山区悬索桥施工控制中的若干问题

肖军良

摘要：文章结合实际工程，探讨了山区悬索桥施工控制中经常遇到的一些细节问题，为同类桥梁施工控制提供一些经验，保证工程进度和质量。

关键词：山区悬索桥；悬索桥施工；施工控制

中图分类号：U443

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)04-0039-02

一、概述

悬索桥适用于大跨度结构，其上部结构由钢缆、塔、加劲梁和吊索组成，下部结构由支撑着塔的桥墩，锚固着钢缆的锚碇组成，这种基本结构形式是大跨度结构最适当的形式。悬索桥的跨越能力是所有桥型中最大的，在各种跨径桥梁中，悬索桥也是适应性最强的桥型。在1000米以上的跨度桥梁中是占主导地位的桥型，在500—1000米跨径的桥梁中是主要选择桥型，在300～500米跨径的大型桥梁中也具有竞争力。随着社会的进步和我国改革开放的发展，尤其是随着“西部大开发”的战略部署，近几年国家投入了巨大资金来加快西部交通建设的发展，西部山区低等级公路已经不再能够适应经济的发展，而山区高等级公路的建设将需要修建许多跨越深谷的桥梁。这种深谷往往有几十米，甚至几百米深，在这种情况下多采用悬索桥方案。如贵州关兴公路北盘江大桥，为主跨388米的简支混凝土板梁悬索桥，主缆边跨为103米，主缆矢跨比采用1／9。

悬索桥施工通常包括索塔施工、锚碇施工、猫道架设、索鞍安装、主缆架设、整形索夹、吊索安装、加劲梁吊装、桥面系及防护施工等。所以，悬索桥不但要经过一个相当复杂的施工过程才能形成，而且其工序间顺序性很强，并相互关联，如何对结构状态的各工序下的控制参数进行跟踪监测、调整、控制，确保施工过程安全和成桥后的结构实际状态尽可能符合理想状态这一施工控制问题是悬索桥成功建设的关键技术之一。尤其是在采用散索套的山区悬索桥主缆架设中，现场温度变化大，不确定因素引起的塔偏不稳定的情况下，主缆架设位置的控制就显得特别重要。

二、问题及解决方法

(一)悬索桥施工阶段可能出现的问题

1．悬索桥结构几何形状对温度变化非常敏感，温度变化，将引起悬索桥结构几何形状的较大改变。以广东虎门大桥的施工过程为例，当温度降低20％、没有温度变化、温度升高25℃三种工况下，加劲梁、主缆相对于全桥完成时(没有温度变化)引起悬索桥结构几何形状的改变非常可观。

2．施工各阶段消除误差比较困难。在悬索桥的施工过程中，不但主缆一旦施工完毕，是无法调整其长度的，而且吊杆的长度无法像在斜拉桥施工中对斜拉索的重复张拉那样进行调整。悬索桥的吊杆长度即使可以调整，也是通过垫片微幅调整。索股和吊杆的无应力长度也必须准确，过长或过短都可能使成桥桥面标高难以满足设计要求。

3．悬索桥的主索鞍、散索套预偏位置可能架设错误，结构成桥后主索鞍不能复位到设计位置，或者复位到设计位置而使索塔产生巨大的水平推力。有可能损毁桥梁。

4．悬索桥的索股架设位置和索股与索股之间位置可能出现偏差，如由于温度等因素影响导致基准索架设位置不准确，架设普通索股时上一根索股与下一根索股没有保持若即若离的状态，过高了或过低了，都可能导致成缆线形的偏差和受力不均匀。

5．散索套构造简单，但是安装复杂，架设中面以上索股时难度很大，需要借助钢丝绳拽拉，导致锚固区索力控制难度很大，常常无法确定具体的数值。

6．悬索桥在施工阶段，加劲梁之间是先上缘临时铰接、下缘张开，等到加劲梁全部吊装完毕，才将临时铰接变为钢接。在吊梁的某些阶段，颤振失稳的临界风速可能大大低于成桥状态的临界风速。

7．悬索桥的吊梁与鞍座顶推不是同时进行的。在吊梁时，塔顶鞍座与塔顶在水平方向临时约束，这样，随着吊梁的进行，塔顶与鞍座一起发生位移，塔根承受一定的弯矩，这样就可能会发生塔根应力超限的危险。为了不让塔根应力超限，吊梁到一定程度，就要释放塔根的弯矩一次。具体的做法是用千斤顶调整塔顶鞍座与塔顶之间的相互位置，使塔顶回到原来没有水平位移时的状态。

