大跨度疊合梁斜拉橋非同步施工過程中上下游高差控制研究

秦建均

（四川公路橋梁建設集團有限公司，成都 610000）

1 工程概況

宜賓市鹽坪壩長江大橋接線工程是臨港經濟開發區及翠屏區在城南進出城快速通道上的重要節點。南起于打營盤山隧道洞口前，于鹽李路處設互通立交，后跨越麗雅大道、長江、臨港濱江路，于北岸設天元路立交后，下穿規劃依云路，穿過掛弓山止于規劃臨港大道互通立交，主線全長2.14 km。

鹽坪壩長江大橋為主跨480 m的雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，采用“江魚”拱形混凝土橋塔，塔高182.9 m，橋跨布置（45+51+97+480+97+51+45）m，橋梁全長0.866 km（見圖1）。跨中橋面寬度40 m，邊跨橋寬最大約60 m，雙向8車道，采用瀝青混凝土橋面，配套建設人行梯道、交通工程、照明工程、景觀工程等。

圖1 鹽坪壩長江大橋效果圖

鹽坪壩長江大橋邊跨混凝土主梁和中跨為鋼主梁與混凝土橋面板共同受力的疊合梁，中間用剪力釘將二者結合。中跨鋼-混凝土組合梁工分41個節段。每個節段2道鋼主梁、3道橫梁、3道小縱梁、6道挑梁、18塊預制橋面板、5道縱向濕接縫和3道橫向濕接縫。節段長度為10.5 m（橋塔附近）、11.1 m（跨中附近）、7 m（跨中合龍段）。

2 跨中主梁上下游高差分析

2.1 疊合梁斜拉橋結構特點

疊合梁斜拉橋的主梁結構是采用剪力鍵將鋼主梁和混凝土橋面板結合在一起，并共同參與受力。采用疊合梁結構形式，可以有效地減輕結構自重，發揮鋼材抗拉性能和混凝土抗壓性能的優勢，增大橋梁結構的跨越能力。雖然疊合梁斜拉橋在我國發展不過30年，但數量卻與日俱增，如2009年修建的香港昂船洲大橋[1]、2010年修建的湖北鄂東長江大橋[2]、2013年修建的江西九江長江二橋[3]、2018年修建的四川宜賓南溪仙源長江大橋[4]和在建的四川宜賓鹽坪壩長江大橋等。

疊合梁的鋼梁一般由上下游主縱梁、橫梁和小縱梁組成（見圖2）。為了減小懸臂拼裝施工過程中的鋼梁節段吊裝重量，增加施工安全性，疊合梁斜拉橋的鋼梁拼裝多采用“散拼”施工，即將上下游主縱梁、橫梁和小縱梁分開拼裝[4]。如先用橋面吊機吊起上游鋼縱梁，進行定位后將其與已成梁段焊接；然后吊機松鉤，再起吊下游鋼縱梁，進行定位焊接；最后，吊裝橫梁和小縱梁，與鋼縱梁螺栓連接，形成空間受力框架[5]。鹽坪壩大橋施工工序和周期見表1。

圖2 疊合梁中鋼梁組成

表1 鹽坪壩大橋施工工序和周期

對于大跨度公路斜拉橋，其橋面寬度較大。在拼裝過程中，由于上下游鋼縱梁不是同時施工，對應的結構變形量不同。同時，由于橋面跨度大，橫向柔度大，鋼縱梁上下游高程會出現產生一定的偏差；如不及時控制和處理，會導致成橋橋面左右兩側出現高差，影響橋面排水和行車安全。

2.2 上下游高差原因分析

在不對稱荷載和豎向變形作用下，會使得上下游主縱梁出現高差，綜合分析鋼梁的施工過程，其主要原因有以下幾點。

2.2.1 上下游主縱梁非同步施工

在主縱梁拼裝過程中，上下游主縱梁不是同步施工，吊機反力和梁段重量隨著吊裝過程在不斷變化，會使得上下游主縱梁產生不同的變形量，造成了2個縱梁在高程上出現偏差[6]。

