【关键词】双索面无背索独塔斜拉桥 钢箱梁 主塔 平衡施工 技术
1、工程概况
某桥梁结构新颖，全长526m，其中主桥为“双索面无背索独塔斜拉桥”，长190m，全宽为整体式一幅桥。南北引桥均为预制预应力砼小箱梁，主桥采用钢混纵向组合结构，总体布置为30+120+40m，主跨钢结构跨度120米，钢梁与混凝土梁结合处设钢混结合过渡段。钢梁为主纵梁、小纵梁、中横梁、小横梁、正交异性钢桥面板及大悬挑组成的钢构架。主梁全宽54.8m，梁高2.99~3.2m，主纵梁中心间距25m。
桥梁设计为塔梁平衡结构，主塔上塔柱高71.6m（桥面以上），为预应力混凝土斜塔，顶部“凤首”高11.6m，为钢结构。主塔向后倾斜30度，横断面为单箱单室，塔宽4m。主塔与主梁在相交处固结，其余位置通过拉索相连。拉索呈平行分布，水平倾角24°，纵向间距10m，双索面共18根斜拉索，斜塔塔背无背索。桥梁主跨、主塔结构示意图，详见下图。
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2、工程重难点及应对措施
（1）本工程主桥为整体一幅式全宽55m钢结构，宽度世界领先，一幅式钢箱梁安装难度大。
通过合理分块，将整体一幅式宽55m的钢箱梁，横向分为宽2.25-4.86m不等的块体，单块重量9.16-30.82t，在厂家加工完成并进行预拼装，运输至施工现场采用“胎架支撑原位拼装”工艺进行安装，有效解决了55m整幅钢箱梁桥面超宽、超长、超重，加工、运输、吊装、安装困难等问题。
（2）施工过程中主塔分段向空中延伸，钢箱梁对应节段向水平方向延展，两者以斜拉索相连保持平衡，在施工的每个阶段、每个关键工序中各单位协同工作，对斜拉索线型、主梁线型等进行监控量测，通过测量的变形值与建立模型的理论分析值对比，及时采取纠偏措施[1]；通过控制索塔的偏位、扭转，控制拉索垂度，控制加劲梁的安装定位精度，以此保证施工过程中索塔、拉索及加劲梁的变形符合要求，从而实现成桥线型符合设计要求。钢结构施工与土建塔柱混凝土施工息息相关，施工精度、各方协同配合、工程管理水平等要求很高。
（3）塔首采用独特的钢结构“凤首”造型，高11.6m，重90t，主塔倾角60°，倾斜安装、高空安装难度大。
钢结构凤首沿水平方向分为四个节段，厂家加工预拼装后运输至施工现场。首节钢塔首安装在末节主塔混凝土浇筑（含预留钢筋、预应力安装）完成后进行，利用塔身施工平台及混凝土预埋支撑，建立钢结构安装平台，采用吊车起吊，就位时通过独立的塔身预埋件及卷扬机缓缓调整安装角度，下落就位。剩余3个节段钢塔首依次吊装、精调就位，现场高空焊接，直至封顶。地面与塔顶统一信号、统一指挥，相互默契配合、信息精准传达、执行无误。
（4）钢箱梁后安装节段对已安装节段影响大。随着各节段塔梁平衡施工进展，受温度变化、焊接而产生的附加应力、焊缝残余应力及拉索拉力等影响，极易造成钢箱梁的不规则变形，对桥梁线型控制及桥面安装精度产生不利影响。
钢箱梁制作拟采用长线预拼装，每轮次的预拼装节段不少于6个，采用节段组装及预拼装同时进行的方案；总拼时，预设置焊接收缩量和预拱度，以保证钢箱梁成桥线型；节段组装设置5个停止点，分别为支架完成、底板组焊完成、隔板组焊完成、顶板组焊完成、节段整体报检，每个停止点采用三检制严格检查控制结构标高、轴线、沉降量等数值，保证施工质量优良；分部组装过程，均是以各个节段的纵横基准线为基准的，控制各节段纵横基准线的位置偏差在允许范围内，以保证其匹配性；钢箱梁制作预拼装各主要工序的监测均在无日照温差较小无日照的时段进行；节段预拼装完成后，组装匹配装置，以便现场及时准确的复位各节段；合拢段在现场测得长度数据后，再进行配切；采用先进的BIM技术，建立仿真模型，布设监控量测点，对钢箱梁安装过程中的标高、线型、拉索索力实时监控、调整[2]，有效的保证了桥梁的安装精度。
