宜賓南溪長江公路大橋施工控制

坎 彬

(西南交通大學橋梁工程系，四川成都 610031)

1 工程概況

宜賓南溪長江公路大橋是四川省普通省道網布局規劃中瀘縣至長寧省道S437跨越長江的過江通道，連接長江北岸國道G353及南岸G246。主橋為跨徑280m+572m+(72.5+63+53.5)m的雙塔雙索面混合疊合梁斜拉橋，采用縱向半漂浮結構體系，索塔處主梁設置縱向阻尼器和限位構造。大橋總體布置見圖1。橋塔采用花瓶形塔，羅龍岸索塔高190.7m，江南岸塔高180.2m。斜拉索采用鋼絞線斜拉索，布置為空間索面，全橋共164根斜拉索。主跨及羅龍岸邊跨主梁為高度2.9m的工字鋼式的疊合梁，采用懸臂拼裝施工，鋼主梁橫向間距29.5m，主梁梁段在工廠焊接后運輸到工地采用高強螺栓連接，混凝土橋面板厚26cm，江南岸邊跨采用雙縱肋混凝土主梁，由支架現澆施工，主梁全寬30.5m。

圖1 宜賓南溪長江公路大橋總體布置(單位：m)

宜賓南溪長江公路大橋江南岸邊跨混凝土主梁采用支架現澆施工，疊合梁采用懸臂拼裝施工。在完成混凝土梁段的施工后，南北兩塔搭設墩旁支架，分別完成鋼混結合段和0#段疊合梁的施工，并完成塔梁臨時固結，達到強度后安裝橋面吊機。利用橋面吊機分別吊裝邊跨及中跨疊合梁，同時對稱掛設斜拉索。在羅龍岸邊跨施工到LB21節段時，利用合龍段支架頂推的方法進行合龍，合龍口位于LB21和LB22之間，完成邊跨合龍后施工壓重及支座，結構變為單懸臂狀態。主跨合龍采用配切的合龍工藝施工[1]，完成鋼主梁合龍后解除臨時固結。

宜賓南溪長江公路大橋主橋結構不對稱，斜拉索對數不對稱，江南岸、羅龍岸主梁上索間距不相等，且主橋羅龍岸與江南岸邊跨主梁施工方法不一致，以上特點給該橋主橋的施工控制帶來了相當大的困難。保證該橋的線形及施工過程中的安全是施工控制的重點[2]，通過施工控制關鍵技術的研究確保主梁成橋線形、索力、內力等滿足設計要求。

2 施工監控方法

根據幾何控制理論，只要作用在結構上的幾何約束及構件的無應力構形保持不變，則高次超靜定橋梁結構成橋時的主梁線形和內力狀態與施工方法無關[3-4]。但由于施工中各種因素影響，如收縮徐變、材料離散性、測量誤差等，將導致結構實際無應力幾何要素會產生偏差，使成橋狀態產生偏差，施工監控就是要修正施工過程中各種參數誤差對成橋目標的影響[5]。宜賓南溪長江公路大橋施工控制采用幾何控制法為主、內力調控為輔的方式，幾何控制法是對柔度較大的橋梁結構體系，以反應敏感的幾何參數為首要控制對象進行施工控制的方法，能有效保證施工過程及成橋后結構內力狀態、成橋線形、塔偏、索力等滿足設計要求。

3 施工監控計算方法

為進行宜賓南溪長江公路大橋主橋施工監控計算分析，采用西南交通大學自主開發的橋梁結構非線性分析系統NLABS軟件建立全橋平面桿系有限元模型(圖2)。

圖2 宜賓南溪長江公路大橋主橋有限元模型

主橋及橋塔均采用梁單元，疊合梁橋面板采用兩端帶剛臂單元與鋼主梁單元連接，考慮混凝土單元的收縮徐變。忽略實際結構橫橋向影響，將各截面投影至平面內，模型計入大位移、斜拉索垂度等非線性效應[6]。橋塔及各墩底考慮實際地質條件，準確計算約束剛度，采用剛性支承，主梁與各墩頂采用主從連接，施工中江南岸邊跨段現澆施工采用只受壓支座模擬。根據該橋的實際施工工序和時間進程對橋梁施工全過程進行模擬分析，共劃分244個施工階段。通過對各施工階段、成橋階段的變形、內力、應力等計算，驗證結構的安全性并確定各施工工況與目標狀態的理論值。

