山區(qū)大跨斜拉橋鋼主梁架設(shè)工藝經(jīng)濟(jì)性比較

廖萬(wàn)輝，李明，周大慶，汪杰，許紅勝

（1.貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550008；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，近年來(lái)建成的白居寺長(zhǎng)江大橋、嘉魚長(zhǎng)江大橋、鴨池河大橋、北盤江第一橋、平塘特大橋等橋梁，標(biāo)志著我國(guó)斜拉橋建設(shè)水平已經(jīng)跨入國(guó)際先進(jìn)行列。受地形與運(yùn)輸條件的限制，我國(guó)針對(duì)山區(qū)特大跨斜拉橋主梁架設(shè)，發(fā)展出了散件懸臂拼裝法、纜索吊裝、整節(jié)段縱移懸拼等創(chuàng)新工藝；特別是鋼主梁整節(jié)段縱移懸拼安裝工藝為我國(guó)原創(chuàng)新工藝，通過(guò)在北盤江第一橋及平塘特大橋的成功應(yīng)用，取得了良好的國(guó)際聲譽(yù)。

1 鋼主梁架設(shè)工藝

基于斜拉橋的橋型特點(diǎn)，節(jié)段懸臂提升安裝法和頂推法在我國(guó)跨江河斜拉橋主梁施工中應(yīng)用較廣。由于山區(qū)大跨斜拉橋建設(shè)受地形和節(jié)段運(yùn)輸條件的限制，傳統(tǒng)的主梁架設(shè)工藝多采用散件懸臂拼裝和連續(xù)頂推法；近年來(lái)，隨著我國(guó)施工設(shè)備大型化和智能化，纜索吊裝和節(jié)段縱移懸拼等新工藝逐漸發(fā)展成熟。

1.1 工藝應(yīng)用情況

下面針對(duì)近年我國(guó)建成的部分大跨度斜拉橋工程實(shí)例的鋼主梁架設(shè)工藝進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和說(shuō)明。

1.2 工藝適用性分析

下面結(jié)合各主梁架設(shè)工藝的特點(diǎn)，對(duì)各工藝在地形適用性和施工臨時(shí)設(shè)施消耗以及工期效率方面的差異進(jìn)行了分析比較。

通過(guò)分析可以看出，雖然節(jié)段懸臂提升安裝法具有最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性和成熟度，但無(wú)法適用于山區(qū)大跨斜拉橋普遍面臨的橋位環(huán)境，因此適用于山區(qū)大跨斜拉橋鋼主梁架設(shè)工藝的主要為散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法和節(jié)段縱移懸拼法。表1為近年建成的部分大跨度斜拉橋鋼主梁架設(shè)工藝情況一覽表。表2為各鋼主梁架設(shè)工藝適用性和施工臨時(shí)設(shè)施消耗比較情況。

表1 近年建成的部分大跨度斜拉橋鋼主梁架設(shè)工藝情況一覽表

表2 各鋼主梁架設(shè)工藝適用性和施工臨時(shí)設(shè)施消耗比較情況

2 方案比選分析

施工工藝的選擇是前期施工方案準(zhǔn)備的重要環(huán)節(jié)，合理的施工工藝不僅能保證工程項(xiàng)目的質(zhì)量和安全，還能降低工程成本和縮短工期。以某大跨斜拉橋?yàn)槔?，進(jìn)行主梁架設(shè)工藝的安全、工期及成本指標(biāo)比選。該橋橋位處于山區(qū)V形峽谷上，橋面距谷底約280m，橋下無(wú)運(yùn)輸條件。橋型設(shè)計(jì)為雙塔雙索面半漂浮體系鋼混疊合梁斜拉橋，主梁采用工字形鋼梁，橋面板采用預(yù)應(yīng)力混凝土，主橋全長(zhǎng)898m，主跨528m。結(jié)合該項(xiàng)目，對(duì)適合山區(qū)鋼主梁架設(shè)的散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法和節(jié)段縱移懸拼法三種施工工藝從施工可行性、設(shè)備物資使用、工期、施工成本等方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比選，以確定適合的綜合優(yōu)選方案。圖1為三種施工方法的施工照片。

