谭文鹏 赵伟 敖登榜 张培元

贵州大通路桥工程建设有限公司 贵州桥梁建设集团有限责任公司

摘 要：组合梁斜拉桥凭借较高的可操作性逐渐在斜拉桥建设中占据主导地位。山区由于独特的地理环境，导致具体施工方法与其他地区有着迥然不同的特点。通过对山区钢混组合梁斜拉桥的施工创新技术研究，大大节约施工成本，并达到快捷、高效、安全的最终目标。

关键词：斜拉桥;山区;组合梁;施工;创新;

1 工程概况

贵州都匀至安顺高速公路项目第T13合同段，长3.095 km。主要工程有云雾大桥、梨子关隧道。云雾大桥长1 720 m, 为全线控制性工程，主桥为215 m+480 m+215 m双塔双索面钢混组合梁斜拉桥。按双向四车道高速公路标准设计，见图1。

图1 云雾大桥效果

主塔基础设计为群桩及承台基础，每座主塔采用24根桩基。承台长37.4 m、宽24.6 m,高8 m, C40混凝土7 360 m3。主塔为折H形，14号主塔高269 m,15号主塔高300 m。主塔分塔墩、下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱6部分。

上部结构采用钢混组合梁，钢梁节段由钢主梁、横梁、小纵梁组成梁格体系，采用栓接连接，与混凝土桥面板形成整体组合截面。预制桥面板沿全桥宽布置4块，见图2。

图2 上部结构梁段效果

2 施工技术

2.1承台大体积混凝土一次性浇筑

采用冷、热水混合方式，直接调配不同的进水温度，实现升降同时、冷热协调的多层智能养生[1]。根据各种温差指标，多层控制不同进水温度，以影响温度升降速率，从而实现大体积混凝土温控的技术，实现了一次性浇筑8 m高、7 360 m3C40混凝土，节约工期20 d以上，为项目节约直接工程费达100万元。该技术同时在环保方面有显著的效益。为今后实现更大、更厚、强度更高、更智能的大体积混凝土施工提供了空间[1]。

2.2设备组合效应

设备的配置，往往需要考虑运输通道、地形、施工材料、结构安装条件、施工进度等多方面的因素，其中最大影响因素为构件安装和施工材料。山区钢混组合梁斜拉桥在起重设备能力方面主要考虑钢构件、预制桥面板最大吊装能力需求。

云雾大桥下部结构施工期间最大吊重为钢锚梁、钢牛腿，单件最重约12 t,上部结构施工期间钢构件单件最重为0号段钢主梁，单件最重达39 t。项目不同施工阶段对起重设备需求不同，需要从成本、进度等多方面考虑。

本项目由于塔柱高达300 m,下部结构施工周期长，对塔吊需求时间相对上部结构要更长。若一次性安装50 t塔吊，则相对在下部结构施工期间资源占用、成本消耗较高。因此，选择单塔2台16 t塔吊作为下部结构施工期间的起重设备，0号段钢梁起重吊装施工，则采用附壁吊机+“荡移”+节段整体提升安装施工方式，可以解决不同阶段起重设备需求问题，同时达到节约成本、资源合理利用，见图3。

图3 附壁吊机

通过设备组合，相对于单塔50 t+16 t塔吊方案，本项目(双塔)可节约设备租赁成本约590万元，节电约420万度。

2.3临时锚固体系

斜拉桥塔区，钢梁底部在悬臂施工期间需要临时锚固，通过预应力钢筋、临时支座、挡块等措施将上部结构钢梁与塔柱锚固，以保证施工过程结构安全。全桥合龙后，需解除该部分临时锚固措施，安装阻尼器，完成体系转换。

云雾大桥设计为半漂浮体系，施工期间临时锚固措施主要有：(1)塔区0号段钢梁通过JL32精轧螺纹钢筋将钢梁锚固在临时支座垫石上，垫石上设临时支座；(2)永久支座两侧设置横向限位支座(抗风支座),主要限制钢梁横向位移，克服施工过程中施工荷载和风荷载可能导致的振动；(3)钢梁永久支座垫石与临时支座垫石之间设置钢挡块，以限制施工过程中可能产生的纵向位移。3种锚固方式同时作用，将钢梁和塔柱锚固成整体，保证施工过程中体系结构安全。

临时钢挡块一般在厂内焊接在钢梁底部，安装在永久垫石和临时支座垫石之间。全桥合龙体系转换时，钢挡块拆除需要实施现场切割，但现场条件有限，钢挡块切割操作空间狭小，切割后防腐涂装质量也难以控制。钢挡块设计成装配式结构后，与支座垫石之间接触面安装四氟滑板并灌注高强度砂浆，拆除方便，施工工艺变得简单，见图4。

