独塔四索面空间异型斜拉桥施工控制技术

谢 韶

（宜昌虹源检测有限公司 宜昌 443000）

1 工程概述

外滩大桥主桥为独塔四索面异型斜拉桥结构，索塔和主梁均为全钢结构，跨径布置自西向东为225 m＋82 m＋30 m，全长337 m。甬江中靠东侧浅滩处设一主墩，与索塔固结，边墩均在岸上。主跨不对称于整个江面，其中心与主航道中心对齐。全桥总体布置见图1。

图1 全桥总布置图

主梁采用分离式钢箱梁，通过横梁连为整体。索塔采用三角形斜塔结构，向江东侧倾斜，位于主梁中间。前塔柱从塔头分出两肢倾斜向下延伸，在桥面处与主梁固结，通过主梁后，竖直向下与主墩固结。水平杆连接前塔柱下端和后斜杆尾端。后斜杆与前塔柱相交于塔头，与边跨主梁间的横梁固结，将塔头强大的拉索拉力转化为边跨主梁轴向压力。后斜杆穿过横梁后，向下延伸与两水平杆固结。斜拉索在塔上锚固于前塔柱塔头部分，梁上锚固于内外两侧腹板。在主桥两侧还通过挑臂设置了3 m宽人行道。

外滩大桥的施工过程［1］：①钻孔灌注桩施工；②承台施工；③墩柱施工；④塔墩固结段施工，同步搭设支架、水平杆以及边跨钢梁、后锚点压重段钢结构拼装施工；⑤前塔柱采用“竖拼竖转法”施工，后斜杆采用整体吊装与前塔柱连接，形成封闭三角形受力体系；⑥安装并张拉边跨斜拉索；⑦主跨钢梁悬臂拼装，同步安装并张拉斜拉索，分次在后锚区段浇筑压重混凝土；⑧主跨无索区搭设支架拼装钢梁，与悬臂端钢梁合龙；张拉后锚点锚固吊杆；⑨桥面铺装及附属工程施工，调整斜拉索索力。

2 外滩大桥施工模拟计算

由于本桥属于异型斜拉桥，结构复杂，构造特殊，结合空间整体计算的目的和要求，对于主塔和主梁及横梁均采用空间梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟［2］。有限元模型见图2。

图2 外滩大桥有限元模型

通过对桥梁施工过程实施控制的数据进行计算和分析，对大桥施工监控相关技术资料的计算，校核施工监控文件，协助监控完成全桥的施工控制。大桥在施工过程中，结构受力状态和变形始终在安全范围内，成桥后索力、主梁线形、主塔线形等控制参数符合预先的期望，结构本身又处于良好的设计内力状态，确保成桥状态（包括成桥线形与成桥结构内力）符合设计要求［3］。同时，得出桥梁结构在各个施工工况中，以及成桥状态下的斜拉索索力、主梁主塔制造线形、主梁主塔应力等数据的理论值。

3 施工过程监测

3.1 主塔施工阶段

主塔施工阶段监测内容：①在前塔柱竖转前对前塔柱断面进行测试；②前塔柱竖转过程中，为了保证前塔柱竖转的安全，在竖转的过程中，前塔柱分阶段进行竖转，前塔柱竖转角度由0.12°逐渐变化为16°，测试其竖转过程中应力变化；③前塔柱竖转完毕后其竖转角度为17.5°，测试其竖转后应力结果；④前塔柱竖转完毕后，对后斜杆进行提升施工，后斜杆提升完毕后测试其应力结果；⑤后斜杆提升完成后，确定主塔测点坐标。

前塔柱竖转过程中各断面未出现拉应力，在竖转过程中断面的压应力逐渐变大，远远小于钢材允许应力值。在前塔柱竖转过程中，应力实测值与理论值变化趋势一致，实测值与理论值相比，最大差值为5.91 MPa，最小差值为1.96 MPa，考虑到构件应力水平较低，实测值与理论值有一定的差别。

后斜杆提升后，断面最大压应力为15.57 MPa，仍然小于钢材允许应力值，在前塔柱竖转及后斜杆提升过程中结构内力处于安全状态。

3.2 中跨主梁梁段施工阶段

外滩大桥主跨Z0，Z1梁段采用支架施工，Z2～Z12梁段利用桥面吊机进行悬臂拼装，同步安装并按照先边跨后中跨斜拉索的顺序实施张拉，分次在后锚区段浇筑压重混凝土；Z13，Z14和Z15梁段通过大型浮吊吊装组拼焊接；纵向顶推Z13～Z15梁段，与Z12实施合龙。分别测试各个梁段施工阶段的中跨主梁梁段应力数据以及主梁标高测点的标高结果，同时分别测试对应阶段的索力值。