4 施工控制關鍵技術

4.1 制造過程幾何控制

為了實現宜賓南溪長江公路大橋的高精度施工控制，將控制的范圍拓展至構件制造階段，控制各鋼梁段、斜拉索在容許誤差內實現已確定的無應力構形及無應力長度[7]。

制造過程的控制主要指對鋼主梁、斜拉索及鋼錨梁這些由工廠內完成制造的鋼結構的控制，混凝土主梁制造及安裝同時進行，在安裝階段對其進行控制。鋼結構制造過程中的控制要針對制造商所采用的施工工藝進行，根據對已造批次橋梁構件的誤差分析，在后續批次的鋼主梁制造中采取一定改進措施以減少誤差。

制造階段的幾何控制參數主要包括預拼裝鋼主梁段間夾角、梁段無應力尺寸、梁段重量及彈模、斜拉索實際制造長度和彈模等等。鋼主梁的制造主要兩個階段，首先在廠內進行板件制作，此時制造環境良好，對制造精度有保證，重點是對鋼錨梁的定位及焊接變形的控制。第二階段是在拼裝胎架上多節段連續匹配組裝、焊接和預拼裝一次完成，此時制造環境較前者要差，不確定因素較多，需由制造單位在整個過程對胎架變形、節段線形進行觀測，并將結果反饋回來分析是否調整線形。由于無應力尺寸基于特定的基準溫度，制造過程需對溫度進行補償。另外，鋼梁重量離散性較大，與設計值往往存在較大差異，需對鋼梁節段進行逐段稱重。

4.2 橋塔施工控制

橋塔在施工過程中會由于自重及索力作用產生彈性變形，同時會由于收縮、徐變等產生非彈性變形[8]，在主梁施工和成橋時，塔柱拉索錨點標高會比設計標高值更矮，為使塔端錨點在成橋時符合設計要求的標高，在橋塔施工時即對塔柱錨點進行預抬高。預抬高量包含索塔混凝土的彈性壓縮和收縮徐變引起的變形，由施工全過程分析得到的變形量所確定，羅龍岸側橋塔斜拉索錨點預抬28～33mm，江南岸側橋塔斜拉索錨點預抬30～36mm。

4.3 索導管傾角控制

索導管安裝時，若按照拉索弦向安裝導管，則忽略了索垂度影響，使斜拉索軸線與導管軸線偏離，甚至與導管接觸[9]。需對斜拉索導管傾角進行修正，修正索導管傾角可按照懸鏈線的切線方向進行修正，斜拉索塔端和梁端錨點需分別計入預抬高和活載預拱度的影響。

4.4 斜拉索安裝控制

該橋斜拉索采用鋼絞線斜拉索，施工中先逐步張拉單根鋼絞線，成索后再進行整體張拉。為保證各單根鋼絞線索力均勻，施工中常采用等值張拉法[10]，但由于現場測力傳感器、千斤頂誤差等因素的客觀存在，很難保證各鋼絞線索力的均勻性。本橋以幾何控制法控制各鋼絞線的施工，在張拉過程中以控制其伸長量為主，張拉力為輔。張拉過程需保證橋塔兩側斜拉索同步進行，重要施工階段前后需對斜拉索索力進行準確測量。

主梁施工過程中為保證測試精度需多次測量，控制斜拉索索力誤差5 %以內，如圖3所示為合龍前14#塔側20對共80根斜拉索索力誤差情況，誤差均小于5 %，索力最大誤差為4.8 %，索力控制精度滿足預定目標。

圖3 主梁施工階段索力偏差

4.5 主梁施工控制

4.5.1 疊合梁線形控制

主梁的控制以主梁線形調控為主，內力調控為輔的原則進行。在制造階段準確計算鋼主梁無應力構形是成橋時滿足設計線形的重要保證，鋼主梁無應力構形主要體現在構件制造長度和構件間梁端夾角上。在梁段安裝時，待拼裝梁段根據相鄰梁段上控制點的相對關系確定安裝位置，在計算控制點的相對關系時，需考慮溫度修正及梁段上下游吊裝先后順序對控制點的影響。梁段施工的各關鍵階段需準確測量主梁線形，分析誤差原因及調整措施。

