刘海宽，于品德，程 坤，唐国斌

（1．河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450015；

2．公路桥梁安全检测与加固技术交通运输行业研发中心，河南 郑州 450015）

0 引 言

斜拉桥是一种由塔、梁、索3种基本构件组成的组合结构体系，以结构受力性能优良、跨越能力大、造型丰富及抗震性能良好等优势成为大跨径桥梁中优选的一种桥型［1］。斜拉桥受力的基本特点是：由主梁直接承受竖向荷载，并通过斜拉索传递至索塔，再由索塔基础传递给地基；斜拉索在传递竖向荷载的同时产生水平分力作用于主梁，斜拉桥主梁与索塔均为偏心受压，预压力的存在对结构是有利的。斜拉桥属高次超静定结构，其最为重要的特性之一是所采用的施工方法和安装方式与成桥后几何线形和结构内力状态息息相关［2］。在施工阶段，随着斜拉桥结构体系和荷载状态的不断变化，结构内力和变形亦随之不断发生变化［3］，施工过程中的结构内力和线形直接决定成桥状态，施工过程中的荷载与结构体系变化，均会影响结构内力和线形［4－7］。该类桥梁的施工工艺复杂，影响因素众多，施工调整方式多样，因此其施工监控是各类桥梁施工监控中相对复杂的，所发挥的作用也是最显著的［8］。

在斜拉桥施工前必须预先制定详细的分阶段施工方案，并进行施工阶段仿真计算分析，以确定桥梁在各施工阶段的梁塔位移、截面内力和索力等控制参数，必要时应进行关键施工步骤的调整和优化，确定最优施工方案以指导桥梁施工，并在施工过程中对各阶段的桥梁状态做好监控。斜拉桥施工方法多种多样［9－12］，可根据桥梁实际情况采用悬臂施工法、支架法、顶推法或平转施工等方法。支架法是在桥位搭设满堂支架，然后立模浇筑混凝土主梁，同步施工索塔，待主梁合龙、主塔封顶后在支架上安装并张拉斜拉索，实现结构体系转换后拆除支架。本文以郑东新区北三环跨东运河桥左幅桥为例，对桥梁体系转换施工方案进行优选，并在施工过程中进行施工监测控制。

1 桥梁体系转换的要点

1．1 斜拉索的张拉

目前，平行钢丝拉索及平行钢绞线拉索应用较多，大跨度斜拉桥中，平行钢绞线拉索在结构性能、运输、安装和可维护性方面都优于平行钢丝拉索，特别是在山区大跨度斜拉桥中，受运输条件、施工设备等影响，平行钢绞线斜拉索的应用更加广泛［13］。对于主梁采用支架施工的斜拉桥，主梁支架施工完成后，即可安装和张拉斜拉索进行桥梁结构体系的转换。体系转换时，全桥斜拉索不可能一次全部张拉，其张拉顺序、张拉次数和每次的张拉力是体系转换的关键和施工控制要点。斜拉索的张拉一般逐根或分组进行，每一根斜拉索的张拉均会对已张拉斜拉索索力、主梁和索塔内力产生影响，施工过程中应以合理成桥状态为目标，在保证桥梁结构受力安全的前提下，优化施工顺序和斜拉索张拉次数，确定斜拉索的张拉力，从而降低体系转换对工期的影响并节约施工成本。

1．2 部分二期恒载的影响

对于主梁支架施工的斜拉桥，在混凝土箱梁浇筑及预应力张拉施工完成以后，桥梁即具备进行体系转换的条件；但主梁顶一般有混凝土铺装层、人行道梁等少量混凝土工程，此部分一般作为二期恒载考虑，可在体系转换之前随主梁在支架上浇筑完成，也可以在体系转换完成后进行浇筑。该部分二期恒载加载的先后顺序直接影响体系转换过程中斜拉索张拉力的确定和主梁、索塔的受力，也会直接影响成桥主梁累积位移和成桥线形。因此，该部分二期荷载的加载与体系转换的先后顺序应在主梁支架施工浇筑前确定，以便施工控制相应的斜拉索张拉力和主梁施工预拱度。

2 体系转换施工控制与方法

斜拉桥施工控制是连接斜拉桥设计与施工的桥梁，它是斜拉桥建设中的一项关键内容，对于实现设计合理成桥状态具有重要意义［14－16］。桥梁体系转换随着斜拉索的逐步张拉实现，在此过程中应重点做好每一步骤的索力、主梁位移、主塔偏位、塔梁关键截面受力的监测；并将监测数据与当前阶段的理想控制状态进行对比分析，出现过大偏差时应停止施工，及时进行原因分析，并在下一步施工中进行调整，以保证合理成桥状态的顺利实现。对于索力监测可采用锚下压力传感器或采用振动测试法进行；主梁线形控制是斜拉桥施工控制的主要内容之一［17］，对于主梁位移和主塔偏位，可采用高精度水准仪和全站仪进行观测；对于塔梁关键截面受力可通过预埋的应变传感器进行监测。

