连续体系矮塔斜拉桥施工关键技术研究

摘要 为探索矮塔斜拉桥主桥架设的关键技术及施工质量的控制要点，文章以某公路桥梁为例，应用Midas Civil专用程序构建了连续体系矮塔斜拉桥的三维有限元模型，对施工荷载、桥梁整体刚度等进行了模拟分析；进而从临时固结体系施工、钢绞线斜拉索索力测量、主梁合龙等方面对其施工关键技术进行了分析研究。结果表明，连续体系矮塔斜拉桥的受力情况与普通斜拉桥不同；通过选择适用的临时固结方式和主梁合龙工艺，加强斜拉索索力的测试控制，可为此类桥型预留出足够的压应力储备，保证结构安全稳定。

关键词 连续体系；矮塔斜拉桥；施工技术；合龙；临时固结

中图分类号 U445 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）24-0055-03

0 引言

矮塔斜拉桥是介于连续刚构和斜拉桥之间的组合桥型，其主梁具有较大刚度，承荷能力强；拉索主要在改善主梁受力、增强跨越性能等方面起辅助作用。此类桥型兼具连续梁桥刚性和斜拉桥柔性，能较好弥补梁式结构和斜拉桥等在跨径方面的空白，结构受力更加合理稳定。在受力方面，连续体系矮塔斜拉桥与普通斜拉桥存在较大差异，施工工艺也应随之调整。基于此，该文依托公路桥梁的工程实际，对连续体系矮塔斜拉桥的关键施工技术进行了分析研究，以期为此类独特桥型的推广应用提供借鉴参考。

1 工程概况

某公路桥梁主桥为变截面预应力混凝土的双矮塔斜拉桥形式，跨径为（76+128+76）m。引桥采用预应力混凝土空心板梁结构。箱梁顶底宽度分别为22.6 m和14.6 m，翼缘设计宽度为4.0 m。主墩为花瓶形状，墩顶布设预应力束，主墩上下部及纵向宽分别为14.0 m、10.0 m、3.0 m。下部为钻孔灌注桩基础，1个主墩与12根灌注桩对应。为保证施工过程顺利进行及施工质量，应加强墩梁临时固结、拉索施工、主梁合龙等关键过程的控制。

2 连续体系矮塔斜拉桥结构受力分析

2.1 模型构建

应用Midas Civil专用程序进行连续体系矮塔斜拉桥的三维建模[1]。借助梁模型模拟主梁刚度和质量，吊杆及中间节点通过刚臂进行横向连接，形成主从结构。通过桁架单元模拟斜拉索，并通过初拉力赋值得到初始的几何刚度。通过空间梁单元进行桥墩、桥塔模拟。

连续体系矮塔斜拉桥的边界条件对结构动静力特性影响较大，故在建模期间应对主塔墩梁进行固结处理，通过调整墩梁节点的主从约束关系[2]，保证变形的协调性。通过主梁形心和斜拉索锚固点的连接，起到主梁与斜拉索锚固的作用。全桥有限元模型见图1所示：

2.2 计算工况

为进行不同主梁刚度下连续体系矮塔斜拉桥的受力分析，拟定出以下几种工况，并对不同工况的主梁弯矩、应力及跨中挠度等进行模拟分析。

工况1：0～13#截面梁高从3.7 m向1.9 m过渡；3#截面～边跨梁段梁高固定为1.9 m。

工况2：0～13#截面梁高从4.2 m向2.4 m过渡；3#截面～边跨梁段梁高固定为2.4 m。

工况3：0～13#截面梁高从4.7 m向2.9 m过渡；3#截面～边跨梁段梁高固定为2.9 m。

2.3 荷载分析

对于连续体系矮塔斜拉桥而言，塔与墩为承担主梁自重的关键结构，部分荷载由斜拉索承担。竖直向拉索分力之和与拉索承担的主梁自重大致相当。通过分析不同工况下的索力及主梁支反力，可为主梁及斜拉索作用的量化分析提供可靠依据。