圖1 架設(shè)工藝施工照片

2.1 主要設(shè)備分析

散件懸臂拼裝法與節(jié)段縱移懸拼法雖工藝不同，但兩種施工工藝設(shè)備物資投入形式基本一致，僅在運(yùn)梁裝置和橋面吊機(jī)的形式上略有不同，縱移懸拼法采用檢修軌道運(yùn)梁，需增加垂直起吊系統(tǒng)從地面預(yù)拼場(chǎng)提升梁段；纜索吊裝法需要一套獨(dú)立的纜索吊機(jī)系統(tǒng)，包含錨固系統(tǒng)和纜索系統(tǒng)的施工，但省去了橋面吊機(jī)和運(yùn)梁軌道的設(shè)置。

2.2 工期分析

三種施工工藝前期塔位處主梁節(jié)段的架設(shè)工藝基本相同，安裝時(shí)間均在25d左右，為突出各施工工藝的特點(diǎn)，僅對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的架設(shè)工期進(jìn)行比較。

（1）散件懸臂拼裝工藝將疊合梁拆分為主梁、縱橫梁、橋面板進(jìn)行運(yùn)輸，轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)較多。在吊裝時(shí)，空中散拼作業(yè)效率低，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，架設(shè)一個(gè)節(jié)段的時(shí)間約為9d，總工期約6.5個(gè)月。

（2）縱移懸拼工藝梁段架設(shè)的輔助設(shè)施使用材料少，施工方便，整節(jié)段運(yùn)輸效率高，并且整節(jié)段吊裝具有剛度大、臨空作業(yè)面少的特點(diǎn)，受惡劣天氣的影響小，對(duì)工期的把控更加明確。架設(shè)一個(gè)節(jié)段的工期在4.5d左右，與空中散拼工藝相比節(jié)省了約4.5d工期，總工期約3.5個(gè)月。

（3）纜索吊裝工藝的錨固系統(tǒng)可在前期與其他施工階段平行作業(yè)，纜索系統(tǒng)待主塔封頂后，可以將主塔作為桅桿進(jìn)行施工以節(jié)省工期。在進(jìn)行整節(jié)段架設(shè)時(shí)，兩岸對(duì)稱架設(shè)一個(gè)節(jié)段的工期較縱移懸拼稍短，約為4d，總工期約3個(gè)月。表3為各工藝的總工期對(duì)比分析表。

表3 各工藝的總工期對(duì)比分析表

2.3 施工成本分析

基于材料用量、設(shè)備安裝拆卸、機(jī)械設(shè)備使用數(shù)量、人工、管理等，利用一次投資和工期成本分析各工藝方法的綜合成本。一次投資包括材料和設(shè)施安裝拆卸費(fèi)用，月支出主要由設(shè)備租賃、人工、管理等費(fèi)用組成，可通過(guò)工期長(zhǎng)短來(lái)進(jìn)行成本控制。

2.3.1 材料、機(jī)械及人工對(duì)比

以該項(xiàng)目為例，統(tǒng)計(jì)各施工方法的鋼材和混凝土用量、機(jī)械設(shè)備使用數(shù)量、人工數(shù)量，可得到僅纜索吊裝工藝涉及混凝土的使用，用量約為2 000m3，且鋼材的使用量也很大，約800t，而散件懸拼工藝和節(jié)段縱移懸拼工藝鋼材使用量分別為80t和30t；從機(jī)械使用情況來(lái)看，纜索吊裝工藝主要使用纜索吊系統(tǒng)，散件懸拼工藝和縱移懸拼工藝在機(jī)械設(shè)備投入形式方面基本相同，主要采用橋面吊機(jī)；散件懸拼工藝后場(chǎng)無(wú)需設(shè)置預(yù)拼裝場(chǎng)地，后場(chǎng)使用設(shè)備較少。散件懸臂拼裝工藝人工需求量最大，纜索吊裝工藝次之，節(jié)段縱移懸拼工藝最小。

纜索吊裝系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，錨固系統(tǒng)和纜索系統(tǒng)的施工需要大量混凝土和鋼材，增加了材料使用數(shù)量；散件懸臂拼裝法和節(jié)段縱移懸拼法無(wú)需使用混凝土，其鋼材的消耗主要是用于運(yùn)梁軌道的架設(shè)，并且縱移懸拼工藝?yán)昧旱讬z修車軌道運(yùn)梁，僅需對(duì)軌道不足部分進(jìn)行定制，節(jié)省了大量材料；散拼相較于整節(jié)段，在預(yù)拼時(shí)所需的機(jī)械設(shè)備少，通過(guò)橋面運(yùn)梁后用橋面吊機(jī)空中散拼，節(jié)省了垂直起吊設(shè)備的使用；纜索吊裝工藝因梁段的運(yùn)輸和吊裝都交由前期安裝完成的纜索系統(tǒng)，機(jī)械設(shè)備多在預(yù)拼裝時(shí)使用；散件懸臂拼裝工藝因其桿件轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)多，空中散拼接頭多，臨空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)人工的需求最高。

