獨塔四索面空間異型斜拉橋施工控制技術

謝 韶

（宜昌虹源檢測有限公司 宜昌 443000）

1 工程概述

外灘大橋主橋為獨塔四索面異型斜拉橋結構，索塔和主梁均為全鋼結構，跨徑布置自西向東為225 m＋82 m＋30 m，全長337 m。甬江中靠東側淺灘處設一主墩，與索塔固結，邊墩均在岸上。主跨不對稱于整個江面，其中心與主航道中心對齊。全橋總體布置見圖1。

圖1 全橋總布置圖

主梁采用分離式鋼箱梁，通過橫梁連為整體。索塔采用三角形斜塔結構，向江東側傾斜，位于主梁中間。前塔柱從塔頭分出兩肢傾斜向下延伸，在橋面處與主梁固結，通過主梁后，豎直向下與主墩固結。水平桿連接前塔柱下端和后斜桿尾端。后斜桿與前塔柱相交于塔頭，與邊跨主梁間的橫梁固結，將塔頭強大的拉索拉力轉化為邊跨主梁軸向壓力。后斜桿穿過橫梁后，向下延伸與兩水平桿固結。斜拉索在塔上錨固于前塔柱塔頭部分，梁上錨固于內外兩側腹板。在主橋兩側還通過挑臂設置了3 m寬人行道。

外灘大橋的施工過程［1］：①鉆孔灌注樁施工；②承臺施工；③墩柱施工；④塔墩固結段施工，同步搭設支架、水平桿以及邊跨鋼梁、后錨點壓重段鋼結構拼裝施工；⑤前塔柱采用“豎拼豎轉法”施工，后斜桿采用整體吊裝與前塔柱連接，形成封閉三角形受力體系；⑥安裝并張拉邊跨斜拉索；⑦主跨鋼梁懸臂拼裝，同步安裝并張拉斜拉索，分次在后錨區段澆筑壓重混凝土；⑧主跨無索區搭設支架拼裝鋼梁，與懸臂端鋼梁合龍；張拉后錨點錨固吊桿；⑨橋面鋪裝及附屬工程施工，調整斜拉索索力。

2 外灘大橋施工模擬計算

由于本橋屬于異型斜拉橋，結構復雜，構造特殊，結合空間整體計算的目的和要求，對于主塔和主梁及橫梁均采用空間梁單元模擬，斜拉索采用桁架單元模擬［2］。有限元模型見圖2。

圖2 外灘大橋有限元模型

通過對橋梁施工過程實施控制的數據進行計算和分析，對大橋施工監控相關技術資料的計算，校核施工監控文件，協助監控完成全橋的施工控制。大橋在施工過程中，結構受力狀態和變形始終在安全范圍內，成橋后索力、主梁線形、主塔線形等控制參數符合預先的期望，結構本身又處于良好的設計內力狀態，確保成橋狀態（包括成橋線形與成橋結構內力）符合設計要求［3］。同時，得出橋梁結構在各個施工工況中，以及成橋狀態下的斜拉索索力、主梁主塔制造線形、主梁主塔應力等數據的理論值。

3 施工過程監測

3.1 主塔施工階段

主塔施工階段監測內容：①在前塔柱豎轉前對前塔柱斷面進行測試；②前塔柱豎轉過程中，為了保證前塔柱豎轉的安全，在豎轉的過程中，前塔柱分階段進行豎轉，前塔柱豎轉角度由0.12°逐漸變化為16°，測試其豎轉過程中應力變化；③前塔柱豎轉完畢后其豎轉角度為17.5°，測試其豎轉后應力結果；④前塔柱豎轉完畢后，對后斜桿進行提升施工，后斜桿提升完畢后測試其應力結果；⑤后斜桿提升完成后，確定主塔測點坐標。

前塔柱豎轉過程中各斷面未出現拉應力，在豎轉過程中斷面的壓應力逐漸變大，遠遠小于鋼材允許應力值。在前塔柱豎轉過程中，應力實測值與理論值變化趨勢一致，實測值與理論值相比，最大差值為5.91 MPa，最小差值為1.96 MPa，考慮到構件應力水平較低，實測值與理論值有一定的差別。

后斜桿提升后，斷面最大壓應力為15.57 MPa，仍然小于鋼材允許應力值，在前塔柱豎轉及后斜桿提升過程中結構內力處于安全狀態。

3.2 中跨主梁梁段施工階段

外灘大橋主跨Z0，Z1梁段采用支架施工，Z2～Z12梁段利用橋面吊機進行懸臂拼裝，同步安裝并按照先邊跨后中跨斜拉索的順序實施張拉，分次在后錨區段澆筑壓重混凝土；Z13，Z14和Z15梁段通過大型浮吊吊裝組拼焊接；縱向頂推Z13～Z15梁段，與Z12實施合龍。分別測試各個梁段施工階段的中跨主梁梁段應力數據以及主梁標高測點的標高結果，同時分別測試對應階段的索力值。

