獨塔非對稱疊合梁斜拉橋“先梁后索”施工控制研究

董劍

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

斜拉橋按照索塔和主梁施工的先后順序，可分為塔梁異步、塔梁同步兩大類。塔梁異步施工是先施工主塔,后施工主梁,塔梁施工相互分離的施工方法[1]。“先梁后索”是在支撐墩完成后，在支架上安裝主梁同時進行塔柱施工，塔柱施工期間完成鋼箱梁安裝及橋面板安裝、張拉工作，待塔柱施工完成后集中掛索、調索。相較于傳統的使用橋面吊機架設鋼梁，“先梁后索”可以大大縮短組合梁時間。可以實現大節段整體吊裝，減少箱梁分段，實現工廠化加工、整體機械化安裝，有利于提高梁體安裝效率。同時，在支架上安裝梁體，能夠有效提高梁體安裝精度。

1 設計參數

項 目 主 橋 全 長 415m， 橋 跨220m+134.9m+60.1m，結構體系為獨塔雙索面半漂浮式斜拉橋。大橋上部結構采用鋼混組合梁，下部結構采用柱式墩，座板臺，墩臺采用樁基礎。

1.1 索塔

索塔采用A 字形索塔，塔柱向內側相互靠攏，斜率為1/7.320。距塔頂9.5m 和39.5m 分別設置上橫梁和中橫梁一道。上塔柱采用等截面，下塔柱33.71m 范圍內采用等截面，底部6.751m 范圍內橫橋向尺寸加大，提高索塔抗震性能。

1.2 加勁梁

加勁梁采用雙鋼邊箱加橫梁結合混凝土橋面板的整體式組合斷面，頂面全寬39m，雙邊箱中心距26m。鋼邊箱采用單箱單室截面，底板水平設置，頂板設2.14%的單向橫坡，腹板采用直腹板。鋼橫梁采用“工”字形截面。橫梁底板水平，頂板采用雙向2.14%的橫坡，標準橫梁跨中預制梁高3038.2mm，標準橫梁上翼緣寬600mm，厚20mm，底板寬560mm，厚20mm，腹板厚14mm。標準段橫梁沿橋軸線每3.2m 設置一道。橋面板標準厚度為28cm，與鋼梁結合部分加厚至55cm；邊跨壓重段橋面板厚度55cm。

1.3 斜拉索

斜拉索采用扇形密索布置，空間雙索面，標準段主梁上索距9.6m，邊跨壓重段主梁上索距6.4m，塔柱雙索面均布置有21 對斜拉索，材質為1770MPa 的7mm 鍍鋅平行鋼絲，塔端張拉。

見圖1，2。

圖1 項目主橋橋型圖

圖2 項目鋼梁標準斷面圖

2 施工工藝與控制原則

疊合梁斜拉橋施工多采用索粱同步施工，先完成索塔的澆筑與養護，待索塔完成后橋面吊機散件拼裝的方式架設鋼梁與橋面板[2]。本項目由于工期短，在不影響通航的條件下，采用“先梁后索”異步施工工藝。采用滿堂支架法，先將鋼梁架設完畢，再進行斜拉索施工，最后進行橋面鋪裝與索力調整。

2.1 索塔幾何控制

橋塔的幾何控制有兩個主要的內容，即塔柱線形控制和索套管空間傾角控制。對于塔柱線形主要是控制塔偏，由于塔柱在其施工過程中結構體系較為簡單、明確，只要及時測量就不難掌握其幾何狀態。拉索導管傾角按塔端錨點位置按設計圖坐標，同時根據預抬量進行修正，以及梁端錨點設計梁端錨點位置的基礎上根據活載預拱進行修正。

