跨越高速公路拱承斜拉橋快速施工方案研究

李允龍

（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東日照276800）

1 引言

斜拉橋是一種拉索體系，相比于梁式橋其跨越能力更強，因此，在跨越高速公路的橋梁施工中有廣泛的應用。拱承斜拉橋是斜拉橋中的一種類型，其橋塔為拱式結構，施工難度更高，需要對施工方案進行全面設計，因此，論文通過對具體施工方案的分析，制訂了一套高效的拱承斜拉橋快速施工方案。

2 工程概況

在阿爾及利亞東西高速公路東標段項目中，線路與高速公路的夾角為27°，橋址位于高速公路路塹段，現狀為雙向4車道，正寬為28 m，基本為瀝青路面，該高速公路后期規劃為雙向8車道，寬度為45 m，凈空不小于8.0 m。主橋梁采用32 m+160 m+32 m雙線跨越高速公路拱承斜拉橋結構，斜拉橋橋塔、橋墩整體均采用拱式結構橫跨現有的高速公路兩側。主要設計標準包含以下幾方面內容：（1）設計速度目標值為120 km/h；（2）采用雙線結構，雙線之間的距離為5 m；（3）主橋縱向位于平坡上，平面位于直線上。

3 跨越高速公路拱承斜拉橋原設計方案

在本次高速公路拱承斜拉橋設計方案中，主橋跨度為32 m+160 m+32 m拱承斜拉橋，主跨采用全漂浮體系，并設置輔助橋墩，輔助橋墩和邊墩設置支座，縱向固定支座設置在大里程側輔助橋墩上，橫向固定支座與簡支梁部分統一設置在線路左側。主橋總長度為226.5 m，含梁縫全長為226.8 m。

在原設計方案中，主梁采用縱肋倒置式鋼混組合橋面板，面板寬度為16.1 m，中心線處梁高為3.5 m。兩側的邊箱梁經過工廠加工為成品后運送到施工現場，與橫膈梁腹板通過高強度的螺栓進行連接，頂板和底板選擇了現場焊接的方式，形成鋼梁節段后，選擇了步履式頂推施工到位。

在原設計方案中，橋塔采用拱形結構，塔底以上的橋塔高度為56 m，橋面以上塔的高度為45.5 m，橋面以下塔的高度為10.5 m。拱軸線線型由技術人員采用二次拋物線進行確定，截面采用等高等寬的箱型截面，截面的尺寸為5 m×5.5 m，選擇的板厚為20～30 mm，加勁肋采用板肋，寬度在180～200 mm，厚度為15～20 mm，間距為400 mm。斜拉索采用抗拉標準強度為1 960 MPa鍍鋅平行鋼絲拉索，空間雙索面體系，并且采用了輻射性的布置方案，整體設置有12對斜拉索，梁上斜拉索的間隔距離為15 m。斜拉索索塔和索梁錨固采用鋼錨箱方式進行錨固，張拉端設置在主橋梁一側，斜拉索的梁端全部設置了外置式阻尼器，再根據實際施工現場環境，在斜拉索下部的3 m范圍之內采用不銹鋼管進行外包，目的是防止斜拉索被腐蝕或破壞[1]。

本次高速公路拱承斜拉橋的施工方案主要分為以下5個步驟：

1）在橋塔施工方面，擬采用履帶吊車，采用逐段吊裝施工的方式，這種方式施工流程較為簡便，施工難度較小，易于操作。

2）鋼加勁肋和鋼導梁在施工平臺進行拼裝，在拼裝完成后采用步履式逐段頂推的方式進行施工。

3）橋面板鋼筋采用綁扎的方式，并按照施工標準和施工規范采用了現澆的方式，分段澆筑混凝土橋面板。

4）在掛索施工階段，擬采用不張拉的掛索施工方法。

5）在掛索施工完成后，根據現場實際情況對索力、主梁和橋塔線型進行全面調整，使各個環節的數值都能夠達到施工標準。

4 跨越高速公路拱承斜拉橋優化快速施工方案

XS施工隊伍在制訂施工方案后，采用BIM技術對施工方案進行了三維立體建模，并對施工現場進行了全面的分析和數據采集，通過施工模擬發現當前的施工方案中主要存在以下幾點問題。

4.1 原拱承斜拉橋施工方案中存在的問題分析

原拱承斜拉橋施工方案中常存在以下問題：

1）根據對跨越高速公路拱承斜拉橋施工的相關標準和規范規定，豎向變形不能夠超過L/5 000（L為拱乘斜拉跨度）且不大于20 mm[2,3]。這是對拱承斜拉橋梁部殘余徐變變形所作出的規定和限制，主要針對的對象是預應力混凝土結構，但在實際施工過程中，這個標準還可以延伸到其他施工環節中，例如，鋼梁、結合梁等結構施工。在本次施工完成后，主梁跨中梁部殘余徐變的結算結果為454.4 mm，遠遠大于國家規定的20 mm，沒有達到國家的要求。經過技術人員的分析，是由本次工程中斜拉索的初拉力數值較小，調整索力階段補漲幅較大，二次張力張補后總索力比值較高等幾個原因所引起的，因此，需要對施工方案進行調整，使其能夠適應當前的施工現場條件，解決上述施工方案存在的問題[2]。

