优化后的散索鞍支墩支架的性能，以期为同类施工提供经验借鉴。

1 工程概况

广西滨海公路龙门大桥是广西在建的最大跨径桥梁，处于钦州市境内，与防城港市境内的广西滨海公路至钦州港区段龙门大桥西引道相接，该项目是广西滨海公路重要的控制性工程。路线起点位于钦州市龙门港镇西村淡水龙水库附近，接滨海公路龙门大桥西引道工程，跨越茅尾海，终点接益民街与扬帆大道交汇处，通过城市路网连通滨海公路钦州港至犀牛脚段，包括三座大桥及一座立交，按双向六车道一级公路标准建设，起点桩号为NK0+000.000，终点桩号为NK7+637.28，总长7.637 km。其中，龙门大桥全长6 087 m，主桥为单跨吊悬索桥，一跨过海，采用门式混凝土索塔，塔高174 m，主跨为1 098 m，钢箱梁桥面宽38.6 m(含风嘴)。

东锚碇共设上下游两个散索鞍支墩，散索鞍支墩高39.7 m，倾角为34.137°，沿桥轴线对称布置。散索鞍支墩为上底11.0 m、下底13.56 m、高6.0 m的梯形截面，前墙与左右侧墙处各有1个R=49 cm的圆倒角。支墩中部为间距2.5 m的双钢圆筒混凝土填芯结构，钢圆筒高24.5 m、直径为3 m，钢圆筒前后墙壁厚分别为3.01 m、2.09 m。散索鞍支墩底板厚3 m，底板底面长15.89 m、宽25.82 m，顶面长21.36 m、宽25.82 m。散索鞍支墩分10层浇筑，层厚自下往上依次3 m+2 m+6×4.5 m+2.32 m+3.69 m=38.01 m。如图1、图2所示。

图1 东锚碇三维模型图

图2 散索鞍支墩尺寸图(cm)

1.1 支架结构设计概况

图3 散索鞍支墩支架构造示意图(mm)

1.2 施工阶段设计(图4～6)

散索鞍支墩支架在锚碇S1、M1节段完成浇筑后开始施工，因部分支架立于M2～M5锚块节段上，支架搭设及散索鞍支墩、锚块施工同步进行。裸模施工阶段完成S1～S2、M1～M2节段浇筑；第一阶段完成支架第1～3排钢管立柱及对应结构的施工，后施工S3～S4、M3～M4节段；第二阶段完成支架第4排钢管立柱及对应结构的施工，后施工S5、M5节段；第三阶段完成支架全部结构施工，后施工S6～S8节段及前锚室底板。

图4 第一阶段支架体系施工简图

图5 第二阶段支架体系施工简图

图6 第三阶段支架体系施工简图

2 结构计算

2.1 结构建模

模型主要验证支架的材料性能是否可以满足施工需求。所有结构均采用梁单元建立，散索鞍支墩采用变截面梁单元建立，各类支架构件采用一般梁单元，支架模板采用板单元，如图7所示。因支架基础为锚碇顶板混凝土表面预埋钢板，故支架各处支垫采用固结；散索鞍支墩支架为被动支撑体系，支墩与支架各分配梁及模板间的节点采用仅受压的弹性连接。散索鞍支墩梁截面按设计图纸进行HRB400纵向钢筋、箍筋及构造钢筋的配置，以提高支墩自身刚度及材料性能。

图7 散索鞍支墩支架模型图

在模型中设7个施工阶段，分别对应S3～S8节段浇筑、前锚室底板浇筑等7种不同工况，各工况中激活浇筑混凝土的荷载。为模拟散索鞍支墩的受力状况，上一阶段的荷载将取消并转为激活对应的散索鞍支墩梁单元。施工过程中，支架主要受到湿混凝土及已浇筑节段的荷载[1]。模型中混凝土容重取26.5 kN/m3，钢材容重取78.5 kN/m3，施工荷载取3 kN/m2，计算中采用“1.2恒荷载+1.4活荷载”的系数计算[2]。如图8所示。

图8 各阶段施工模型图

2.2 计算结果

支架体系计算结果汇总见表1，散索鞍支墩上下表面应力计算结果见表2。

表1 各施工阶段及对应计算结果汇总表

表2 散索鞍支墩已浇筑节段上下表面应力计算结果表

经计算，支架的临界荷载特征值为13.95，满足经验值>4的要求，支架稳定性可满足施工需求。

3 结果分析

3.1 支架部分

如表1所示，钢管支架整体所受最大应力为186.7 MPa，发生于前锚室底板浇筑阶段，同阶段发生次最大应力为157.2 MPa，即支架整体受散索鞍支墩及前锚室底板同时压迫为最不利工况。最大应力值距强度指标仍有一定富余，可作为部分安全储备，支架搭设过程中应重视柱间双拼C25槽钢的焊接质量，并对焊接处的钢管管壁做局部加强处理。对于近30 m高的架体而言，支架整体最大位移为14.7 mm，远小于设计容许值，实际施工中有利于散索鞍支墩的线型控制，可不对散索鞍支墩做预抬量要求。支架拆除时，部分杆件受力状态临近设计指标，应自上而下优先拆除应力较高部分的杆件，避免支架失稳、变形倒塌。

3.2 散索鞍支墩部分

如表2所示，散索鞍支墩完成S8节段浇筑后整体悬臂长度达到最大，根部前锚室底板产生最大拉应力2.43 MPa，简化仅考虑临近保护层的钢筋受拉，采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中对钢筋混凝土结构的裂缝计算公式[3]，散索鞍支墩最大拉应力处混凝土表面最大裂缝宽度为0.189 mm，小于规范中要求的0.2 mm，说明散索鞍支墩根部依照原有设计进行钢筋安装即可满足混凝土抗裂性要求。

4 结语

(1)散索鞍支墩支架设计满足施工要求，支架体系可靠。东锚碇施工过程中，支架体系应用良好，未出现安全质量事故。

(2)支架高度较高，在安装支架的过程中需要严格把控各柱间联系的焊接质量，并对钢管立柱做局部加强处理，避免管壁受较大应力而出现变形。

龙门大桥东锚碇散索鞍支墩倾斜度大、高度高，对大钢管支架体系的要求高。经优化设计后的散索鞍支墩支架安全可靠，支架布置合理，充分利用了现场和市场中的普通材料进行施工，提升了经济效益。施工中架体的位移与设计分析基本一致，确保了钢筋混凝土结构物规格、尺寸及性能与设计图纸一致，为其他同类工程施工提供了参考。