常大寶 國(guó)大慶

（1.中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430050；2.中鐵十九局集團(tuán) 遼陽(yáng) 111000）

1 工程概況

泰州長(zhǎng)江大橋是目前國(guó)內(nèi)外首座km 級(jí)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(jiàn)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(duì)8根彈性索（每個(gè)加勁梁風(fēng)嘴內(nèi)的上下2 根為1對(duì)），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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)程中，及時(shí)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(jì)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(xiàn)形。在邊塔設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有充分考慮，若根據(jù)橋梁二期恒載完成后的線(xiàn)形計(jì)算的索鞍頂推量不能完全使索鞍復(fù)位時(shí)，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(shí)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(guò)程中不可能靠施工階段的跟蹤調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的主纜線(xiàn)形，即無(wú)法對(duì)主纜線(xiàn)形進(jìn)行調(diào)整。因此在架設(shè)每根主纜索股時(shí)，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(xiàn)形。

懸索橋設(shè)計(jì)時(shí)，總是先確定成橋時(shí)主纜各控制點(diǎn)（包括錨點(diǎn)、索鞍IP點(diǎn)等）的位置和中跨矢跨比等，因此，主纜線(xiàn)形計(jì)算只能從成橋狀態(tài)出發(fā)，而主纜的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)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(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度都應(yīng)保持不變［4］，在施工控制中，大跨懸索橋很難通過(guò)測(cè)量主纜索股的設(shè)計(jì)無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度來(lái)控制施工。

泰州長(zhǎng)江大橋是通過(guò)將主纜索股中點(diǎn)固定在中塔主索鞍IP點(diǎn)處，控制設(shè)計(jì)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(diǎn)及散索鞍IP 點(diǎn)處固定，最后將索股在錨碇處錨固，并張拉至設(shè)計(jì)錨跨張力。施工過(guò)程中，應(yīng)特別注意主纜索股跨中標(biāo)高測(cè)量時(shí)要充分考慮中塔偏位及扭轉(zhuǎn)對(duì)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(duì)稱(chēng)來(lái)防止偏位，以及通過(guò)上下游受力均衡來(lái)防止塔身扭轉(zhuǎn)。所以，主纜架設(shè)時(shí)應(yīng)做到上下游對(duì)稱(chēng)施工，南北主跨施工荷載（貓道影響）對(duì)稱(chēng)，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(guò)吊索、索夾傳遞到主纜的，索夾的位置就是主纜的受力點(diǎn)，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(xiàn)形不滿(mǎn)足要求。因此在施工過(guò)程中必須精確測(cè)量放樣索夾位置，以確保索夾最大限度地接近設(shè)計(jì)位置。

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

泰州長(zhǎng)江大橋在索夾放樣之前進(jìn)行了換算計(jì)算，為測(cè)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(xiàn)與主纜的中心線(xiàn)交點(diǎn)在空纜狀態(tài)下的坐標(biāo)計(jì)算；②吊索中心線(xiàn)與主纜的天頂線(xiàn)交點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算；③該天頂線(xiàn)交點(diǎn)到索夾兩端的距離。

對(duì)于吊索中心線(xiàn)與主纜的中心線(xiàn)交點(diǎn)在空纜狀態(tài)下的坐標(biāo)，需根據(jù)實(shí)測(cè)的主纜空纜線(xiàn)形計(jì)算得出。天頂線(xiàn)交點(diǎn)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(hào)的索夾其數(shù)值也有差別，見(jiàn)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(xiàn)與主纜軸線(xiàn)交點(diǎn)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(xiàn)與主纜天頂線(xiàn)交點(diǎn)到索夾兩端的距離。

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

首先對(duì)放樣的跨徑進(jìn)行測(cè)量得到一個(gè)數(shù)值L測(cè)，再利用計(jì)算所采用的跨徑L計(jì)就得到一個(gè)近似修正系數(shù)n：