3、施工关键技术
（1）钢砼纵向混合结构
钢梁与混凝土梁连接采用PBL剪力键隔室、承压板及预应力拉索等一系列先进技术，有效解决了桥梁耐久性、刚柔性连接及过渡等问题。
现浇箱梁采用支架现浇法施工，钢箱梁采用胎架支撑安装。对支撑体系基础进行开挖换填、硬化、预压及截排水处理，确保基础满足承载力要求。进行支撑体系搭设、安装、底模安装及预压。采用方便、安全、美观、便捷的装配式爬梯，供人员上下通行。钢梁横向拼装与混凝土梁钢筋预应力安装同步进行，混凝土浇筑一体成型，加强过程振捣控制。钢箱梁顶板预留排气孔，浇筑完成后压浆确保钢混连接效果和实体质量。
（2）双箱三室（单箱九室）钢箱结构安装
主跨钢箱梁设计采用整体一幅式宽55m钢结构，经建模受力分析及细化研究，将一幅式钢结构横向分为14个块体，厂家加工、试拼装，运输至现场。钢箱梁在工厂按照分节要求，制造成多个节段，运至现场。在钢箱梁下方设置临时支撑胎架，在临时支撑体系上原位安装所有构件以达到初始位形。采用200t汽车吊吊装，构件安装顺序严格按照预定构件安装顺序进行安装，安装前预设预拱，高空组装焊接。在钢混段内部预应力索张拉完成后，卸载支撑胎架达到结构的预定位形，结构合拢后采用同步分级卸载的方式以达到结构的最终位形。
焊接采用国内先进的半自动C02气体保护陶瓷衬垫焊。技术部门对坡口的角度、间隙、钝边、加工方法均进行合理的设计。施工采用KRⅡ500型C02焊机，并将气保焊枪弯管更换为直管，取消保护咀，只保留1.2mm或1.6mm导电咀，并增加CS-5A型半自动焊接小车和焊剂漏斗，组成焊接成套设备。利用气保自动焊机导向轮的导向作用，在细丝埋弧焊过程中，不需要铺设焊接小车运行轨道，同时还可以适应非直线度单元件的焊接需要，即焊接小车可以根据焊缝直线度变化而改变小车的行走轨迹，从而保证焊枪始终处在最佳焊接角度，避免焊偏、咬边、焊瘤等缺陷。焊接完成，无损检测满足要求后，最后统一进行除锈和防腐涂装，保证整体美观，无漏涂、返修现象。
（3）钢结构“凤首”安装
顶部钢结构“凤首”高11.6m。单个钢构件重量90吨，经过受力分析，综合考虑加工、运输、吊装等因素，将塔首沿水平方向分为4个节段，节段重量分别为29吨、29吨、16吨和16吨，起吊高度分别为73m、76.5m、78.6m、82m。采用500t吊车吊装，作业平台CO2气体保护焊焊接。高空吊装、焊接，密切关注风速、天气情况，合理安排作业时间。对作业平台进行受力验算，做好临边防护，切实确保施工安全。
首节为钢混过渡段，在钢混过渡段下部混凝土浇筑之前，在钢混过渡段与混凝土分界面上，在钢构件隔板与混凝土对应位置的混凝土内埋设基础钢板，钢板底部焊接Φ20mm钢筋。预埋8块基础板。用于在安装时调整、固定钢构件，预埋时按照分阶面的高程、中心、水平进行固定。在塔柱的钢构件内部隔板位置的设置导向定位板，用于钢混过渡段吊装就位时使用。钢构件的钢混过渡段吊装前，在基础板上测量放线标出钢构件隔板对应位置的中心线，然后在中心线一侧的位置焊接导向定位块。吊装前将塔顶混凝土面上的钢筋用铁丝把钢筋顶绑扎，向内收，方便钢构件吊装就位，钢混过渡段用起重设备吊装至塔顶工位钢筋上部约20cm，将钢构件内部隔板分别与钢筋绑扎后的间缝相对应，缓慢下落，并顺着钢筋的倾斜方向缓慢平移，直至钢构件的底部有导向定位块接触后，由导向定位块将钢构件就位在混凝土面上预埋的基础钢板上，进行调整固定。