某大坡度主缆悬索桥施工方法及监测

叶雨山，孙茂官，赵笑鹏

(1.中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000；2.郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001)

某大坡度主缆悬索桥施工方法及监测

叶雨山1，孙茂官1，赵笑鹏2

(1.中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000；2.郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450001)

某三塔四跨地锚式悬索桥主缆坡度较大，理论垂跨比为1∶5，采用优化的自锚式悬索桥“先梁后缆”施工方案，主梁与主缆同时施工，然后进行张拉调索体系转换。施工监测和控制实践表明：采用该工法施工可以有效地解决跨缆吊机爬坡困难等问题，降低施工成本；主梁和主缆同时施工，加快进度、节省工期。

悬索桥；地锚式；自锚式；大坡度主缆；施工方法；监测分析

Abstract：The main cable of a three-tower four-span ground-anchored suspension bridge has a large slope and a theoretical vertical-span ratio of 1∶5, and the construction scheme of the optimized self-anchored suspension bridge is adopted, the main girder and the main cable are simultaneously constructed, then the tensioning cable system is converted. Construction monitoring and control shows that this method can effectively solve the problems such as climbing difficulty and reduce the construction cost, and the construction of main girder and main cable at the same time can speed up progress.

Keywords：suspension bridge; ground anchor; self-anchored; large main cable slope; construction scheme; monitoring analysis

1 工程概况

悬索桥具有受力性能好、跨越能力强、造型美观等特点。随着我国经济的发展，越来越多的悬索桥应用于城市景观桥梁建设中，其中地锚式悬索桥的应用最为广泛[1-3]。当悬索桥作为城市景观桥梁时，其主塔往往较高，主缆坡度较大，这给施工造成了很大的困难，增加了工程的总体造价。

某三塔四跨地锚式悬索桥，大桥孔径布置为64+136+136+64=400 m，如图1所示。主梁为全焊钢箱梁结构，箱梁顶宽45 m，中线处梁高2 m；中塔下塔柱高14.031 m，上塔柱高34.3 m。大桥主跨理论垂度为27.2 m，其理论垂跨比为1:5，边跨主缆理论垂度为6.319 m，理论跨度为66.5 m，理论垂跨比为1:10.52。大桥桥面总宽度为45 m，是整个道路全线贯通的控制性工程，建成后将是当地的地标性建筑。

本项目大桥垂跨比取值远大于通常取值(1/12～1/9)，按照传统地锚式悬索桥施工，采用跨缆吊机施工爬坡困难，投资大、效率低。因此，本项目大桥根据场地情况因地制宜，采用优化的自锚式悬索桥“先梁后缆”施工方案，在主梁下搭设支架主梁与主缆同时施工，然后进行张拉调索体系转换。在悬索桥张拉调索过程中，对施工各状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行结构设计参数识别与调整；对成桥状态进行预测与反馈控制分析；对结构线形和内力(应力)进行监测，防止施工中出现过大位移和应力，确保施工朝预定目标进行。

图1 某大桥桥型布置图

2 悬索桥施工方式

2.1地锚式悬索桥施工方式

传统地锚式悬索桥施工方法是先进行主缆、吊索等的安装，然后使用跨缆吊机吊装钢箱梁，跨缆吊机支撑和行走的轨道是两根主缆，在主缆上进行钢箱梁的吊装，最后在空中进行钢箱梁节段间的焊接，即“先缆后梁”的施工顺序[4]，如图2所示。

图2地锚式悬索桥施工方式图3自锚式悬索桥施工方式

2.2自锚式悬索桥施工方式

自锚式悬索桥的结构特征决定了其施工顺序为“先梁后缆”[5-7]。先进行钢箱梁的施工，在桥下设置临时支架，把钢箱梁节段放置在临时支架上进行焊接组装；主缆架设之前，钢箱梁形成由主墩和临时支架共同支承的多跨连续梁体系；然后进行主缆架设，主缆架设完成后，通过逐步张拉安装吊索实现体系转换，即钢箱梁的荷载完成由临时支架支撑向主缆悬吊的体系转换；最后，进行桥面铺装等恒载的施工，如图3所示。

2.3缆-梁同步施工法

由于本项目大桥索塔高度较高、主缆坡度较大，按照传统地锚式悬索桥采用的吊装方案，跨缆吊机投资太大，而且必须待主缆完成之后才能开始吊装，大大降低了施工效率和进度。因此，本项目大桥采用优化的自锚式悬索桥的“先梁后缆”张拉调索的施工方案，在主梁下搭设支架，实现主梁与主缆同时施工。具体步骤为：首先架设主缆，在主缆施工的同时在梁下位置做支架，钢箱梁分节段在支架上焊接组装，在钢箱梁和主缆同步完成之后，进行张拉调索，如图4所示。

图4 梁-缆同步悬索桥施工方式

受张拉千斤顶吨位、吊索承载力、张拉杆及接长杆承载力、塔柱及主梁截面应力等因素的影响，大部分吊索需要多次张拉，才能最终完成体系转换。经过详细计算，控制施工过程中结构受力不超过规范要求，且保证有足够的安全系数，制定三批次张拉方案：(1)安装1、2、20号吊索，第一次顶推17.7 cm(顶推力101 kN)；(2)依次交替安装3～6、19～16、21～24号吊索，第二次顶推2 cm(顶推力183 kN)；(3)依次交替安装7～9、11、15～12、25～28号吊索，第三次顶推4.5 cm(顶推力499 kN)；(4)最后安装10、29、30号吊索。