3 工程案例分析

3．1 工程概况

郑州市郑东新区北三环跨东运河桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。桥梁设计为分离式双幅桥，并在跨径组合上采用反对称布置，其中左幅主桥跨径组合为（80＋112）m，桥梁左幅箱梁全宽29．5 m，左幅立面布置如图1所示，横断面布置如图2所示。主桥边跨、主跨各设16对斜拉索，全桥共计64根，拉索采用抗拉强度标准值fpk＝1 860MPa的高强度低松弛环氧涂层平行钢绞线；桥梁主塔、主梁均采用C50混凝土。主梁采用满堂支架施工，主塔采用爬模节段浇筑，塔、梁施工完成以后从主塔向两侧逐步张拉斜拉索实现结构体系转换。

3．2 体系转换施工方案对比分析

根据前期有限元仿真计算的初步分析，制订了2种结构体系转换施工方案，并进行详细的有限元计算分析，在比对的基础上优选施工方案。

图1 北三环跨东运河桥左幅立面

图2 桥梁左幅横断面布置

（1）方案1：塔梁施工完成后，边主跨对称张拉1＃～16＃斜拉索（1＃～3＃索需进行2次张拉，4＃～16＃索1次张拉到位），主梁脱架，然后施工桥面系，最后2次张拉1＃～3＃斜拉索成桥。施工方案具体内容如表1所示。采用该方案体系转换时若斜拉索1次张拉到位，计算可知体系转换施工过程中主梁根部下缘将出现2．85MPa的拉应力，有开裂风险。因此，对于1＃～3＃索采取2次张拉的施工措施，保证塔梁受力安全。

表1 方案1施工顺序

（2）方案2：塔梁施工完成后，在支架上浇筑混凝土铺装、人行道梁等，对称张拉1＃～16＃斜拉索（1次张拉到位），主梁脱架，然后施工沥青铺装及其他成桥。施工方案具体内容如表2所示。

表2 方案2施工顺序

方案2先施加部分二期恒载于主梁，再进行拉索张拉体系转换。由于该部分荷载的存在，经计算所有斜拉索均可以1次张拉到位，且在施工过程中塔梁受力安全。但该部分二期恒载随主梁在支架上施工，因此在进行支架荷载计算时应考虑该部分荷载的影响。

对比2个施工方案，方案2混凝土浇筑和斜拉索张拉施工较集中，简化了施工步骤，优化了斜拉索的张拉次数，更便于现场施工组织，可节省7d工期并节约施工成本。因此，推荐采用方案2进行施工。

4 施工控制与监测

4．1 预拱度与拉索张拉力的计算确定

对于郑州市郑东新区北三环跨东运河桥左幅桥，确定方案2作为施工方案后采用有限元计算软件midas／Civil进行施工阶段仿真计算，以合理成桥状态为目标，确定主梁施工预拱度和体系转换施工过程中各斜拉索的张拉力，以保证设计成桥线形和成桥索力。主梁预拱度值采用按结构自重力和1／2活荷载频遇值计算的长期挠度值之和，并考虑斜拉索松弛及混凝土收缩徐变产生的竖向挠度的影响。

桥梁斜拉索布置示意如图3所示，主梁施工预拱度曲线如图4所示，斜拉索的设计成桥索力和施工张拉力如表3所示。

4．2 塔梁受力与塔顶偏位监测

在体系转换施工过程中，实测了塔梁关键截面的应力，主梁、主塔均处于全截面受压状态，主梁最大压应力为－10．5MPa，主塔最大压应力为－15．5 MPa，均小于C50混凝土轴心抗压强度设计值，塔梁受力安全。

图3 斜拉索布置

图4 主梁施工预拱度

施工过程中及成桥时应控制塔顶偏位值不大于H／3 000（H 为承台以上塔高），也不大于30mm，即当桥梁承台以上塔高为65．5m，塔顶偏位控制值为±21．83mm。体系转换过程中实测主塔偏位较小，成桥以后塔顶最大偏位值为3．512mm，偏向主跨侧。成桥塔顶偏位实测值与理论值对比如表4所示。

4．3 成桥线形与索力的测试

成桥后对桥面线形和成桥索力进行了测试，实测桥面线形平顺，桥面标高与设计最大偏差未超过施工控制值±2．0cm的允许误差。

成桥后索力与设计索力最大偏差要求不超过±10%，在最终成桥后对斜拉索索力进行通测，左幅桥调索完成后实测成桥索力与设计成桥索力对比如表5所示。

表3 斜拉索的施工张拉力

表4 成桥塔顶偏位理论值与实测值对比

由表5可知，郑东新区北三环跨东运河桥左幅桥实测成桥索力与设计成桥索力基本吻合，最大索力偏差不超过±10%，成桥索力均满足施工控制要求。

5 结 语

支架法用于小跨径斜拉桥施工方便，能较好地控制桥梁的设计线形。支架施工斜拉桥脱架实现体系转换是关键施工工序，实现体系转换的施工方案并不惟一，需要事先确定可行的施工方案。以合理成桥状态为目标，可通过有限元仿真软件模拟施工过程，在保证桥梁结构受力安全的前提下，优选体系转换方案，以节省工期和节约施工成本。在体系转换施工过程中应做好结构受力、索力、主塔偏位和线形等内容的监测控制，以保证合理成桥状态的顺利实现。郑东新区北三环跨东运河桥左幅桥工程实践表明：通过施工方案优化和施工过程监测控制，可有效降低施工风险，提高质量控制水平，使成桥状态各控制指标满足设计和施工控制要求。

表5 左幅桥成桥索力测试结果