其中：S計(jì)為計(jì)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(wú)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(duì)稱(chēng)來(lái)保持的，并不像邊塔在邊跨側(cè)有強(qiáng)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(gè)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(zhǎng)江大橋?yàn)槿煽鐟宜鳂蚪Y(jié)構(gòu)，相對(duì)中塔南北完全對(duì)稱(chēng)（除中塔特殊梁段外）。在鋼箱梁吊裝過(guò)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(guò)程中，及時(shí)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(dòng)，且中塔主索鞍已固定，為使鋼箱梁的吊裝給中塔帶來(lái)的影響最小，本橋采用南北兩主跨鋼箱梁同步對(duì)稱(chēng)吊裝施工，最大限度地減少中塔的偏載。

泰州長(zhǎng)江大橋共有4 個(gè)合龍段，分別位于3號(hào)吊索對(duì)應(yīng)的S4，N4鋼箱梁和61號(hào)吊索對(duì)應(yīng)的S62，N62鋼箱梁（鋼箱梁梁段布置見(jiàn)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?tīng)恳皽囟葘?duì)合龍空間的影響，對(duì)多方案進(jìn)行比選，最終采用先合龍邊塔附近的S62號(hào)鋼箱梁及N62號(hào)鋼箱梁再合龍中塔附近的S4號(hào)鋼箱梁及N4號(hào)鋼箱梁的方案，S62號(hào)鋼箱梁及N62號(hào)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(hào)鋼箱梁或N4號(hào)鋼箱梁段。建立有限元模型分析計(jì)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(jì)荷載的影響，實(shí)際需牽引力或者頂推力可能要比計(jì)算值增大20%左右。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)溫度為25 ℃，并考慮20%增量時(shí)所需的牽引力約為3 000kN。

圖3 泰州長(zhǎng)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(jìn)行精確測(cè)量，由測(cè)得的實(shí)際橋面線(xiàn)形計(jì)算出二期恒載（橋面鋪裝、附屬構(gòu)造物等）施加后的橋面線(xiàn)形，見(jiàn)圖4，并考慮邊主索鞍頂推復(fù)位對(duì)后實(shí)際成橋線(xiàn)形與設(shè)計(jì)成橋線(xiàn)形的誤差是否在允許范圍內(nèi)，如果不能滿(mǎn)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(xiàn)形與設(shè)計(jì)相符，二期恒載在大跨度懸索橋中對(duì)成橋線(xiàn)形的影響是很顯著的。

圖4 泰州長(zhǎng)江大橋鋼箱梁焊接完成后橋面線(xiàn)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(guò)度縱飄的另一措施，即設(shè)置由鋼絞線(xiàn)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(duì)8根彈性索（每個(gè)加勁梁風(fēng)嘴內(nèi)的上下2根為1對(duì)），是世界懸索橋領(lǐng)域的首次嘗試。針對(duì)泰州長(zhǎng)江大橋，設(shè)計(jì)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(duì)結(jié)構(gòu)的有利效應(yīng)相當(dāng)，并且在構(gòu)造上相對(duì)簡(jiǎn)單，所以最終設(shè)置縱向彈性索。進(jìn)一步的研究表明：縱向彈性索的剛度變化對(duì)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(zhǎng)度和面積；縱向彈性索的受拉加載區(qū)較長(zhǎng)（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(xiàn)與中塔縱向中心線(xiàn)自然重合時(shí)，根據(jù)實(shí)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(gè)時(shí)間段張拉。如果在鋼箱梁焊接完成后沒(méi)有張拉，亦應(yīng)該將彈性索安裝就位，在鋼箱梁縱向位移過(guò)大時(shí)可以起到部分約束的作用，防止在橋面鋪裝施工過(guò)程中2主跨荷載不對(duì)稱(chēng)造成鋼箱梁縱向位移過(guò)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(chē)輛行走時(shí)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(dòng)靜載檢測(cè)表明，泰州長(zhǎng)江大橋的整體穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

3 結(jié)語(yǔ)

大跨度多塔連跨懸索橋是橋梁兼顧超大和超長(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)為后續(xù)同類(lèi)橋型施工提供指導(dǎo)。

［1］韓大章，萬(wàn)田保，羅喜恒.泰州長(zhǎng)江公路大橋三塔懸索橋結(jié)構(gòu)行為研究［R］.南京：泰州長(zhǎng)江公路大橋設(shè)計(jì)項(xiàng)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(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2003.

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

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