泰州長江大橋上部結(jié)構(gòu)施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究

常大寶 國大慶

（1.中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司 武漢 430050；2.中鐵十九局集團 遼陽 111000）

1 工程概況

泰州長江大橋是目前國內(nèi)外首座km 級三塔懸索橋，主橋橋型方案為主跨2×1080 m，懸索橋橋跨布置為390m＋1080 m＋1080 m＋390 m（見圖1），主橋凈寬33m，2根主纜橫向間距為34.8m，吊索順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距為16m，加勁梁為扁平鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高3.5 m。為提高主纜與中主索鞍座間抗滑移安全系數(shù)、改善中塔受力、減小加勁梁縱向活載位移，中塔處共設(shè)置了4 對8根彈性索（每個加勁梁風(fēng)嘴內(nèi)的上下2 根為1對），彈性索一端固定在加勁梁，另一端固定在中塔［1］。

圖1 泰州長江公路大橋主橋半立面圖（單位：m）

2 上部結(jié)構(gòu)施工控制的關(guān)鍵

2.1 索鞍預(yù)偏

懸索橋主纜架設(shè)后及成橋狀態(tài)下，在恒載作用下，主塔應(yīng)處在零偏位平衡位置，即中跨、邊跨主纜張力在水平方向分量相等［2］。隨著索夾的安裝、吊桿和加勁梁的吊裝，中跨主纜所承受的荷載集度增加，使得中跨主纜張力增加，從而使塔柱向中跨水平偏位、塔身各截面彎矩增加。為保證主塔應(yīng)力不超限，必須采用適當(dāng)?shù)募m偏方式使塔頂復(fù)位［3］。泰州長江大橋采用了懸索橋常用的索塔糾偏方式，即在基準(zhǔn)索股架設(shè)前，將邊塔主索鞍向岸側(cè)設(shè)置一定預(yù)偏量，并將散索鞍向錨后預(yù)偏一定角度，在加勁梁吊裝過程中，及時地頂推主索鞍，使索塔恢復(fù)豎直狀態(tài)。索鞍預(yù)偏量的計算準(zhǔn)確性非常重要，它直接關(guān)系到成橋狀態(tài)下主塔的受力安全及主纜的線形。在邊塔設(shè)計時應(yīng)有充分考慮，若根據(jù)橋梁二期恒載完成后的線形計算的索鞍頂推量不能完全使索鞍復(fù)位時，應(yīng)采取調(diào)整索股錨跨張力或者采用索鞍不平衡頂推等措施予以調(diào)整，這時就要求邊塔能夠承受索鞍不在中心位置引起的偏心壓力和由此產(chǎn)生的彎矩。

2.2 索股架設(shè)

大跨徑懸索橋的主纜一旦形成，施工過程中不可能靠施工階段的跟蹤調(diào)整來實現(xiàn)設(shè)計的主纜線形，即無法對主纜線形進行調(diào)整。因此在架設(shè)每根主纜索股時，其垂度的調(diào)整精度至關(guān)重要，將直接影響主纜的結(jié)構(gòu)線形。

懸索橋設(shè)計時，總是先確定成橋時主纜各控制點（包括錨點、索鞍IP點等）的位置和中跨矢跨比等，因此，主纜線形計算只能從成橋狀態(tài)出發(fā)，而主纜的無應(yīng)力長度是聯(lián)系其成橋狀態(tài)與各施工狀態(tài)的重要參數(shù)，在各施工階段主纜節(jié)段的無應(yīng)力長度都應(yīng)保持不變［4］，在施工控制中，大跨懸索橋很難通過測量主纜索股的設(shè)計無應(yīng)力長度來控制施工。

泰州長江大橋是通過將主纜索股中點固定在中塔主索鞍IP點處，控制設(shè)計空纜狀態(tài)下主纜索股跨中的標(biāo)高再依次將主纜在邊塔主索鞍IP點及散索鞍IP 點處固定，最后將索股在錨碇處錨固，并張拉至設(shè)計錨跨張力。施工過程中，應(yīng)特別注意主纜索股跨中標(biāo)高測量時要充分考慮中塔偏位及扭轉(zhuǎn)對索股的影響。中塔和邊塔的平衡力系不同，中塔的平衡依靠2主跨受力對稱來防止偏位，以及通過上下游受力均衡來防止塔身扭轉(zhuǎn)。所以，主纜架設(shè)時應(yīng)做到上下游對稱施工，南北主跨施工荷載（貓道影響）對稱，使中塔受力平衡，保持直立狀態(tài)。

2.3 索夾定位

懸索橋的橋梁荷載是通過吊索、索夾傳遞到主纜的，索夾的位置就是主纜的受力點，所以索夾的施工放樣在懸索橋施工中是相當(dāng)重要的一環(huán)。索夾的位置準(zhǔn)確與否，將關(guān)系到結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，索夾位置不準(zhǔn)確將直接導(dǎo)致吊索兩端（索夾端、梁吊耳端）不在一豎直面內(nèi)，導(dǎo)致懸索橋線形不滿足要求。因此在施工過程中必須精確測量放樣索夾位置，以確保索夾最大限度地接近設(shè)計位置。