3 施工监测成果及分析

3.1空缆线形结果分析

一般索股的架设受工人操作技术熟练程度和机械协作的影响较大，紧缆之后的空缆线形往往与设计不符，要使成桥结构与设计内力保持一致[8-9]，需要调整吊索下料长度。

在紧缆之后选择夜间温度稳定的时段进行主缆线形测量，测量主要吊索节点的上表皮高程，并与设计值作比较，如表1和图5所示。

表1 空缆线形测量比较表 m

图5 空缆线形实测与设计值比较

通过监测数据发现，空缆线形实测值与设计值有较大偏差。分析认为，一般索股的架设过程没有很好的遵循“若即若离”原则，造成一般索股普遍偏高，内部钢丝分布不均匀，造成空缆普遍偏高且部分区域有扭曲现象，线形无规律。因主缆线形已无法调整，需根据主缆高程测量结果调整吊索下料长度。

3.2主缆索力监测成果与分析

在主缆两端选择编号为13#的索股，南北两侧共安装4个锚索计。在张拉过程中，通过锚索计可以精确读出主缆索股内力，如图6所示。

图6 主缆索力实测值和设计值对比

通过实测数据可以看出，在施工前期，主缆实测索力与设计索力有较大偏差，但是索力绝对值较小，可以忽略不计。一期索力调整状态(cs21)的0#台左侧索力偏差较大，主缆内力明显偏小，与理论计算值偏差46.19%。在成桥阶段(cs22)，索力实测值与理论值的偏差逐渐减小，北侧主缆内力小于南侧，与理论计算值偏差在10%以内，满足设计要求。

3.3吊索索力监测成果与分析

在体系转换完成之后开始第二次桥面铺装，之后进行主缆缠丝和防腐涂装等附属工作。主缆附属结构施工之后，从受力情况和施工进度来讲都不宜再进行索力调整。因此，将沥青铺装之后状态认为是成桥状态，进行全桥吊索索力监测并进行最终索力调节。限于篇幅，仅列出吊索索力偏差超出20%部分和其调整后的索力，如表2和表3所示。其中有6根吊索索力值与设计值偏差超出20%，对这6根吊索调整后测量其索力数据，最终满足设计要求。

表2 一期完成后索力及理论值比较

表3 成桥后调整吊索索力表

3.4钢箱梁线形结果分析

在进行最终索力调节的同时，进行钢箱梁线形的监测，结果如图7所示。测量时温度20℃，可认为处于基准温度下。监测结果表明，钢箱梁高程与设计高程误差最大不超过3.5 cm，线形基本平顺，满足设计要求。

图7 钢箱梁线形监测结果与设计结果对比

3.5钢箱梁应力监测成果与分析

钢箱梁应力截面编号沿桩号方向从0#台起至4#台编为1～12号。分别在张拉体系转换之前、第一批次张拉、第二批次张拉、第三批次张拉以及成桥状态下对钢箱梁应力进行监测。整理截面的应力极值，与设计值对比，限于篇幅仅选择成桥阶段钢箱梁应力对比，如图8所示。

图8 成桥阶段各钢箱梁截面应力实测与设计值对比

在整个施工过程中，钢箱梁最大拉应力29 MPa，最大压应力30 MPa，钢箱梁拉压应力未超出规范要求，无应力突变现象，施工过程安全；钢箱梁应力实测值与设计值的差异比混凝土索塔要大，主要因为钢结构箱梁受温度和施工荷载影响大。

4 结论

(1)本项目大桥的施工监测和控制实践表明，对索塔高度较高、主缆坡度较大的地锚式悬索桥，可以采用自锚式悬索桥体系转换施工方法。

(2)采用体系转换的施工方法可以有效地解决跨缆吊机爬坡困难等问题，降低施工成本；主梁和主缆同时施工，加快进度、节省工期。

[1] 黄祖华. 某地锚式悬索桥施工监控研究[J]. 水利与建筑工程学报,2016(5):193-197.

[2] 王立峰,孙勇,李曼曼,等. 自锚式悬索桥初始平衡状态分析[J]. 中外公路,2010(6):104-106.

[3] 李传习. 现代悬索桥静力非线性理论与实践[M]. 北京：人民交通出版社, 2014.

[4] 裴宾嘉,王忠海,雍翔,等. 西藏通麦空间缆地锚式悬索桥主缆和钢桁梁施工技术[J]. 中外公路,2016(2):165-168.

[5] 胡建华. 现代自锚式悬索桥理论与应用[M]. 北京：人民交通出版社, 2008.

[6] 唐贺强,王旋,胡佳安. 福州鼓山大桥施工监控[J]. 桥梁建设,2010(5):74-77.

[7] 王同民. 桃花峪黄河大桥主桥工程上部结构施工关键技术[J]. 施工技术, 2012(3): 73-77.

[8] 路韡, 刘文齐. 湟水河自锚式悬索桥缆索系统施工技术[J]. 施工技术, 2015, 44(11):52-55.

[9] 张喜胜. 自锚式悬索桥悬索的安装施工技术[J]. 铁道建筑, 2004(4):3-5.

Constructionmethodandmonitoringofamaincablesuspensionbridgewithlargeslope

YE Yu-shan1, SUN Mao-guan1, ZHAO Xiao-peng2

(1.ChinaConstructionSeventhEngineeringDivisionCo.Ltd.,Zhengzhou450000,China；2.SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou45000,China)

2017-05-28

郑州市第三批科技领军人才计划项目(112PLJRC353)

叶雨山(1974—)，男，河南信阳人，高级工程师。

1674-7046(2017)04-0054-06

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.04.010

U445.4

A