(二)悬索桥的施工预测系统

悬索桥的施工控制预测系统分为：施工前的控制和施工中的控制。

悬索桥施工前的工程控制：是指结构构件的无应力尺寸(主缆、吊杆的无应力长度、加劲梁的无应力三维尺寸)及鞍座、索夹等预偏量的计算。

悬索桥施工中的工程控制：悬索桥的施工按施工场地的不同，可分在工厂预制和在工地现场的浇筑、拼装、架设，即钢结构部分如鞍座、组成主缆的索股、索夹、吊杆、加劲梁段(对钢悬索桥)，是在工厂内按无应力尺寸下料预制，然后运到工地上拼装架设；而混凝土部分如锚碇、主塔、加劲梁(对混凝土悬索桥)、桥面等是在工地现场浇筑的。因此，可以把悬索桥施工中的工程控制再分为工厂预制时的精度控制和现场架设现场的安全、精度控制两部分。

工厂预制时，各构件制造精度可按规定的加工精度标准进行控制，容易得到保证。

架设现场的安全、精度控制的内容为：施工各阶段的结构几何形状和内力的计算及计算机模拟、误差量测、反馈到调整，塔顶鞍座的合理顶推、加劲梁段吊装刚接先后次序的合理选择等。

(三)悬索桥施工控制的主要工作

1．对主缆的施工控制主缆内各钢丝均匀受力的控制。主缆内各钢丝受力要均匀，这是其控制工作的一个原则要求，而对于本桥的预制索股法而言，更需注意：首先其锚头应是在同一索股进入鞍座槽路前，应将它稍微顶高，使它处于自由悬挂状态，量测其中点的矢高，进行调股，这样各股矢高调得相等，各股长度就会相等，各丝才能均匀受力。

2．调股的控制。只有将股缆主跨和边跨的矢度调到要求的位置，并使股缆两端位置固定，才能将其落入主鞍座。只有这样严格控制，才能使悬索桥进入恒载状态时，主鞍座的位置才会完全与设计位置相等。

3．架设中索股长度的控制。因为股缆一旦架落在主鞍座后，其支撑点的相对位置就不容许变动，所以主缆架设中应对其从锚到主鞍顶到另一岸主鞍顶、再从主鞍顶到锚的三段主缆长度不仅要精确定位，而且要严格控制。

4．其他控制量测。架设股缆施工中和调股中，均应在夜间温度均匀时，量测股缆矢高和两塔顶主鞍位置，并应以主鞍位置值校正矢高实测值。

5．对塔上主鞍座位置的控制。对塔上主鞍座位置的控制也很重要。因为要使成桥的主鞍座位于其设计位置，在主缆架设时，就应该让主鞍座的空间位置具有一个靠岸的偏移量。只有这样，在架设过程中，随着梁段增加，主缆拉力增大，主缆长度增加。主鞍座才会进入设计位置，成桥的恒载状态才会符合设计要求。

6．对梁段架设中的施工控制。加劲梁梁段的架设是北盘江大桥施工的关键环节。因此，在施工中应对梁段架设的方法和步骤作细致的计算和分析，并根据此架设计算作施工量测和控制。首先，架设计算的任务就是对加劲梁架设阶段的悬索桥进行结构分析，通过对不同架设方案的比较，选出并确定最合理的架设方案，以防止结构出现超限应力，为架设梁段提供依据。施工中，注意将实测值与设计计算值进行对比调整与控制。

(四)悬索桥施工控制的发展方向

未来悬索桥施工控制的研究方向首先是量测监控的自动化，引入先进的量测仪器，并直接把量测结果输入计算机处理；其次是要将现代控制理论、专家系统等的最新研究成果引入施工控制，并且开发施工控制的可视化软件。对悬索桥施工进行远程控制，从而使悬索桥的施工控制实现科学化、自动化和智能化，以适应于悬索桥的实际工程建设的发展需要。

三、结论

根据对悬索桥施工控制的研究现状的分析可知，悬索桥的施工控制对悬索桥的成功修建意义重大。但目前各种控制方法在理论上和实践上还存在缺陷，因此有必要对此问题进行更深入的研究。以上结合工程实际，列举了施工控制容易出现的一些细节问题，为悬索桥施工控制提供一些可借鉴的经验，保证工程顺利进行。