图4 钢挡块装配式改造

2.4塔区梁段荡移施工技术

(1)上横梁设置临时贝雷吊架，以供0号段钢梁提升安装作业。上横梁临时贝雷吊架由贝雷梁、托架及可移动卷扬机组成，上横梁共设8榀托架，左右对称布置，托架采用槽钢焊制而成，并设加劲斜杆。托架上采用工字钢作为横梁，横梁支撑贝雷梁，贝雷梁采用多组上下加强贝雷片组合。贝雷梁上设置分配梁，上铺设卷扬机轨道，配置2台8 t卷扬机。单台卷扬机配置千斤绳及多线定滑轮-动滑轮组合。精轧螺纹钢筋将临时吊架锚固于上横梁上，见图5。

图5 贝雷吊架示意

(2)横向荡移系统由在上横梁设置的横向多个临时吊点与下横梁及塔壁上设置的导向滑轮组成。

上横梁横桥向共设置3个临时荡移吊点，每个吊点设计承载力满足吊装需求，配置卷扬机1台。上横梁施工时，在指定位置预留下线孔，安装千斤绳。千斤绳上配置多线定滑轮-动滑轮组合。下横梁上配2台横向牵引卷扬机，并在下横梁倒角及中塔柱指定位置设置导向滑轮。

(3)整个0号段钢梁的安装由上横梁临时贝雷吊架、横向荡移系统及16 t塔吊配合完成，总体思路为：先将0号段3根边主梁在下横梁顶面中轴线上拼装成整体，然后将边主梁整体横向荡移就位，最后完成横梁和小纵梁安装。

首先，利用横向荡移中间吊点和贝雷吊架配合，完成边主梁在中轴线上的拼装，见图6。

图6 钢梁提升、荡移示意

其次，0号段3根钢主梁在桥中线上完成纵向拼装后，利用上横梁横向3对荡移滑轮组合，相互交钩，将组拼后的钢梁逐渐荡移至边部，若无法直接荡移至设计位置，则采用横向牵引卷扬机将钢梁横向牵引，直至就位，见图7。

2.5组合梁节段纵移转体悬拼施工技术

图7 钢梁整体提升和荡移

山区钢混组合梁斜拉桥施工，常规施工工艺是动臂式桥面起重机单元件“散拼”施工。动臂式桥面起重机缺点是：钢梁安装精度不高、构件连接需设置较多操作平台、只有一个工作面等，对质量、安全和进度均有较大的限制。

基于动臂式桥面起重机单元件“散拼”施工的诸多缺点，从平塘特大桥开始研究“钢梁整节段纵移转体悬拼施工技术”并成功实施。在平塘特大桥基础上，云雾大桥施工深入研究，优化桥机局部设计，使桥机的特性得到进一步提升。

钢梁整节段纵移转体悬拼施工技术是钢混组合梁斜拉桥施工技术的一次质的提升，不仅解决了山区地形条件的问题，同样在其他地区应用有较大的技术优势，具体特点：

(1)大幅减少高空作业时间，降低了安全风险[2];

(2)节段梁拼装精度大幅提高，提高了施工质量[2];

(3)将大量高空作业转化为桥面拼装，提高了工效；

(4)拼装场设置在桥面，有效克服山区桥梁施工场地受限的问题；

(5)避免了大量的高空操作平台安拆、转移导致的工效低下的情况；

(6)在其他地区应用该技术，可以节省高昂的运输船等租赁费用。

钢梁节段纵移转体悬拼施工技术，在塔区设置钢梁拼装场，整节段钢梁运输至架桥机工作面，架桥机提升钢梁在前口实施平面旋转90°再就位拼接，见图8。

图8 钢梁节段吊装全过程

该悬臂桥机在实施期间发现，桥面板边板由于超出桥机宽度且为异型板重心不居中，边板安装较为困难，工作效率严重受限。在桥面配置1台50 t吊车完成桥面板安装工作，施工成本将急剧增加。针对桥面板安装的“缺陷”,提出2个方案：方案1,设计“扁担”吊具，一次性同步吊装2块桥面板；方案2,加装电动葫芦逐块安装。

方案1,在不改装或增加设备的前提下，提升工效，似乎最理想。项目在前期桥下对设备进行荷载试验的同时实施了桥面板“扁担”平衡吊装试验。试验发现，桥面板中板和边板在设计尺寸、形状、重量上存在较大区别，导致 “扁担”平衡困难。为保证“扁担”平衡所耗费的时间较长、劳动强度较大。桥面板就位安装时，由于钢梁顶部剪力钉与桥面钢筋交叉密集，就位精度难以控制。同时，需要同时吊装2块桥面板，必须在吊装之前保证2块桥面板按照设计相对位置展开待吊装，这个过程对桥面板运输、桥机使用效率造成了很大的影响，见图9。

图9 钢梁双板平衡吊装试验

方案2,项目采取在天车卷扬机两侧加装2台电动葫芦。电动葫芦为加装悬挑结构，不仅解决了桥面板安装问题，且加大了桥机工作覆盖面，为悬挑桥面外侧的混凝土检修道施工和拉索安装提供了便利，见图10。

