山區(qū)懸索橋施工控制中的若干問(wèn)題

肖軍良

摘要：文章結(jié)合實(shí)際工程，探討了山區(qū)懸索橋施工控制中經(jīng)常遇到的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，為同類橋梁施工控制提供一些經(jīng)驗(yàn)，保證工程進(jìn)度和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：山區(qū)懸索橋；懸索橋施工；施工控制

中圖分類號(hào)：U443

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)04-0039-02

一、概述

懸索橋適用于大跨度結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)由鋼纜、塔、加勁梁和吊索組成，下部結(jié)構(gòu)由支撐著塔的橋墩，錨固著鋼纜的錨碇組成，這種基本結(jié)構(gòu)形式是大跨度結(jié)構(gòu)最適當(dāng)?shù)男问?。懸索橋的跨越能力是所有橋型中最大的，在各種跨徑橋梁中，懸索橋也是適應(yīng)性最強(qiáng)的橋型。在1000米以上的跨度橋梁中是占主導(dǎo)地位的橋型，在500—1000米跨徑的橋梁中是主要選擇橋型，在300～500米跨徑的大型橋梁中也具有競(jìng)爭(zhēng)力。隨著社會(huì)的進(jìn)步和我國(guó)改革開放的發(fā)展，尤其是隨著“西部大開發(fā)”的戰(zhàn)略部署，近幾年國(guó)家投入了巨大資金來(lái)加快西部交通建設(shè)的發(fā)展，西部山區(qū)低等級(jí)公路已經(jīng)不再能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而山區(qū)高等級(jí)公路的建設(shè)將需要修建許多跨越深谷的橋梁。這種深谷往往有幾十米，甚至幾百米深，在這種情況下多采用懸索橋方案。如貴州關(guān)興公路北盤江大橋，為主跨388米的簡(jiǎn)支混凝土板梁懸索橋，主纜邊跨為103米，主纜矢跨比采用1／9。

懸索橋施工通常包括索塔施工、錨碇施工、貓道架設(shè)、索鞍安裝、主纜架設(shè)、整形索夾、吊索安裝、加勁梁吊裝、橋面系及防護(hù)施工等。所以，懸索橋不但要經(jīng)過(guò)一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的施工過(guò)程才能形成，而且其工序間順序性很強(qiáng)，并相互關(guān)聯(lián)，如何對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各工序下的控制參數(shù)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)、調(diào)整、控制，確保施工過(guò)程安全和成橋后的結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)盡可能符合理想狀態(tài)這一施工控制問(wèn)題是懸索橋成功建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。尤其是在采用散索套的山區(qū)懸索橋主纜架設(shè)中，現(xiàn)場(chǎng)溫度變化大，不確定因素引起的塔偏不穩(wěn)定的情況下，主纜架設(shè)位置的控制就顯得特別重要。

二、問(wèn)題及解決方法

(一)懸索橋施工階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題

1．懸索橋結(jié)構(gòu)幾何形狀對(duì)溫度變化非常敏感，溫度變化，將引起懸索橋結(jié)構(gòu)幾何形狀的較大改變。以廣東虎門大橋的施工過(guò)程為例，當(dāng)溫度降低20％、沒(méi)有溫度變化、溫度升高25℃三種工況下，加勁梁、主纜相對(duì)于全橋完成時(shí)(沒(méi)有溫度變化)引起懸索橋結(jié)構(gòu)幾何形狀的改變非?？捎^。

2．施工各階段消除誤差比較困難。在懸索橋的施工過(guò)程中，不但主纜一旦施工完畢，是無(wú)法調(diào)整其長(zhǎng)度的，而且吊桿的長(zhǎng)度無(wú)法像在斜拉橋施工中對(duì)斜拉索的重復(fù)張拉那樣進(jìn)行調(diào)整。懸索橋的吊桿長(zhǎng)度即使可以調(diào)整，也是通過(guò)墊片微幅調(diào)整。索股和吊桿的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度也必須準(zhǔn)確，過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短都可能使成橋橋面標(biāo)高難以滿足設(shè)計(jì)要求。