索夾的放樣要以正確的計算位置為基礎(chǔ)，正確的計算位置要以實際施工情況測出的主纜線形、主散索鞍間的實際里程及跨徑為初始數(shù)據(jù)。

泰州長江大橋在索夾放樣之前進行了換算計算，為測量放樣準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，其主要包括3 部分內(nèi)容：①吊索中心線與主纜的中心線交點在空纜狀態(tài)下的坐標(biāo)計算；②吊索中心線與主纜的天頂線交點的坐標(biāo)計算；③該天頂線交點到索夾兩端的距離。

對于吊索中心線與主纜的中心線交點在空纜狀態(tài)下的坐標(biāo)，需根據(jù)實測的主纜空纜線形計算得出。天頂線交點到索夾兩端的距離，不同位置的索夾其數(shù)值不同，且同型號的索夾其數(shù)值也有差別，見圖2。

圖2 索夾位置參數(shù)

圖中：L1＝A－R×tanα L2＝B＋R×tanα式中：A，B 為2吊索中心線與主纜軸線交點到索夾兩端的距離（同一索夾A，B 為常數(shù)）；α 為空纜狀態(tài)下索夾位置的水平傾角；R 為空纜截面半徑；L1，L2為2吊索中心線與主纜天頂線交點到索夾兩端的距離。

索夾放樣時，首先放出天頂線，而天頂線隨溫度的變化而變化，故索夾放樣應(yīng)選擇夜間氣溫相對穩(wěn)定的時段進行。通過對主纜的溫度進行晝夜觀測，找出溫度變化相對穩(wěn)定的時段，放樣時間就選擇在這一時段。另外，索夾中心里程是根據(jù)特定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)計算出來的，在實際操作時，結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與計算采用的狀態(tài)存在一定誤差，因此在放樣時，必須進行修正。

首先對放樣的跨徑進行測量得到一個數(shù)值L測，再利用計算所采用的跨徑L計就得到一個近似修正系數(shù)n：

其中：S計為計算的里程值；S修為修正后的里程值。

2.4 鋼箱梁吊裝

三塔懸索橋與兩塔懸索橋在鋼箱梁吊裝工藝方面并無差別，主要差別在于：

（1）三塔懸索橋的中塔，其平衡主要是受兩主跨荷載的對稱來保持的，并不像邊塔在邊跨側(cè)有強大的后盾——錨碇，所以在鋼箱梁吊裝中，使中塔受力平衡、變形不超限是控制的關(guān)鍵。

（2）三塔兩跨懸索橋較兩塔懸索橋多了一個主跨，合龍段也相應(yīng)增加，如何合理制定合龍段吊裝方案是施工控制的關(guān)鍵。

泰州長江大橋為三塔兩跨懸索橋結(jié)構(gòu)，相對中塔南北完全對稱（除中塔特殊梁段外）。在鋼箱梁吊裝過程中為保證橋塔穩(wěn)定性及其應(yīng)力不超限，必須采用適當(dāng)?shù)募m偏方式使塔頂復(fù)位，本橋南、北索塔的糾偏方式是在基準(zhǔn)索股架設(shè)前，將邊主索鞍向岸側(cè)設(shè)置一定預(yù)偏量，并將散索鞍向錨后預(yù)偏一定角度，在鋼箱梁吊裝過程中，及時地頂推邊主索鞍，使索塔恢復(fù)豎直狀態(tài)。由于主纜在中塔主索鞍內(nèi)不能自由移動，且中塔主索鞍已固定，為使鋼箱梁的吊裝給中塔帶來的影響最小，本橋采用南北兩主跨鋼箱梁同步對稱吊裝施工，最大限度地減少中塔的偏載。

泰州長江大橋共有4 個合龍段，分別位于3號吊索對應(yīng)的S4，N4鋼箱梁和61號吊索對應(yīng)的S62，N62鋼箱梁（鋼箱梁梁段布置見圖3），均采用牽引預(yù)偏措施施工。順利完成鋼箱梁合龍吊裝的關(guān)鍵是有足夠的吊裝合龍空間，本橋采用牽引預(yù)偏措施增加鋼箱梁合龍的吊裝空間，影響合龍空間的主要因素有：溫度、牽引力。經(jīng)采用有限元軟件建立模型分析各種條件下牽引力及溫度對合龍空間的影響，對多方案進行比選，最終采用先合龍邊塔附近的S62號鋼箱梁及N62號鋼箱梁再合龍中塔附近的S4號鋼箱梁及N4號鋼箱梁的方案，S62號鋼箱梁及N62號鋼箱梁的合龍容易完成，該方案的控制性工程為最后合龍的S4號鋼箱梁或N4號鋼箱梁段。建立有限元模型分析計算，假定合龍空間需要0.25m，分別考慮升溫20 ℃和降溫10℃，即10～40℃這一區(qū)間范圍內(nèi)，不同溫度下所需的牽引力情況，考慮摩擦、誤差及未計荷載的影響，實際需牽引力或者頂推力可能要比計算值增大20%左右。經(jīng)計算，當(dāng)溫度為25 ℃，并考慮20%增量時所需的牽引力約為3 000kN。