钢混过渡段吊装就位后，按照设计给定的标高、中心在基础板板上利用千斤顶、导链进行调整，钢混过渡段高程、中心、倾斜度调整符合设计规范要求后，将钢过渡段的隔板与基础板之间进行间断焊接，将钢混过渡段进行固定。后续节段吊装前，在两个节段的周边组合缝的两侧交叉焊接导向固定导向块和精确定位板。固定导向块用于节段导向就位，精确定位板用于构件的精确定位，当吊装节段就位后将固定导向块与下部钢构件焊接，进行临时固定保证构件的安全，然后用码板将上下节段进行固定，焊接各横向焊缝。
（4）单根索索力控制技术
该桥两索面间距为28m，两斜塔之间各自独立。在斜拉索张拉时为了保证两主塔和钢箱梁的受力平衡，左右两根张拉斜拉索同时进行张拉，使钢箱梁水平向上拉起，使两主塔与钢箱梁保持平衡。本桥采用对每根索进行单根张拉的施工方法。拉索单根张拉时，由于主塔和钢箱梁结构的变形，已经张拉的钢绞线所受的拉力会受到影响发生变化，变化的程度与钢箱梁、混凝土斜主塔的变形程度有关，将第一根拉索张拉至预定的数值将会使得主塔及钢箱梁桥面处于一种新的状态。在第二根钢绞线张拉后，随着索力的增加而引起结构的进一步变形，结果第一根斜拉索钢绞线上的拉力将会减小。单根张拉时，根据单根张拉索对已张拉的钢绞线拉索应力的影响，对先单根张拉的平行钢绞线拉索的索力进行不同程度的增加，即张拉时随拉索根数的增加张拉索力逐渐减小，最终实现每根索所受的索力相等，即等值张拉。实现等值张拉的关键是通过对每一根钢绞线拉索上的拉力进行测量，以保证在最后一根钢绞线索上的张拉千斤顶拆除后每根钢绞线的拉力相等[3]。为了减少索套管对前几根斜拉索索力的影响，本桥斜拉索采用前5根钢绞线索力加大到同一值。前5根钢绞线同为护套承重钢绞线，第6根钢绞线为基准钢绞线，第7根～第61根钢绞线为普通钢绞线。在基准钢绞线上安装传感器A，在当前张拉的普通钢绞线上安装传感器B，当前张拉钢绞线(第i根)的张拉过程中，传感器A的读数下降，传感器B的读数上升，最终以传感器A和传感器B的读数相等为目标，然后锚固钢绞线，继续进行下一根普通钢绞线张拉。每根斜拉索单根钢绞线张拉力误差不大于3%。张拉完毕后再补充张拉第一至五根钢绞线，张拉力与最后一根张拉的钢绞线的拉力相等。
综上，通过采用超宽一幅式钢箱梁分块加工运输、钢箱梁支架原位安装、塔梁平横施工、倾斜塔首分块安装、斜拉索单根索索力控制暨等值张拉等关键技术，施工过程中加强结构应力、变形观测，建立动态模型，动态调整拉索索力、线型及标高，有效确保塔梁平衡及成桥线型，最终实现了这一特殊造型桥梁的结构稳定，运行安全可靠。
参考文献：
[1]顾安邦，张永水. 桥梁施工监测与控制[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.
[2]邢中凯. 钢箱梁正交异性桥面板受力特性及计算方法分析研究[D]. 上海：同济大学, 2003.
[3]王儒飞，张永水，朱德祥.矮塔斜拉桥斜拉索单根张拉均匀性研究[J].公路.(2015)12
论文作者:陈 立1,,, 张磊2
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年4期
论文发表时间:2020/4/14
标签：拉索论文; 钢绞线论文; 混凝土论文; 结构论文; 钢结构论文; 导向论文; 桥梁论文; 《工程管理前沿》2020年4期论文;