主梁施工階段嚴格控制各梁段標高，滿足目標高程。成橋后，對全橋各梁段控制點進行通測，疊合梁高程實測結果與理論值偏差如圖4所示。

圖4 成橋階段疊合梁高程偏差

圖中以里程坐標為橫坐標，小里程方向為羅龍岸側，疊合梁各測點高程為縱坐標，對比實測線形與成橋設計線形，兩者差異很小，各高程偏差為-50～51mm，高程偏差最大為51mm，滿足主梁線形控制誤差主跨±156mm，邊跨±83mm。

4.5.2 混凝土梁控制

江南岸邊跨混凝土主梁采用支架現澆施工，澆筑階段監控重點為主梁線形及支架變形，主要通過調整立模標高對其線形進行調整。在完成混凝土主梁澆筑，開始懸拼中跨主梁時，由于混凝土主梁自重大、剛度大，對線形影響很小，此時主要監控混凝土主梁的應力。成橋階段江南岸邊跨混凝土梁最大壓應力為14.4MPa，最大拉應力為0.8MPa，均滿足設計要求。

4.6 中跨合龍控制

宜賓南溪長江公路大橋主跨合龍采用配切合龍方案，由兩側橋機吊裝合龍段鋼主梁栓接合龍，鋼主梁合龍后再完成橫梁、小縱梁安裝，拆除臨時固結，施工橋面板等。在合龍前需對合龍口進行連續觀測，確定合龍口兩側狀態變化規律，結合氣候情況，確定合龍溫度，得到合龍段制造長度及兩端拼接角度。由于制造誤差、測量誤差等因素的客觀存在，合龍時合龍口狀態很難達到預定的狀態，需制定相應合龍調控措施。

4.6.1 合龍段寬度確定

配切合龍方案很難對合龍口寬度進行調整，只能通過對合龍前連續觀測數據進行分析，確定合龍溫度，準確計算合龍段長度。如圖5，為合龍前觀測數據，根據當地氣溫情況預測合龍溫度為10℃，合龍當天為陰雨天氣，結構溫度與大氣溫度接近，根據合龍口觀測結果，確定合龍口寬度為7.055m，考慮合龍段與兩側梁段縫寬分別20mm，擬定合龍段長度為7.015m。

圖5 合龍口寬度觀測結果

4.6.2 高程調整

合龍前需使合龍口兩側懸臂端標高達到目標位置，在進行合龍觀測前即已調整合龍口兩側高程基本滿足目標位置，對總體高程可通過兩側斜拉索ZN21、ZS20索力進行調整，計算表明分別調整ZN21、ZS20索力100kN，可分別調節合龍口兩側懸臂端高程25mm和21mm。上下游高差也可通過ZN21、ZS20索力進行調整，計算表明調整ZN21或ZS20上下游索力差100kN，可使上下游高差調整23mm。

4.6.3 轉角調整

合龍口轉角調整目的是使合龍時拼接板能順利打入沖釘，通過分析，可以調整合龍口兩側附近斜拉索ZN19～ZN21、ZS18～ZS20對合龍口轉角進行調整。

在合龍當天，需連續觀測合龍口狀態，根據合龍口狀態做相應調整，待合龍口寬度、高程等均滿足目標狀態時開始合龍。現場合龍時，結構實際溫度與預測溫度基本一致，依據調整措施快速完成調整，整個合龍過程較為順利。

5 結束語

在宜賓南溪長江公路大橋的施工控制中，根據幾何控制理念，確定橋塔、主梁、斜拉索等的合理控制目標，從制造到安裝進行全過程控制。實現了施工過程的高精度監控，保障了全橋的順利合龍，確保了成橋后滿足預定的成橋目標狀態，總體控制效果良好，可為其他同類型橋梁的施工監控提供一定的借鑒。