圖3 泰州長江大橋鋼箱梁梁段布置圖（單位：m）

2.5 二期恒載

三塔兩跨懸索橋鋼箱梁吊裝、焊接完成后應(yīng)進行精確測量，由測得的實際橋面線形計算出二期恒載（橋面鋪裝、附屬構(gòu)造物等）施加后的橋面線形，見圖4，并考慮邊主索鞍頂推復(fù)位對后實際成橋線形與設(shè)計成橋線形的誤差是否在允許范圍內(nèi)，如果不能滿足要求，可考慮微調(diào)鋪裝層的配料或結(jié)構(gòu)層厚度等措施，使鋪裝層的重量有變化，從而調(diào)整成橋線形與設(shè)計相符，二期恒載在大跨度懸索橋中對成橋線形的影響是很顯著的。

圖4 泰州長江大橋鋼箱梁焊接完成后橋面線形圖（單位：m）

2.6 中塔縱向彈性索張拉

梁塔之間設(shè)置縱向彈性索是為了避免梁體隨橋塔過度縱飄的另一措施，即設(shè)置由鋼絞線組成的彈性拉索，一端固定在橋塔上，另一端固定在加勁梁上，這種聯(lián)結(jié)構(gòu)造多用于大跨度斜拉橋中。泰州大橋在中塔處共設(shè)置了4對8根彈性索（每個加勁梁風(fēng)嘴內(nèi)的上下2根為1對），是世界懸索橋領(lǐng)域的首次嘗試。針對泰州長江大橋，設(shè)計者分別研究了梁塔之間縱向不約束、彈性索約束、剛性擋塊約束3種情況，結(jié)果表明：加勁梁與中塔間設(shè)縱向約束，可以顯著提高中塔鞍座抗滑系數(shù)，減小加勁梁活載豎向撓度和縱向位移，改善中塔受力；與剛性約束相比，彈性約束對結(jié)構(gòu)的有利效應(yīng)相當(dāng)，并且在構(gòu)造上相對簡單，所以最終設(shè)置縱向彈性索。進一步的研究表明：縱向彈性索的剛度變化對整體結(jié)構(gòu)的靜力性能影響不大，可由抗震要求確定其長度和面積；縱向彈性索的受拉加載區(qū)較長（距邊塔852m 范圍內(nèi)加載，其他區(qū)域卸載），且影響數(shù)值較卸載的大很多，但仍有完全卸載的可能。

中塔縱向彈性索在施工中張拉應(yīng)在鋼箱梁縱向中心線與中塔縱向中心線自然重合時，根據(jù)實際施工情況可以選擇在鋼箱梁焊接完成、橋面鋪裝完成、橋面附屬設(shè)施全部完成3個時間段張拉。如果在鋼箱梁焊接完成后沒有張拉，亦應(yīng)該將彈性索安裝就位，在鋼箱梁縱向位移過大時可以起到部分約束的作用，防止在橋面鋪裝施工過程中2主跨荷載不對稱造成鋼箱梁縱向位移過大而引起破壞。在中塔縱向彈性索張拉前與張拉后，重型施工車輛行走時可以很明顯地感受到橋梁的穩(wěn)定性有很大改善，根據(jù)成橋后的橋梁動靜載檢測表明，泰州長江大橋的整體穩(wěn)定性滿足要求。

3 結(jié)語

大跨度多塔連跨懸索橋是橋梁兼顧超大和超長的最佳途徑，是橋梁結(jié)構(gòu)由量變到質(zhì)變的創(chuàng)新形式。泰州長江公路大橋的順利建成將成為世界現(xiàn)代大跨度多塔連跨懸索橋的首創(chuàng)［5］，它的成功會為后續(xù)同類橋型施工提供指導(dǎo)。

［1］韓大章，萬田保，羅喜恒.泰州長江公路大橋三塔懸索橋結(jié)構(gòu)行為研究［R］.南京：泰州長江公路大橋設(shè)計項目組，2006.

［2］向中富.橋梁施工控制技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］周孟波.懸索橋手冊［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［4］羅喜恒，懸索橋主纜線形的鞍座影響［J］.公路交通科技，2005（8）：36－40.

［5］張勁泉，曲兆樂，宋建永，等.多塔連跨懸索橋綜述［J］.公路交通科技，2011（9）：30－45.