图10 天车加装电动葫芦

2.6节段整体提升施工技术

0号段施工完成后，桥面暂时无法形成拼装场，故1、2号梁段实施节段整体提升，桥机配合连续提升千斤顶完成节段整体提升。整体提升系统主要结构为连续提升千斤顶、钢绞线。梁段重量约160 t,提升至桥面高度约180 m。由于主塔后部为开挖边坡，桥下场地制约，钢梁提升一定高度后才能避开障碍达到竖直状态。靠近主塔根部拼装钢梁，导致钢绞线与理论重力线产生夹角，必须实施斜向提升，提升施工过程风险陡增。

整个提升过程钢梁力学平衡状态见式(1)和式(2):

FZ=G+Psinθ (1)

FX= Pcosθ (2)

式中：G为钢梁自重；P为尾梢牵引力；θ为尾梢牵引夹角。

随着钢梁提升的高度增大，尾梢产生的分力是一个线型变量。整个过程的安全需要验证提升千斤顶的水平分力为平衡FZ、 FX对桥机结构的影响。

为保证斜提过程安全，项目采取了一系列措施：

(1)千斤顶底座设置铰座，以保证千斤顶与钢绞线始终保持同一轴线，见图11(a);

(2)单束多根钢绞线采用正、反旋钢绞线，克服钢绞线内力；

(3)钢梁增加尾梢，平衡钢绞线水平拉力；

(4)因尾梢采用安装在地面的卷扬机，与提升千斤顶不能保证同步。故减少单次提升行程，保证尾梢牵引对桥机冲击，见图11(b)。

图11 铰座和钢梁提升示意

2.7湿接缝两段一浇工艺

钢混组合梁一般施工步骤总体为：钢梁安装→斜拉索第一次张拉→桥面板安装→斜拉索第二次张拉→湿接缝浇筑→斜拉索第三次张拉→桥机前移就位→下一节段。

由于湿接缝浇筑需要等待混凝土养生达到强度，横向预应力张拉后，才能进入下一道工序。因此，在保证施工质量和结构安全前提下加快施工进度是项目需要深入探索的问题。若将2个节段湿接缝同时一起浇筑施工，原来一个节段等待7 d混凝土强度的时间，缩短为2个节段等待7 d, 显然是一个节约工期的有利途径，全桥上构施工可以节约1个月工期。

施工工艺优化为2个节段湿接缝同时一起浇筑施工，则钢混组合梁施工步骤变为：钢梁安装→斜拉索第一次张拉→桥面板安装→斜拉索第二次张拉→桥机前移→钢梁安装→斜拉索第一次张拉→桥面板安装→斜拉索第二次张拉→2个节段湿接缝浇筑→斜拉索第三次张拉→桥机前移就位→下一节段。

施工工艺优化必定需要理论的验证，建立模型验算，见图12。

图12 施工过程中钢梁和混凝土板应力

单位：MPa

根据验算结果，施工过程中应力均处于安全状态，见图13。验算时通过调整施工过程索力的方式，保证了工艺优化的实现，且最终成桥索力误差不超过5%<10%(规范规定值)。

图13 监控计算成桥索力与设计成桥索力对比

单位：t

3结语

本文介绍了都安高速公路云雾大桥施工全过程关键技术，山区钢-混组合梁斜拉桥施工客观存在的较多问题得到解决，创造了较大的经济、社会效益。主要总结如下：

(1）承台大体积温控技术是桥梁工程大体积混凝土一次性浇筑的经典案例，为施工单位克服了困扰多年的承台施工工期较长、养护过程复杂难以管控、水资源浪费的问题；

(2）施工设备优化组合，最大程度实现了资源合理利用、降低了居高不下的设备租赁费用和能耗；

(3）钢梁锚固体系创新、钢梁整体提升技术、荡移施工技术、节段纵移转体悬拼技术为山区钢梁施工提供了全套的施工技术，解决了典型的山区施工场地问题，克服了传统工艺存在的诸多弊病，同时也适用其他地区的类似桥型施工；

(4）湿接缝2段一起浇筑工艺，节约了工期，实现了较大的经济效益。

参考文献

[1] 谭文鹏，王荣兴，赵伟，刘彦杰，徐周朝.基于温差控制的大体积混凝土智能温控系统及方法[J].公路，2020,65(10):211-215.

[2] 臧广海，王辉，吴贵毅.山区斜拉桥上部结构安装技术研究[J].公路，2019,64(9):62-64.

[3] 纵锟，卢飞.山区叠合梁斜拉桥节段梁纵移转体悬拼施工技术研究[J].建筑安全，2021,36(1):21-25.

[4] 王斐度.平塘特大桥上部钢结构施工方案设计研究[J].交通世界，2020,(7):102-103+123.

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