3．懸索橋的主索鞍、散索套預(yù)偏位置可能架設(shè)錯(cuò)誤，結(jié)構(gòu)成橋后主索鞍不能復(fù)位到設(shè)計(jì)位置，或者復(fù)位到設(shè)計(jì)位置而使索塔產(chǎn)生巨大的水平推力。有可能損毀橋梁。

4．懸索橋的索股架設(shè)位置和索股與索股之間位置可能出現(xiàn)偏差，如由于溫度等因素影響導(dǎo)致基準(zhǔn)索架設(shè)位置不準(zhǔn)確，架設(shè)普通索股時(shí)上一根索股與下一根索股沒(méi)有保持若即若離的狀態(tài)，過(guò)高了或過(guò)低了，都可能導(dǎo)致成纜線形的偏差和受力不均勻。

5．散索套構(gòu)造簡(jiǎn)單，但是安裝復(fù)雜，架設(shè)中面以上索股時(shí)難度很大，需要借助鋼絲繩拽拉，導(dǎo)致錨固區(qū)索力控制難度很大，常常無(wú)法確定具體的數(shù)值。

6．懸索橋在施工階段，加勁梁之間是先上緣臨時(shí)鉸接、下緣張開，等到加勁梁全部吊裝完畢，才將臨時(shí)鉸接變?yōu)殇摻印Ｔ诘趿旱哪承╇A段，顫振失穩(wěn)的臨界風(fēng)速可能大大低于成橋狀態(tài)的臨界風(fēng)速。

7．懸索橋的吊梁與鞍座頂推不是同時(shí)進(jìn)行的。在吊梁時(shí)，塔頂鞍座與塔頂在水平方向臨時(shí)約束，這樣，隨著吊梁的進(jìn)行，塔頂與鞍座一起發(fā)生位移，塔根承受一定的彎矩，這樣就可能會(huì)發(fā)生塔根應(yīng)力超限的危險(xiǎn)。為了不讓塔根應(yīng)力超限，吊梁到一定程度，就要釋放塔根的彎矩一次。具體的做法是用千斤頂調(diào)整塔頂鞍座與塔頂之間的相互位置，使塔頂回到原來(lái)沒(méi)有水平位移時(shí)的狀態(tài)。

(二)懸索橋的施工預(yù)測(cè)系統(tǒng)

懸索橋的施工控制預(yù)測(cè)系統(tǒng)分為：施工前的控制和施工中的控制。

懸索橋施工前的工程控制：是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的無(wú)應(yīng)力尺寸(主纜、吊桿的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度、加勁梁的無(wú)應(yīng)力三維尺寸)及鞍座、索夾等預(yù)偏量的計(jì)算。

懸索橋施工中的工程控制：懸索橋的施工按施工場(chǎng)地的不同，可分在工廠預(yù)制和在工地現(xiàn)場(chǎng)的澆筑、拼裝、架設(shè)，即鋼結(jié)構(gòu)部分如鞍座、組成主纜的索股、索夾、吊桿、加勁梁段(對(duì)鋼懸索橋)，是在工廠內(nèi)按無(wú)應(yīng)力尺寸下料預(yù)制，然后運(yùn)到工地上拼裝架設(shè)；而混凝土部分如錨碇、主塔、加勁梁(對(duì)混凝土懸索橋)、橋面等是在工地現(xiàn)場(chǎng)澆筑的。因此，可以把懸索橋施工中的工程控制再分為工廠預(yù)制時(shí)的精度控制和現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的安全、精度控制兩部分。

工廠預(yù)制時(shí)，各構(gòu)件制造精度可按規(guī)定的加工精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，容易得到保證。

架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的安全、精度控制的內(nèi)容為：施工各階段的結(jié)構(gòu)幾何形狀和內(nèi)力的計(jì)算及計(jì)算機(jī)模擬、誤差量測(cè)、反饋到調(diào)整，塔頂鞍座的合理頂推、加勁梁段吊裝剛接先后次序的合理選擇等。