2）根據國際對跨越高速公路拱承斜拉橋施工的相關標準和規范規定，拱承斜拉橋相鄰的梁端兩側鋼軌支點的相對位移不能超過1 mm。拱承斜拉橋相鄰梁端兩側鋼軌支點的位移距離受到多種因素的影響，其中最主要的因素為溫度，在該高速公路路段中，1月平均氣溫約為15℃，8月平均氣溫約為35℃，極端最低氣溫約為5℃，極端最高氣溫約為45.8℃，根據該高速公路路段的實際溫度來計算橫向位移，混凝土結構的溫差可以取約±24℃，鋼梁的溫差可以取±36℃。在原定的施工設計方案中，通過技術人員的測算，拱承斜拉橋相鄰的梁端兩側鋼軌支點的相對位移差為2.143 mm，超過了規范標準規定的1 mm限值，因此，要對該問題進行解決和優化，防止拱承斜拉橋在后期投入使用后出現質量問題[3]。

4.2 拱承斜拉橋快速施工方案優化分析

4.2.1 鋼錨梁制作方面

XS施工隊伍對拱承斜拉橋的鋼錨梁制作進行了全面的優化設計，采用了從零件到合件，再到整體，最后試裝的程序進行生產，單個的鋼錨梁主要分為底板單元、腹板單元、頂板單元等多個單元結構，鋼錨梁制作選擇了分單元制作的方式，在所有單元制作完成后再進行焊接，從而保證鋼錨梁的整體結構和強度。鋼錨梁作為影響拱承斜拉橋施工效率的關鍵性因素之一，采用這種方式不僅能保證施工質量，還能提高施工效率，在實際試裝過程中，如果出現了不匹配等情況，還能進行臨時調整，有效提高施工效率。

4.2.2 索塔基礎的沉降觀測方面

拱承斜拉橋索塔基礎在基礎和塔身結構自重的作用下會發生一定程度的沉降，因此，在施工過程中，需要對索塔基礎的沉降進行全面的觀測，防止沉降過大導致出現返工等問題，影響拱承斜拉橋工程的整體施工效率。因此，XS施工隊伍定期對拱承斜拉橋工程變形點的高程進行觀測，沉降量為第一次測量與最后一次測量的差值，通過對沉降量的掌控，能夠幫助施工隊伍在施工過程中進行調整，例如，在上塔柱起始施工階段進行抵扣補償處理，保證沉降量能夠處于正常的范圍內。

4.2.3 基礎施工部分

基礎施工是保證拱承斜拉橋工程施工質量和效率的重要因素，因此，XS施工隊伍結合本次施工的實際需求，對施工材料、施工設備等進行了全面的調整，尤其是在設備方面，如果起重設備能力不足，會導致施工效率受到較大的影響。此外，基礎施工會受到天氣、地理環境、施工技術等多個方面的影響，對多種影響因素進行充分考慮，才能確保在工期內完成施工，因此，需要基礎施工加以注意。

4.2.4 索塔施工方面

索塔是拱承斜拉橋施工中的施工重點和施工難點，對拱承斜拉橋工程的施工速度影響最大，因此，施工隊伍對索塔施工方案進行了優化設計，將斜拉索索道管定位由平面轉化為空間，借助現代信息技術對其進行了全面調整，從而有效降低了施工難度，并縮短了施工工期。

4.2.5 拱承斜拉橋上部結構施工方面

為了更好地控制索力，XS施工隊伍利用BIM技術對拱承斜拉橋工程所涉及的數據進行了全面的收集，并借助BIM技術的計算系統對索力進行了深度確定，制訂了完整的索力施工方案，從而避免了在施工過程中反復多次調整索力和橋梁線型等許多麻煩，保證拱承斜拉橋能夠在施工工期內高質量地完成，如期交付并投入使用。

4.3 拱承斜拉橋快速施工優化方案評價

XS施工隊伍結合現有的施工技術、施工能力以及該路段的實際施工情況，對原施工方案進行了全面的優化，在施工完成后比原施工方案提前完成23 d，預計節省施工成本超過2 000萬元人民幣，優化后的施工方案取得了很好的實際效果。在本次對跨越高速公路拱承斜拉橋的快速施工優化方案中，XS施工隊伍重點對施工設備、施工基礎和施工管理進行了優化，并加強了施工現場的監督，保證施工現場的施工秩序，才能使工期大幅度縮短，且施工質量也得到了保證。

5 結語

綜上所述，本文結合阿爾及利亞東西高速公路東標段項目的實際施工案例，對跨越高速公路拱承斜拉橋快速施工方案進行了全面的優化，并從多個角度、多個層面對施工效率進行了整體的分析，經過實際工程案例檢測，該優化方案具有一定的實際使用效果，希望可以對國內外跨越高速公路拱承斜拉橋工程施工起到一定的借鑒作用。