3.3 合龍段施工階段

中跨合龍前對所有應力測點，Z10～Z14梁段標高及Z11～Z9梁段索力進行測試。合龍段合龍后，測試主梁和主塔各應力測點的應力值及主梁標高測點值。

3.4 成橋施工階段

成橋施工階段，對外灘大橋部分斜拉索索力進行10 d的調索，調索前對所有應力測點主梁標高及所有索力進行測試。斜拉索調索完成后，對全橋索力、標高及應力進行通測。

通過施工階段主梁實測應力數據得出鋼主梁測點中最大壓應力為－53.93 MPa，最大拉應力為47.29 MPa，主塔最大壓應力為－128.38 MPa，最大拉應力為94.21 MPa。所測應力與理論值存在一定偏差，但均未超過規范規定值。從應力測量目的來看，為保證結構的安全，起到了安全預警的作用。

施工過程中標高的差值基本控制在3 c m以內，僅有少量超過3 c m，表明施工過程中以線形控制為主取得了較好的效果，調索完成后由于要適當兼顧索力，橋面標高與調索前相比略有改變，橋面標高線形總體上要高于理論線形，最大高差為8.3 c m。

從施工階段數據可以看出，在懸臂施工過程中以線形控制為主，索力為輔，施工階段的索力誤差多數在5%左右以內，也有部分超過5%。個別索力超過5%。

4 成橋階段的監測

4.1 主塔偏位

通過現場實際測量，實測主塔偏位為－12.2 c m，理論主塔偏位為－14.0 c m，實測值與理論值偏差為1.8 c m，基本滿足要求。

4.2 主塔應力

對主塔所有應力進行了全橋通測，其中主塔TI～TI斷面應力測試值見表1。由測試數據知，主塔應力均在允許范圍內，符合要求。

表1 主塔TI～TI斷面應力測試表 MPa

4.3 主梁線形

主橋恒載線形采用水準儀進行水準法測試，主要測試主梁的高程。主梁線形測點布置為：測點橫向布置在左、右幅防撞護欄內側，測試了左右幅主橋恒載線形。從測量結果可以看出，主橋恒載線形總體上較為光滑平順。

通過高程的實測值和設計值對比，主梁線形與設計值吻合相對較好，但線形總體上要高于理論線形，最大高差為0.102 m。

4.4 主梁應力

對主梁所有應力進行了全橋通測，其中主梁1-1斷面應力測試值見表2。由測試數據知，主梁應力均在允許范圍內，符合要求。

表2 主梁1-1斷面應力測試表 MPa

4.5 斜拉索索力

對主橋在二期恒載鋪裝完成后的斜拉索索力進行測試。恒載總索力與二恒鋪裝后理論恒載總索力的差值約為－2.3%，實測索力與理論值相比總體上略為偏小。下游側總索力與上游側總索力的比值為98.18%，下游側與上游側索力總體偏差不大，總體來看成橋索力控制較好。

通過對成橋階段的全橋通測，可以得出：

（1）外灘大橋恒載線形共測量24個斷面，測量結果表明，橋面線形平順，與理論值比較接近；但線形總體上要高于理論線形，最大高差為0.102 m。

（2）恒載作用下，單根實測斜拉索索力與理論值吻合，斜拉索索力大部分偏差在5%之內，剩下小部分索力實測值相對偏差在5%～10%之間。上下游總索力與理論值的偏差也在2%左右，索力總體情況較好。

（3）所測應力與理論值存在一定偏差，但均未超過規范規定值。從應力測量目的來看，為保證結構的安全，起到了安全預警的作用。

5 結語

在外灘大橋主橋的施工控制過程中，通過施工模擬計算和分析，確定了主塔應力和線形、主梁應力和線形、斜拉索索力作為主要控制內容，確定了施工控制內容和方法，施工過程中監測工作的順利進行，保證了全橋在各個施工階段的各項控制內容都符合要求。同時在成橋階段進行全橋通測，并與理論值相比偏差不大。因此，這種控制理論和方法在同類型橋梁工程中具有一定的可行性。

［1］ 張艷麗，陳良春，廖德川.寧波外灘大橋異型斜拉橋結構關鍵施工技術［J］.公路交通技術，2012（1）：75-78.

［2］ 鄭平偉，陳金州，于德偉.獨塔四索面空間異型斜拉橋的施工監控計算［J］.橋梁建設，2011（2）：66-70.

［3］ 李衛華，楊光武，岳 青，等.黃岡公鐵兩用長江大橋鋼桁梁斜拉橋施工監控［J］.橋梁建設，2013，43（7）：11-17.