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(fā)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(yīng)用。拱承斜拉橋是斜拉橋中的一種類型，其橋塔為拱式結(jié)構(gòu)，施工難度更高，需要對施工方案進行全面設(shè)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(biāo)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(xiàn)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(guī)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(jié)構(gòu)，斜拉橋橋塔、橋墩整體均采用拱式結(jié)構(gòu)橫跨現(xiàn)有的高速公路兩側(cè)。主要設(shè)計標(biāo)準包含以下幾方面內(nèi)容：（1）設(shè)計速度目標(biāo)值為120 km/h；（2）采用雙線結(jié)構(gòu)，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(shè)計方案

在本次高速公路拱承斜拉橋設(shè)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(shè)置輔助橋墩，輔助橋墩和邊墩設(shè)置支座，縱向固定支座設(shè)置在大里程側(cè)輔助橋墩上，橫向固定支座與簡支梁部分統(tǒng)一設(shè)置在線路左側(cè)。主橋總長度為226.5 m，含梁縫全長為226.8 m。

在原設(shè)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(cè)的邊箱梁經(jīng)過工廠加工為成品后運送到施工現(xiàn)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(xiàn)場焊接的方式，形成鋼梁節(jié)段后，選擇了步履式頂推施工到位。

在原設(shè)計方案中，橋塔采用拱形結(jié)構(gòu)，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(shù)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(biāo)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(shè)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(shè)置在主橋梁一側(cè)，斜拉索的梁端全部設(shè)置了外置式阻尼器，再根據(jù)實際施工現(xiàn)場環(huán)境，在斜拉索下部的3 m范圍之內(nèi)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(dǎo)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(biāo)準和施工規(guī)范采用了現(xiàn)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(jù)現(xiàn)場實際情況對索力、主梁和橋塔線型進行全面調(diào)整，使各個環(huán)節(jié)的數(shù)值都能夠達到施工標(biāo)準。

4 跨越高速公路拱承斜拉橋優(yōu)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(shù)對施工方案進行了三維立體建模，并對施工現(xiàn)場進行了全面的分析和數(shù)據(jù)采集，通過施工模擬發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(jù)對跨越高速公路拱承斜拉橋施工的相關(guān)標(biāo)準和規(guī)范規(guī)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(guī)定和限制，主要針對的對象是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，但在實際施工過程中，這個標(biāo)準還可以延伸到其他施工環(huán)節(jié)中，例如，鋼梁、結(jié)合梁等結(jié)構(gòu)施工。在本次施工完成后，主梁跨中梁部殘余徐變的結(jié)算結(jié)果為454.4 mm，遠遠大于國家規(guī)定的20 mm，沒有達到國家的要求。經(jīng)過技術(shù)人員的分析，是由本次工程中斜拉索的初拉力數(shù)值較小，調(diào)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(diào)整，使其能夠適應(yīng)當(dāng)前的施工現(xiàn)場條件，解決上述施工方案存在的問題[2]。

2）根據(jù)國際對跨越高速公路拱承斜拉橋施工的相關(guān)標(biāo)準和規(guī)范規(guī)定，拱承斜拉橋相鄰的梁端兩側(cè)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(cè)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(jù)該高速公路路段的實際溫度來計算橫向位移，混凝土結(jié)構(gòu)的溫差可以取約±24℃，鋼梁的溫差可以取±36℃。在原定的施工設(shè)計方案中，通過技術(shù)人員的測算，拱承斜拉橋相鄰的梁端兩側(cè)鋼軌支點的相對位移差為2.143 mm，超過了規(guī)范標(biāo)準規(guī)定的1 mm限值，因此，要對該問題進行解決和優(yōu)化，防止拱承斜拉橋在后期投入使用后出現(xiàn)質(zhì)量問題[3]。

4.2 拱承斜拉橋快速施工方案優(yōu)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(yōu)化設(shè)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(chǎn)，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)和強度。鋼錨梁作為影響拱承斜拉橋施工效率的關(guān)鍵性因素之一，采用這種方式不僅能保證施工質(zhì)量，還能提高施工效率，在實際試裝過程中，如果出現(xiàn)了不匹配等情況，還能進行臨時調(diào)整，有效提高施工效率。

4.2.2 索塔基礎(chǔ)的沉降觀測方面

拱承斜拉橋索塔基礎(chǔ)在基礎(chǔ)和塔身結(jié)構(gòu)自重的作用下會發(fā)生一定程度的沉降，因此，在施工過程中，需要對索塔基礎(chǔ)的沉降進行全面的觀測，防止沉降過大導(dǎo)致出現(xiàn)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(diào)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(nèi)。

4.2.3 基礎(chǔ)施工部分

基礎(chǔ)施工是保證拱承斜拉橋工程施工質(zhì)量和效率的重要因素，因此，XS施工隊伍結(jié)合本次施工的實際需求，對施工材料、施工設(shè)備等進行了全面的調(diào)整，尤其是在設(shè)備方面，如果起重設(shè)備能力不足，會導(dǎo)致施工效率受到較大的影響。此外，基礎(chǔ)施工會受到天氣、地理環(huán)境、施工技術(shù)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(nèi)完成施工，因此，需要基礎(chǔ)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(yōu)化設(shè)計，將斜拉索索道管定位由平面轉(zhuǎn)化為空間，借助現(xiàn)代信息技術(shù)對其進行了全面調(diào)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(jié)構(gòu)施工方面

為了更好地控制索力，XS施工隊伍利用BIM技術(shù)對拱承斜拉橋工程所涉及的數(shù)據(jù)進行了全面的收集，并借助BIM技術(shù)的計算系統(tǒng)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(fù)多次調(diào)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(nèi)高質(zhì)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(yōu)化方案評價

XS施工隊伍結(jié)合現(xiàn)有的施工技術(shù)、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(yōu)化，在施工完成后比原施工方案提前完成23 d，預(yù)計節(jié)省施工成本超過2 000萬元人民幣，優(yōu)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(yōu)化方案中，XS施工隊伍重點對施工設(shè)備、施工基礎(chǔ)和施工管理進行了優(yōu)化，并加強了施工現(xiàn)場的監(jiān)督，保證施工現(xiàn)場的施工秩序，才能使工期大幅度縮短，且施工質(zhì)量也得到了保證。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合阿爾及利亞東西高速公路東標(biāo)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(yōu)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(jīng)過實際工程案例檢測，該優(yōu)化方案具有一定的實際使用效果，希望可以對國內(nèi)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。