不同工况下的主梁总重量、斜拉索竖向分力及主梁支反力的模拟结果见表1～3所示。据此可知，斜拉桥主梁刚度随主梁高度的增大而增加，而拉索所承担的荷载则呈递减趋势；工况3下的主梁刚度增幅较小，且刚度增至临界值后索力便趋于稳定。为保证分析结果准确可靠，必须同时考虑矮塔斜拉桥的主梁刚度和拉索轴向刚度[3]。

3 连续体系矮塔斜拉桥关键施工技术

3.1 临时固结施工

墩梁临时固结是连续梁体系悬臂挂篮对称施工的首要问题，通过该体系的布设，以抵抗施工误差等造成的不平衡力，确保悬臂施工过程的顺利进行。

根据桥梁结构、桥址处地质条件、施工便利性等进行临时固结形式的确定。该连续体系矮塔斜拉桥的箱梁底宽14.6 m，设计墩高为10.0 m。若在水中布设临时墩，则受汛期洪水影响大，为保证结构安全，必须增设额外的保护措施。若在桥墩上部设置三角托架，则面临高空作业和复杂的施工过程。为此，该斜拉桥选用预应力连接的临时固结型式[4]，只需要在水位较低时设置临时支架，进行0#块浇筑和临时锚固施工，综合效益最高。

以标准抗拉强度为930 MPa的精轧螺纹钢为临时锚固钢束，共2排，每排1根，预埋于桥墩并与0#块锚固。在箱梁和桥墩间增设长×宽×高为5.0 m×0.3 m×0.45 m

的临时锚固块，并使用标准抗压强度为32.4 MPa的砂浆混凝土。预应力连接的临时固结结构见图2所示：

3.2 钢绞线斜拉索索力测量

（1）索力测量方法。该矮塔斜拉桥主梁为混凝土箱梁结构，桥面较宽，无法布设平行钢丝成品拉索。为简化运输过程，减小索体直径，采用鞍座式钢绞线拉索。此类斜拉索钢绞线由环氧树脂全涂装，与分丝管式索鞍结构配合使用，可保证斜拉索的连续通过。平行钢绞线拉索防护体系与钢丝采用一体式，具有振动一致性特征，故按照振动频率法进行索力检测完全可行[5]。而该矮塔斜拉桥若采用鞍座式钢绞线拉索，拉索防护结构与钢绞线分离，采用常规方法检测索力时的护筒也处于振动状态，必然引起频率识别错误。

在此基础上，根据该斜拉桥施工阶段，分别采用压力传感器、油压表及预应力张力测试仪进行斜拉索的索力测量。其中，预应力张力测试仪检测精度达到95%以上，适用于黏结钢绞线拉索及预应力混凝土桥梁体内预应力钢束的张力检测。

（2）未张拉的斜拉索索力。斜拉索张拉阶段主要借助油压表进行索力量测与控制。考虑其无黏结钢绞线以单根方式张拉，张拉期间还应进行钢束张拉力变化趋势的规律分析，以确保钢束间索力均匀。同时，通过压力表读取钢束拉力，并借助传感器校核，确保钢束张力一致。

（3）已张拉的斜拉索索力。结合施工方案，斜拉索张拉早于防护套安装，故对于已张拉的斜拉索，通过振动频率法检测索力切实可行。但因钢绞线贴合并不紧密，测试效果受到一定影响。为此，借助预应力张力测试仪直接检测表层钢绞线索力，并将其测试结果与压力传感器结果进行比较，发现两者取值接近。

3.3 主梁合龙

3.3.1 主梁合龙次序

在先边跨合龙再中跨合龙的过程中，可对称布设2个施工工作面，故施工快速、工效高。但合龙施工受T构影响较大，边跨合龙会造成一端固结、另一端自由的局面，合龙束张拉期间还会因温度及临时固结等原因而引发次内力，以上问题可在成桥后通过顶推力调整截面内力而得到缓解。通过挂篮悬臂浇筑，取得较好的施工控制效果。

