跨越高速公路拱承斜拉桥快速施工方案研究

李允龙

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东日照276800）

1 引言

斜拉桥是一种拉索体系，相比于梁式桥其跨越能力更强，因此，在跨越高速公路的桥梁施工中有广泛的应用。拱承斜拉桥是斜拉桥中的一种类型，其桥塔为拱式结构，施工难度更高，需要对施工方案进行全面设计，因此，论文通过对具体施工方案的分析，制订了一套高效的拱承斜拉桥快速施工方案。

2 工程概况

在阿尔及利亚东西高速公路东标段项目中，线路与高速公路的夹角为27°，桥址位于高速公路路堑段，现状为双向4车道，正宽为28 m，基本为沥青路面，该高速公路后期规划为双向8车道，宽度为45 m，净空不小于8.0 m。主桥梁采用32 m+160 m+32 m双线跨越高速公路拱承斜拉桥结构，斜拉桥桥塔、桥墩整体均采用拱式结构横跨现有的高速公路两侧。主要设计标准包含以下几方面内容：（1）设计速度目标值为120 km/h；（2）采用双线结构，双线之间的距离为5 m；（3）主桥纵向位于平坡上，平面位于直线上。

3 跨越高速公路拱承斜拉桥原设计方案

在本次高速公路拱承斜拉桥设计方案中，主桥跨度为32 m+160 m+32 m拱承斜拉桥，主跨采用全漂浮体系，并设置辅助桥墩，辅助桥墩和边墩设置支座，纵向固定支座设置在大里程侧辅助桥墩上，横向固定支座与简支梁部分统一设置在线路左侧。主桥总长度为226.5 m，含梁缝全长为226.8 m。

在原设计方案中，主梁采用纵肋倒置式钢混组合桥面板，面板宽度为16.1 m，中心线处梁高为3.5 m。两侧的边箱梁经过工厂加工为成品后运送到施工现场，与横膈梁腹板通过高强度的螺栓进行连接，顶板和底板选择了现场焊接的方式，形成钢梁节段后，选择了步履式顶推施工到位。

在原设计方案中，桥塔采用拱形结构，塔底以上的桥塔高度为56 m，桥面以上塔的高度为45.5 m，桥面以下塔的高度为10.5 m。拱轴线线型由技术人员采用二次抛物线进行确定，截面采用等高等宽的箱型截面，截面的尺寸为5 m×5.5 m，选择的板厚为20～30 mm，加劲肋采用板肋，宽度在180～200 mm，厚度为15～20 mm，间距为400 mm。斜拉索采用抗拉标准强度为1 960 MPa镀锌平行钢丝拉索，空间双索面体系，并且采用了辐射性的布置方案，整体设置有12对斜拉索，梁上斜拉索的间隔距离为15 m。斜拉索索塔和索梁锚固采用钢锚箱方式进行锚固，张拉端设置在主桥梁一侧，斜拉索的梁端全部设置了外置式阻尼器，再根据实际施工现场环境，在斜拉索下部的3 m范围之内采用不锈钢管进行外包，目的是防止斜拉索被腐蚀或破坏[1]。

本次高速公路拱承斜拉桥的施工方案主要分为以下5个步骤：

1）在桥塔施工方面，拟采用履带吊车，采用逐段吊装施工的方式，这种方式施工流程较为简便，施工难度较小，易于操作。

2）钢加劲肋和钢导梁在施工平台进行拼装，在拼装完成后采用步履式逐段顶推的方式进行施工。

3）桥面板钢筋采用绑扎的方式，并按照施工标准和施工规范采用了现浇的方式，分段浇筑混凝土桥面板。

4）在挂索施工阶段，拟采用不张拉的挂索施工方法。

5）在挂索施工完成后，根据现场实际情况对索力、主梁和桥塔线型进行全面调整，使各个环节的数值都能够达到施工标准。

4 跨越高速公路拱承斜拉桥优化快速施工方案

XS施工队伍在制订施工方案后，采用BIM技术对施工方案进行了三维立体建模，并对施工现场进行了全面的分析和数据采集，通过施工模拟发现当前的施工方案中主要存在以下几点问题。

4.1 原拱承斜拉桥施工方案中存在的问题分析

原拱承斜拉桥施工方案中常存在以下问题：

1）根据对跨越高速公路拱承斜拉桥施工的相关标准和规范规定，竖向变形不能够超过L/5 000（L为拱乘斜拉跨度）且不大于20 mm[2,3]。这是对拱承斜拉桥梁部残余徐变变形所作出的规定和限制，主要针对的对象是预应力混凝土结构，但在实际施工过程中，这个标准还可以延伸到其他施工环节中，例如，钢梁、结合梁等结构施工。在本次施工完成后，主梁跨中梁部残余徐变的结算结果为454.4 mm，远远大于国家规定的20 mm，没有达到国家的要求。经过技术人员的分析，是由本次工程中斜拉索的初拉力数值较小，调整索力阶段补涨幅较大，二次张力张补后总索力比值较高等几个原因所引起的，因此，需要对施工方案进行调整，使其能够适应当前的施工现场条件，解决上述施工方案存在的问题[2]。