(三)懸索橋施工控制的主要工作

1．對(duì)主纜的施工控制主纜內(nèi)各鋼絲均勻受力的控制。主纜內(nèi)各鋼絲受力要均勻，這是其控制工作的一個(gè)原則要求，而對(duì)于本橋的預(yù)制索股法而言，更需注意：首先其錨頭應(yīng)是在同一索股進(jìn)入鞍座槽路前，應(yīng)將它稍微頂高，使它處于自由懸掛狀態(tài)，量測(cè)其中點(diǎn)的矢高，進(jìn)行調(diào)股，這樣各股矢高調(diào)得相等，各股長(zhǎng)度就會(huì)相等，各絲才能均勻受力。

2．調(diào)股的控制。只有將股纜主跨和邊跨的矢度調(diào)到要求的位置，并使股纜兩端位置固定，才能將其落入主鞍座。只有這樣嚴(yán)格控制，才能使懸索橋進(jìn)入恒載狀態(tài)時(shí)，主鞍座的位置才會(huì)完全與設(shè)計(jì)位置相等。

3．架設(shè)中索股長(zhǎng)度的控制。因?yàn)楣衫|一旦架落在主鞍座后，其支撐點(diǎn)的相對(duì)位置就不容許變動(dòng)，所以主纜架設(shè)中應(yīng)對(duì)其從錨到主鞍頂?shù)搅硪话吨靼绊敗⒃購(gòu)闹靼绊數(shù)藉^的三段主纜長(zhǎng)度不僅要精確定位，而且要嚴(yán)格控制。

4．其他控制量測(cè)。架設(shè)股纜施工中和調(diào)股中，均應(yīng)在夜間溫度均勻時(shí)，量測(cè)股纜矢高和兩塔頂主鞍位置，并應(yīng)以主鞍位置值校正矢高實(shí)測(cè)值。

5．對(duì)塔上主鞍座位置的控制。對(duì)塔上主鞍座位置的控制也很重要。因?yàn)橐钩蓸虻闹靼白挥谄湓O(shè)計(jì)位置，在主纜架設(shè)時(shí)，就應(yīng)該讓主鞍座的空間位置具有一個(gè)靠岸的偏移量。只有這樣，在架設(shè)過(guò)程中，隨著梁段增加，主纜拉力增大，主纜長(zhǎng)度增加。主鞍座才會(huì)進(jìn)入設(shè)計(jì)位置，成橋的恒載狀態(tài)才會(huì)符合設(shè)計(jì)要求。

6．對(duì)梁段架設(shè)中的施工控制。加勁梁梁段的架設(shè)是北盤江大橋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在施工中應(yīng)對(duì)梁段架設(shè)的方法和步驟作細(xì)致的計(jì)算和分析，并根據(jù)此架設(shè)計(jì)算作施工量測(cè)和控制。首先，架設(shè)計(jì)算的任務(wù)就是對(duì)加勁梁架設(shè)階段的懸索橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)對(duì)不同架設(shè)方案的比較，選出并確定最合理的架設(shè)方案，以防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)超限應(yīng)力，為架設(shè)梁段提供依據(jù)。施工中，注意將實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比調(diào)整與控制。

(四)懸索橋施工控制的發(fā)展方向

未來(lái)懸索橋施工控制的研究方向首先是量測(cè)監(jiān)控的自動(dòng)化，引入先進(jìn)的量測(cè)儀器，并直接把量測(cè)結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)處理；其次是要將現(xiàn)代控制理論、專家系統(tǒng)等的最新研究成果引入施工控制，并且開發(fā)施工控制的可視化軟件。對(duì)懸索橋施工進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而使懸索橋的施工控制實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、自動(dòng)化和智能化，以適應(yīng)于懸索橋的實(shí)際工程建設(shè)的發(fā)展需要。

三、結(jié)論

根據(jù)對(duì)懸索橋施工控制的研究現(xiàn)狀的分析可知，懸索橋的施工控制對(duì)懸索橋的成功修建意義重大。但目前各種控制方法在理論上和實(shí)踐上還存在缺陷，因此有必要對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行更深入的研究。以上結(jié)合工程實(shí)際，列舉了施工控制容易出現(xiàn)的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，為懸索橋施工控制提供一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，保證工程順利進(jìn)行。