3.3.2 主梁合龙施工

通过合龙施工使主梁从双悬臂状态转变为连续梁状态，实现应力重分布。该矮塔斜拉桥利用挂篮底模平台和侧模展开合龙，通过劲性骨架焊接及临时钢束张拉对合龙口进行锁定，待合龙完成后再接触锁定。

合龙口锁定方案的确定在主梁合龙施工中较为关键。为加快施工进度，结合构造及受力特征采用内锁方式，即将型钢支撑预埋于箱梁顶底板及腹板内，连接悬臂段和合龙段；此后进行合龙段混凝土浇筑，标准养护至实际强度达到设计要求后进行预应力张拉，实现体系转换。考虑型钢结构具有较高的弹性模量，故在张拉过程中，预应力经由型钢向混凝土传递。由于传递过程中折减等原因，混凝土最终承受的压应力小于设计值，进而增大合龙段受拉区的开裂风险。按照此类方式进行合龙口锁定施工时，必须加强合龙段受拉区的监测控制。

4 施工过程监测控制

4.1 应力监测

在矮塔斜拉桥主梁的桥塔梁固结处、边跨1/4截面、中跨1/4截面、跨中截面分别设置截面进行应力监测。每个截面布置14个测点，主梁浇筑前将应力传感器布设在各测点处的主筋位置。主梁合龙部分施工阶段控制截面的应力测值见表4所示，表中拉应力为正、压应力为负。

由表4可以看出，中跨合龙段混凝土浇筑完成后各测点的应力值与理论值十分接近，各截面全部为受压状态，应力峰值均不超出±20 MPa的设计值，结构受力安全。

4.2 索力监测

斜拉桥索力是结构内力状态的直接体现，与桥梁线性控制和施工安全关系密切，也是斜拉桥施工控制的最主要手段。该斜拉桥全桥共设置80根斜拉索，在混凝土悬臂浇筑及预应力张拉、孔道灌浆结束后即进行拉索的索力监测。将穿心式压力传感器安装在6根关键斜拉索处监测索力；其余拉索索力则通过频率测试法进行监测。考虑施工误差可能造成索塔、主梁变形，进而影响斜拉索受力的均匀性，故在此阶段必须加强索力调整。

根据比较可知，拉索索力实测值与理论值偏差全部符合技术要求，拉索索力分布合理，从侧面验证了该文所构建的理论模型的适用性；穿心式压力环测值与张拉千斤顶游标测值基本吻合，索力监测结果可靠准确。

5 结论

综上所述，该连续体系矮塔斜拉桥因跨越河道，主墩建设于水中，采用预应力临时固结方式后使结构形式得以简化，避免受汛期洪水的影响，保证了结构安全。逐根张拉无黏结钢绞线拉索后，对施工设备的要求进一步降低，取得了较好的防护效果；通过安装压力传感器掌握特殊拉索的索力，运营期内斜拉索测试过程更加简捷。按照先边跨后中跨的流程合龙后，为合龙段混凝土预留出充足的压应力储备，保证了施工质量及结构安全。

参考文献

[1]曹志伟.矮塔斜拉桥斜拉索安装施工关键技术[J].建筑机械化， 2024（4）：48-51.

[2]盛维礼.矮塔斜拉桥拉索设计及施工关键技术研究[J].广东建材， 2024（2）：124-127.

[3]姜志刚，闻超.塔墩梁固结的矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析[J].交通科技， 2023（6）：30-37.

[4]刘松鑫，徐海宾，李磊.预应力混凝土矮塔斜拉桥敏感性参数分析[J].南阳理工学院学报， 2023（6）：85-89.

[5]蒲洁，李江，王天琪，等.斜拉桥索力张拉优化方法研究[J].交通科技， 2023（5）：57-61.