以四川省宜賓市鹽坪壩長江大橋拼裝17號鋼主梁為例（見圖3），簡述拼裝過程中產生的上下游高差。從圖3中可以看出：在拼裝第17號上游主縱梁時，其變形量為-15 mm；當拼裝第17號下游主縱梁時，下游主縱梁的變形量為-23 mm，與上游變形量的差值為-10 mm。后續的施工過程中若無相關調整措施，這10 mm的上下游變形差值將一直存在，并且累積到成橋階段。

圖3 17號梁段拼裝過程中產生的位移量（單位：mm）

2.2.2 斜拉索拉力上下游不對稱

在拉索張拉施工過程中，由于張拉施工的誤差，同一對斜拉索上下游的索力不同，會導致主縱梁上下游高差的出現[7]。特別是初張拉階段，若斜拉索為鋼絞線拉索，并使用單根張拉的方式，索力不易控制；同時，混凝土橋面板還未安裝，只有鋼主梁受力，其橫向剛度小。因此，較小的不對稱拉力，可能會產生較大的上下游高差。

以鹽坪壩長江大橋不同拉索索力偏差為例，上下游初張索力相差100 kN時，主縱梁上下游變形量差值見表2，表中索號越大，斜拉索越靠近跨中，長度越長。可以看出，斜拉索越長，其產生的上下游變形量偏差會越大。

表2 上下游初張索力相差100 kN時主縱梁上下游變形量差值

2.2.3 橋面板和濕接縫重量的隨機性

由于混凝土橋面板和濕接縫自身重量具有一定的隨機性，作用在上下游主縱梁的混凝土重量不完全相同，使鋼主梁的上下游變形量不相同，這會進一步增大上下游高差。混凝土重量對上下游變形量的影響與斜拉索的影響相似，梁段的懸臂長度越長，影響越大。

2.2.4 后續施工對已成梁段的影響

對于已成梁段，在后續梁段施工過程中的拉索拉力、橋面板和濕接縫重量依然存在偏差，這些偏差會對已成梁段的上下游高差產生影響，特別是與已成梁段相鄰的3個梁段，其荷載偏差產生的影響較大。

3 跨中主梁上下游高差調整措施

在梁段施工過程中，對主縱梁上下游高程進行實時監控，如發現有較大高差，從以下幾個方面進行調整。

3.1 調整拼裝時主縱梁安裝位置

由于上下游主縱梁非同步施工，會導致上下游變形量不同，因此，安裝主梁時，應設置不同的梁段豎向預拱度，以抵消變形量產生的差異。從圖3的計算結果來看，先安裝梁段的向下變形量比后安裝梁段的大，因此，在安裝時可以增大先安裝梁段向上的預拱度[8]。

3.2 調整拉索初張力

在鋼梁拼裝后，如發現上下游有較大高差，可在拉索初張階段對拉索索力進行調整，通過上下游拉索的拉索不同，調整一部分上下游高差。每對拉索對上下游高差的調整能力與其產生高差的能力相似（見表1），拉索越長，其調整能力越大。

3.3 增加拉索張拉次數

若橋面板鋪設完成后，主縱梁上下游有較大的高差，可通過增加1次拉索張拉來調整高差[9]。如主縱梁上游偏低，則張拉上游拉索，使上下游高差變小，但上下游索力相差不要超過5%。

4 結語

鋼混疊合梁斜拉橋由于施工過程工序繁多，其線形的影響因素也較多，在施工過程中要嚴格控制。本文通過有限元軟件的仿真模擬和施工過程中的實測監控，總結出影響上下游高差的因素主要有：主縱梁非同步吊裝施工、斜拉索索力、混凝土濕重、后續梁段的施工。并提出有效的解決辦法，在四川省宜賓市鹽坪壩長江大橋的施工過程中也得到了有效的應用，希望能夠為今后的大跨徑斜拉橋監控和施工工作提供參考。