3.3 合龙段施工阶段

中跨合龙前对所有应力测点，Z10～Z14梁段标高及Z11～Z9梁段索力进行测试。合龙段合龙后，测试主梁和主塔各应力测点的应力值及主梁标高测点值。

3.4 成桥施工阶段

成桥施工阶段，对外滩大桥部分斜拉索索力进行10 d的调索，调索前对所有应力测点主梁标高及所有索力进行测试。斜拉索调索完成后，对全桥索力、标高及应力进行通测。

通过施工阶段主梁实测应力数据得出钢主梁测点中最大压应力为－53.93 MPa，最大拉应力为47.29 MPa，主塔最大压应力为－128.38 MPa，最大拉应力为94.21 MPa。所测应力与理论值存在一定偏差，但均未超过规范规定值。从应力测量目的来看，为保证结构的安全，起到了安全预警的作用。

施工过程中标高的差值基本控制在3 c m以内，仅有少量超过3 c m，表明施工过程中以线形控制为主取得了较好的效果，调索完成后由于要适当兼顾索力，桥面标高与调索前相比略有改变，桥面标高线形总体上要高于理论线形，最大高差为8.3 c m。

从施工阶段数据可以看出，在悬臂施工过程中以线形控制为主，索力为辅，施工阶段的索力误差多数在5%左右以内，也有部分超过5%。个别索力超过5%。

4 成桥阶段的监测

4.1 主塔偏位

通过现场实际测量，实测主塔偏位为－12.2 c m，理论主塔偏位为－14.0 c m，实测值与理论值偏差为1.8 c m，基本满足要求。

4.2 主塔应力

对主塔所有应力进行了全桥通测，其中主塔TI～TI断面应力测试值见表1。由测试数据知，主塔应力均在允许范围内，符合要求。

表1 主塔TI～TI断面应力测试表 MPa

4.3 主梁线形

主桥恒载线形采用水准仪进行水准法测试，主要测试主梁的高程。主梁线形测点布置为：测点横向布置在左、右幅防撞护栏内侧，测试了左右幅主桥恒载线形。从测量结果可以看出，主桥恒载线形总体上较为光滑平顺。

通过高程的实测值和设计值对比，主梁线形与设计值吻合相对较好，但线形总体上要高于理论线形，最大高差为0.102 m。

4.4 主梁应力

对主梁所有应力进行了全桥通测，其中主梁1-1断面应力测试值见表2。由测试数据知，主梁应力均在允许范围内，符合要求。

表2 主梁1-1断面应力测试表 MPa

4.5 斜拉索索力

对主桥在二期恒载铺装完成后的斜拉索索力进行测试。恒载总索力与二恒铺装后理论恒载总索力的差值约为－2.3%，实测索力与理论值相比总体上略为偏小。下游侧总索力与上游侧总索力的比值为98.18%，下游侧与上游侧索力总体偏差不大，总体来看成桥索力控制较好。

通过对成桥阶段的全桥通测，可以得出：

（1）外滩大桥恒载线形共测量24个断面，测量结果表明，桥面线形平顺，与理论值比较接近；但线形总体上要高于理论线形，最大高差为0.102 m。

（2）恒载作用下，单根实测斜拉索索力与理论值吻合，斜拉索索力大部分偏差在5%之内，剩下小部分索力实测值相对偏差在5%～10%之间。上下游总索力与理论值的偏差也在2%左右，索力总体情况较好。

（3）所测应力与理论值存在一定偏差，但均未超过规范规定值。从应力测量目的来看，为保证结构的安全，起到了安全预警的作用。

5 结语

在外滩大桥主桥的施工控制过程中，通过施工模拟计算和分析，确定了主塔应力和线形、主梁应力和线形、斜拉索索力作为主要控制内容，确定了施工控制内容和方法，施工过程中监测工作的顺利进行，保证了全桥在各个施工阶段的各项控制内容都符合要求。同时在成桥阶段进行全桥通测，并与理论值相比偏差不大。因此，这种控制理论和方法在同类型桥梁工程中具有一定的可行性。

［1］ 张艳丽，陈良春，廖德川.宁波外滩大桥异型斜拉桥结构关键施工技术［J］.公路交通技术，2012（1）：75-78.

［2］ 郑平伟，陈金州，于德伟.独塔四索面空间异型斜拉桥的施工监控计算［J］.桥梁建设，2011（2）：66-70.

［3］ 李卫华，杨光武，岳 青，等.黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁斜拉桥施工监控［J］.桥梁建设，2013，43（7）：11-17.