2）根据国际对跨越高速公路拱承斜拉桥施工的相关标准和规范规定，拱承斜拉桥相邻的梁端两侧钢轨支点的相对位移不能超过1 mm。拱承斜拉桥相邻梁端两侧钢轨支点的位移距离受到多种因素的影响，其中最主要的因素为温度，在该高速公路路段中，1月平均气温约为15℃，8月平均气温约为35℃，极端最低气温约为5℃，极端最高气温约为45.8℃，根据该高速公路路段的实际温度来计算横向位移，混凝土结构的温差可以取约±24℃，钢梁的温差可以取±36℃。在原定的施工设计方案中，通过技术人员的测算，拱承斜拉桥相邻的梁端两侧钢轨支点的相对位移差为2.143 mm，超过了规范标准规定的1 mm限值，因此，要对该问题进行解决和优化，防止拱承斜拉桥在后期投入使用后出现质量问题[3]。

4.2 拱承斜拉桥快速施工方案优化分析

4.2.1 钢锚梁制作方面

XS施工队伍对拱承斜拉桥的钢锚梁制作进行了全面的优化设计，采用了从零件到合件，再到整体，最后试装的程序进行生产，单个的钢锚梁主要分为底板单元、腹板单元、顶板单元等多个单元结构，钢锚梁制作选择了分单元制作的方式，在所有单元制作完成后再进行焊接，从而保证钢锚梁的整体结构和强度。钢锚梁作为影响拱承斜拉桥施工效率的关键性因素之一，采用这种方式不仅能保证施工质量，还能提高施工效率，在实际试装过程中，如果出现了不匹配等情况，还能进行临时调整，有效提高施工效率。

4.2.2 索塔基础的沉降观测方面

拱承斜拉桥索塔基础在基础和塔身结构自重的作用下会发生一定程度的沉降，因此，在施工过程中，需要对索塔基础的沉降进行全面的观测，防止沉降过大导致出现返工等问题，影响拱承斜拉桥工程的整体施工效率。因此，XS施工队伍定期对拱承斜拉桥工程变形点的高程进行观测，沉降量为第一次测量与最后一次测量的差值，通过对沉降量的掌控，能够帮助施工队伍在施工过程中进行调整，例如，在上塔柱起始施工阶段进行抵扣补偿处理，保证沉降量能够处于正常的范围内。

4.2.3 基础施工部分

基础施工是保证拱承斜拉桥工程施工质量和效率的重要因素，因此，XS施工队伍结合本次施工的实际需求，对施工材料、施工设备等进行了全面的调整，尤其是在设备方面，如果起重设备能力不足，会导致施工效率受到较大的影响。此外，基础施工会受到天气、地理环境、施工技术等多个方面的影响，对多种影响因素进行充分考虑，才能确保在工期内完成施工，因此，需要基础施工加以注意。

4.2.4 索塔施工方面

索塔是拱承斜拉桥施工中的施工重点和施工难点，对拱承斜拉桥工程的施工速度影响最大，因此，施工队伍对索塔施工方案进行了优化设计，将斜拉索索道管定位由平面转化为空间，借助现代信息技术对其进行了全面调整，从而有效降低了施工难度，并缩短了施工工期。

4.2.5 拱承斜拉桥上部结构施工方面

为了更好地控制索力，XS施工队伍利用BIM技术对拱承斜拉桥工程所涉及的数据进行了全面的收集，并借助BIM技术的计算系统对索力进行了深度确定，制订了完整的索力施工方案，从而避免了在施工过程中反复多次调整索力和桥梁线型等许多麻烦，保证拱承斜拉桥能够在施工工期内高质量地完成，如期交付并投入使用。

4.3 拱承斜拉桥快速施工优化方案评价

XS施工队伍结合现有的施工技术、施工能力以及该路段的实际施工情况，对原施工方案进行了全面的优化，在施工完成后比原施工方案提前完成23 d，预计节省施工成本超过2 000万元人民币，优化后的施工方案取得了很好的实际效果。在本次对跨越高速公路拱承斜拉桥的快速施工优化方案中，XS施工队伍重点对施工设备、施工基础和施工管理进行了优化，并加强了施工现场的监督，保证施工现场的施工秩序，才能使工期大幅度缩短，且施工质量也得到了保证。

5 结语

综上所述，本文结合阿尔及利亚东西高速公路东标段项目的实际施工案例，对跨越高速公路拱承斜拉桥快速施工方案进行了全面的优化，并从多个角度、多个层面对施工效率进行了整体的分析，经过实际工程案例检测，该优化方案具有一定的实际使用效果，希望可以对国内外跨越高速公路拱承斜拉桥工程施工起到一定的借鉴作用。