2.2 鋼梁架設的線形與索力的控制

以橋梁的幾何線形為基本控制目標，以斜拉索長度為主要調控手段，索力為輔的原則進行整個主梁的施工控制工作，利用參數識別系統對計算參數進行識別、修正[3]。

表1 施工工序即控制工況列表

3 施工控制仿真分析

圖3 橋梁計算模型及約束條件

使用Midas/Civil2019 V2.2 全橋模型，主結構采用Q345D 低合金高強度結構鋼，其他非主要受力結構采用Q235B 鋼材，彈性模量：E=2.06×105MPa；泊松比0.31；線膨脹系數1.2×10e-5；容重78.5kN/m3。斜拉索參數：彈性模量：E=2.05×105MPa；泊松比：μ=0.3；線膨脹系數：1.2×10-5；容重：78.5kN/m3，拉索總重866t。

3.1 斜拉索安裝

圖4 斜拉索初裝索力與成橋索力圖（KN)

圖5 首輪張拉后支架脫空情況

3.2 鋼梁支架拆除

根據第一輪拉索張拉完后鋼梁支架的理論反力分布情況，主要是134.9m 跨及部分主跨的支架存在一定的反力。先拆邊跨支架，從該跨的跨中向主塔及過渡墩對稱拆除；然后拆除主跨及次邊跨支架。具體順序如下：主跨（220m）：5#→4#→6#→7#→3#→8#→2#→9#→1#→10#；邊跨（134.9m）：16#→15#→17#→14#→18#→13#→19#→12#→20#→11#→21#→10#→22#；次邊跨（60.1m）:24#→23#。

臨時支架全部拆除后，鋼邊箱梁內的最大壓應力為119.75MPa，最大拉應力為33.72MPa。混凝土橋面板處于全截面受壓狀態，最大壓應力為10.87MPa。主塔最大縱向位移為-48.19mm，斜拉索最大拉應力為579.67MPa。主梁的最大豎向變形分別為69.52mm 和-86.19mm，主梁的最大縱向位移分別為59.09mm 和-53.74mm。

圖6 支架拆除后鋼梁豎向變形圖（mm）

3.3 輔助墩落梁

由于本項目采用的是非對稱設計，為了充分利用橋面板受壓性能良好的特性，在邊跨輔助墩處利用千斤頂輔助鋼梁在重力作用下回落30cm，同時減少索力調整工作量。

輔助墩墩落梁30cm 后，主梁和拉索的最大應力值與主梁最大變形值如圖7 所示。鋼邊箱梁內的最大壓應力為122.24MPa，最大拉應力為43.19MPa。混凝土橋面板處于全截面受壓狀態，最大壓應力為14.16MPa。主塔最大拉應力為0.96MPa，主塔最大縱向位移為61.66mm，斜拉索最大拉應力為608.10MPa。主梁的最大豎向變形分別為210.63mm 和-268.93mm，主梁的最大縱向位移分別為67.02mm 和-56.34mm。

圖7 落梁完成后加勁梁位移圖

3.4 體系轉換

在落梁30cm 完成之后，進行全橋索力調整。所里調整完畢，進行橋梁體系轉換，即解除塔梁臨時固結，安裝阻尼器。

解除塔梁結合處水平約束后，主梁和拉索的最大應力值與主梁最大變形值如圖7 所示。鋼邊箱梁內的最大壓應力為121.42MPa，最大拉應力為42.53MPa。混凝土橋面板處于全截面受壓狀態，最大壓應力為13.58MPa。主塔最大拉應力為0.82MPa，主塔最大縱向位移為-97.56mm，斜拉索最大拉應力為603.50MPa。主梁的最大豎向變形分別為243.35mm 和-281.16mm，主梁的最大縱向位移為-191.41mm。見圖8。

4 結論

本文分別對古馬干河特大橋主橋和主塔施工過程的應力和變形進行了分析。在斜拉橋整個施工過程中鋼邊箱梁內的最大壓應力為186.72MPa，最大拉應力為86.44MPa。混凝土橋面板處于全截面受壓狀態，最大壓應力為14.48MPa。主塔最大壓應力為13.22MPa，最大拉應力為1.92MPa，斜拉索最大拉應力為654.14MPa。

對于非對稱半漂浮體系斜拉橋，關鍵工況是不對稱情況下帶荷載解除臨時約束。如何更加安全的進行帶荷載解除臨時約束，在后續施工中需要加以研究。