2.3.2 成本對(duì)比

從每月投入費(fèi)用和一次投資費(fèi)用對(duì)比分析各工藝的費(fèi)用投入情況，散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法、節(jié)段縱移懸拼法在每月機(jī)械設(shè)備租賃、管理和人工的投入費(fèi)用分別為：157.2萬(wàn)元、126.1萬(wàn)元、142.6萬(wàn)元；一次投資費(fèi)用分別為：47.3萬(wàn)元、742萬(wàn)元、17.3萬(wàn)元。

圖2 各工藝費(fèi)用類型對(duì)比

通過(guò)綜合對(duì)比散件懸臂拼裝法、纜索吊裝法、節(jié)段縱移懸拼法三種工藝不同的費(fèi)用類型，在引入工期的前提下，進(jìn)行組合后得到各工藝總成本，分別為：1 069.1萬(wàn)元、1 120.3萬(wàn)元、516.4萬(wàn)元。節(jié)段縱移懸拼法一次投資費(fèi)用最少；纜索吊裝法由于投入大量材料并且安裝費(fèi)用高，在總成本中占比大；散件懸臂拼裝法由于消耗人工較多，且工期較長(zhǎng)，其一次投資費(fèi)用處于中間位置。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

山區(qū)特大跨斜拉橋的建設(shè)具有施工風(fēng)險(xiǎn)大、施工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，安全風(fēng)險(xiǎn)始終伴隨橋梁工程的施工進(jìn)度，對(duì)橋梁施工過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。結(jié)合上述三種施工工藝，對(duì)該項(xiàng)目中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行綜合分析。

各工藝主要安全風(fēng)險(xiǎn)類型均為高空作業(yè)、設(shè)備條件、結(jié)構(gòu)安全。散件懸臂拼裝法受峽谷不規(guī)則風(fēng)環(huán)境因素影響大，且吊裝作業(yè)臨空面多，空中作業(yè)工作量大；纜索吊裝法纜索控制系統(tǒng)、臨時(shí)結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要；節(jié)段縱移懸拼法待安裝節(jié)段在縱移過(guò)程中對(duì)已架設(shè)主梁節(jié)段的影響需進(jìn)行計(jì)算分析。散件懸臂拼裝法高空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)最高，纜索吊裝法及節(jié)段縱移懸拼法空中只對(duì)接節(jié)段接頭，將大部分拼裝工作轉(zhuǎn)移至地面拼裝場(chǎng)地，從根本上降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

為有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，在施工前，應(yīng)對(duì)施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行試吊試驗(yàn)及驗(yàn)收，加強(qiáng)技術(shù)交底；施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的班前教育和安全防護(hù)措施檢查，及時(shí)跟蹤監(jiān)控施工設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)局部受力與位移較大的部位進(jìn)行臨時(shí)加固和實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量并設(shè)置預(yù)警值，加強(qiáng)日常巡查及設(shè)備維保工作。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從適用性、物資設(shè)備使用、工期、施工經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)山區(qū)大跨斜拉橋鋼主梁三種常用架設(shè)工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比選，并分析其安全風(fēng)險(xiǎn)，得出結(jié)論如下：

（1）節(jié)段縱移懸拼法較散件懸臂拼裝法相比，能有效減少空中作業(yè)量和降低施工人員安全風(fēng)險(xiǎn)，且整節(jié)段具有較大的剛度，能降低惡劣天氣的影響。

（2）從物資設(shè)備使用方面看，散件懸臂拼裝法和節(jié)段縱移懸拼法的設(shè)備投入形式相對(duì)合理；纜索吊裝法前期需投入大量費(fèi)用來(lái)進(jìn)行錨固系統(tǒng)和纜索吊機(jī)設(shè)備的施工。

（3）結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)性分析表明，節(jié)段縱移懸拼法一次投資費(fèi)用相對(duì)較少，總工期占用相對(duì)較短，從總體施工成本核實(shí)角度分析，該方法在施工經(jīng)濟(jì)性方面最優(yōu)。

通過(guò)分析，節(jié)段縱移懸拼法在保證質(zhì)量安全的前提下，可有效縮短工期和節(jié)省施工成本，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良，可作為綜合比選的推薦方案。