大跨度叠合梁斜拉桥非同步施工过程中上下游高差控制研究

秦建均

（四川公路桥梁建设集团有限公司，成都 610000）

1 工程概况

宜宾市盐坪坝长江大桥接线工程是临港经济开发区及翠屏区在城南进出城快速通道上的重要节点。南起于打营盘山隧道洞口前，于盐李路处设互通立交，后跨越丽雅大道、长江、临港滨江路，于北岸设天元路立交后，下穿规划依云路，穿过挂弓山止于规划临港大道互通立交，主线全长2.14 km。

盐坪坝长江大桥为主跨480 m的双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥，采用“江鱼”拱形混凝土桥塔，塔高182.9 m，桥跨布置（45+51+97+480+97+51+45）m，桥梁全长0.866 km（见图1）。跨中桥面宽度40 m，边跨桥宽最大约60 m，双向8车道，采用沥青混凝土桥面，配套建设人行梯道、交通工程、照明工程、景观工程等。

图1 盐坪坝长江大桥效果图

盐坪坝长江大桥边跨混凝土主梁和中跨为钢主梁与混凝土桥面板共同受力的叠合梁，中间用剪力钉将二者结合。中跨钢-混凝土组合梁工分41个节段。每个节段2道钢主梁、3道横梁、3道小纵梁、6道挑梁、18块预制桥面板、5道纵向湿接缝和3道横向湿接缝。节段长度为10.5 m（桥塔附近）、11.1 m（跨中附近）、7 m（跨中合龙段）。

2 跨中主梁上下游高差分析

2.1 叠合梁斜拉桥结构特点

叠合梁斜拉桥的主梁结构是采用剪力键将钢主梁和混凝土桥面板结合在一起，并共同参与受力。采用叠合梁结构形式，可以有效地减轻结构自重，发挥钢材抗拉性能和混凝土抗压性能的优势，增大桥梁结构的跨越能力。虽然叠合梁斜拉桥在我国发展不过30年，但数量却与日俱增，如2009年修建的香港昂船洲大桥[1]、2010年修建的湖北鄂东长江大桥[2]、2013年修建的江西九江长江二桥[3]、2018年修建的四川宜宾南溪仙源长江大桥[4]和在建的四川宜宾盐坪坝长江大桥等。

叠合梁的钢梁一般由上下游主纵梁、横梁和小纵梁组成（见图2）。为了减小悬臂拼装施工过程中的钢梁节段吊装重量，增加施工安全性，叠合梁斜拉桥的钢梁拼装多采用“散拼”施工，即将上下游主纵梁、横梁和小纵梁分开拼装[4]。如先用桥面吊机吊起上游钢纵梁，进行定位后将其与已成梁段焊接；然后吊机松钩，再起吊下游钢纵梁，进行定位焊接；最后，吊装横梁和小纵梁，与钢纵梁螺栓连接，形成空间受力框架[5]。盐坪坝大桥施工工序和周期见表1。

图2 叠合梁中钢梁组成

表1 盐坪坝大桥施工工序和周期

对于大跨度公路斜拉桥，其桥面宽度较大。在拼装过程中，由于上下游钢纵梁不是同时施工，对应的结构变形量不同。同时，由于桥面跨度大，横向柔度大，钢纵梁上下游高程会出现产生一定的偏差；如不及时控制和处理，会导致成桥桥面左右两侧出现高差，影响桥面排水和行车安全。

2.2 上下游高差原因分析

在不对称荷载和竖向变形作用下，会使得上下游主纵梁出现高差，综合分析钢梁的施工过程，其主要原因有以下几点。

2.2.1 上下游主纵梁非同步施工

在主纵梁拼装过程中，上下游主纵梁不是同步施工，吊机反力和梁段重量随着吊装过程在不断变化，会使得上下游主纵梁产生不同的变形量，造成了2个纵梁在高程上出现偏差[6]。

以四川省宜宾市盐坪坝长江大桥拼装17号钢主梁为例（见图3），简述拼装过程中产生的上下游高差。从图3中可以看出：在拼装第17号上游主纵梁时，其变形量为-15 mm；当拼装第17号下游主纵梁时，下游主纵梁的变形量为-23 mm，与上游变形量的差值为-10 mm。后续的施工过程中若无相关调整措施，这10 mm的上下游变形差值将一直存在，并且累积到成桥阶段。

图3 17号梁段拼装过程中产生的位移量（单位：mm）

2.2.2 斜拉索拉力上下游不对称

在拉索张拉施工过程中，由于张拉施工的误差，同一对斜拉索上下游的索力不同，会导致主纵梁上下游高差的出现[7]。特别是初张拉阶段，若斜拉索为钢绞线拉索，并使用单根张拉的方式，索力不易控制；同时，混凝土桥面板还未安装，只有钢主梁受力，其横向刚度小。因此，较小的不对称拉力，可能会产生较大的上下游高差。

以盐坪坝长江大桥不同拉索索力偏差为例，上下游初张索力相差100 kN时，主纵梁上下游变形量差值见表2，表中索号越大，斜拉索越靠近跨中，长度越长。可以看出，斜拉索越长，其产生的上下游变形量偏差会越大。

表2 上下游初张索力相差100 kN时主纵梁上下游变形量差值

2.2.3 桥面板和湿接缝重量的随机性

由于混凝土桥面板和湿接缝自身重量具有一定的随机性，作用在上下游主纵梁的混凝土重量不完全相同，使钢主梁的上下游变形量不相同，这会进一步增大上下游高差。混凝土重量对上下游变形量的影响与斜拉索的影响相似，梁段的悬臂长度越长，影响越大。

2.2.4 后续施工对已成梁段的影响

对于已成梁段，在后续梁段施工过程中的拉索拉力、桥面板和湿接缝重量依然存在偏差，这些偏差会对已成梁段的上下游高差产生影响，特别是与已成梁段相邻的3个梁段，其荷载偏差产生的影响较大。

3 跨中主梁上下游高差调整措施

在梁段施工过程中，对主纵梁上下游高程进行实时监控，如发现有较大高差，从以下几个方面进行调整。

3.1 调整拼装时主纵梁安装位置

由于上下游主纵梁非同步施工，会导致上下游变形量不同，因此，安装主梁时，应设置不同的梁段竖向预拱度，以抵消变形量产生的差异。从图3的计算结果来看，先安装梁段的向下变形量比后安装梁段的大，因此，在安装时可以增大先安装梁段向上的预拱度[8]。

3.2 调整拉索初张力

在钢梁拼装后，如发现上下游有较大高差，可在拉索初张阶段对拉索索力进行调整，通过上下游拉索的拉索不同，调整一部分上下游高差。每对拉索对上下游高差的调整能力与其产生高差的能力相似（见表1），拉索越长，其调整能力越大。

3.3 增加拉索张拉次数

若桥面板铺设完成后，主纵梁上下游有较大的高差，可通过增加1次拉索张拉来调整高差[9]。如主纵梁上游偏低，则张拉上游拉索，使上下游高差变小，但上下游索力相差不要超过5%。

4 结语

钢混叠合梁斜拉桥由于施工过程工序繁多，其线形的影响因素也较多，在施工过程中要严格控制。本文通过有限元软件的仿真模拟和施工过程中的实测监控，总结出影响上下游高差的因素主要有：主纵梁非同步吊装施工、斜拉索索力、混凝土湿重、后续梁段的施工。并提出有效的解决办法，在四川省宜宾市盐坪坝长江大桥的施工过程中也得到了有效的应用，希望能够为今后的大跨径斜拉桥监控和施工工作提供参考。