复杂地质条件下高铁矮塔斜拉桥施工关键技术解析

摘要：近年来，以高强度低延性混凝土、高强预应力混凝土等高性能材料的广泛应用，我国在矮塔斜拉桥施工方面的研究和应用取得了长足的发展。但由于矮塔斜拉桥具有结构新颖、受力合理、美观大方等特点，因此在工程施工过程中也遇到了一些难题。如地质条件差、高空作业多等问题。如何解决好这些难题，是在复杂地质条件下建设矮塔斜拉桥必须解决的问题。本文主要对复杂地质条件下高铁矮塔斜拉桥施工关键技术进行了具体解析。

关键词：复杂地质；高铁矮塔斜拉桥；施工技术

我国高速铁路的快速发展，推动了我国桥梁建设事业的快速发展，尤其是在矮塔斜拉桥方面，国内已经建成的矮塔斜拉桥达到了百余座，在建和拟建的矮塔斜拉桥达到了几十座，这些桥梁主要应用于城市之间以及城市与城市之间的高速公路上。但随着国内桥梁建设事业的快速发展，越来越多的桥梁进入到桥梁建设领域，尤其是在复杂地质条件下建设矮塔斜拉桥遇到了许多新问题。下文以资阳沱江特大桥矮塔斜拉桥为例，详细介绍了其在复杂地质条件下施工的关键技术。

一、工程概况

资阳沱江特大桥中心里程为D1K446+150，全长1606.053m。主桥跨越沱江，桥址位于沱江资阳段王二溪库区一河弯处，上距南津驿电站1100m，下距王二溪电站约12.9km，距遂资眉资阳沱江大桥830m。主桥为（42+109+320+109+42）钢-混混合梁双塔双索面矮塔斜拉桥，上部结构主跨跨中83m（含钢混结合段）采用钢箱梁，其余主梁采用预应力混凝土主梁。

二、大悬臂浇筑法施工关键技术

大悬臂浇筑法施工主要是指在桥梁工程施工过程中，利用桥梁墩柱和梁端两侧的悬臂来进行施工，桥梁悬臂浇筑施工的主要目的是为了增加桥梁工程的跨度和降低施工成本，同时也能提高施工质量和缩短工程的建设周期。具体内容如下：

（一）钢筋的绑扎。首先，在钢筋的绑扎过程中，要严格按照设计图纸的要求进行绑扎，注意钢筋的间距和保护层的厚度等，尤其是在悬臂浇筑过程中，钢筋间距要比设计值大30mm左右，在绑扎时一定要将钢筋的间距控制好。其次，在钢筋绑扎完成后，要将所有的钢筋进行清理，并将其表面的杂物进行清理干净，对部分变形或损坏的地方进行修整和加固。最后，为了保证钢筋的连接质量，要对焊接接头进行检测和控制。为了确保施工质量，要保证每个接头都达到规范要求。

在浇筑混凝土时，要严格按照顺序进行浇筑。首先将0号块放置到边跨位置上。其次将下一节段浇筑到上一节段的位置上。最后再浇筑剩余部分的混凝土。

（二）预应力张拉。在施工过程中，进行预应力张拉时，应该首先将箱梁的节段浇筑到相应的位置，在浇筑完混凝土之后，通过一系列的工作才能够使其开始张拉。在张拉过程中，应该按照设计的要求和规范对预应力进行控制。在实施预应力张拉之前，必须要对其进行全面的检查和测试。同时，还需要对预应力钢绞线的性能进行检验和控制。当在张拉前，为了对其进行有效控制，可以采用千斤顶对其进行牵引的方式。在实际施工过程中，张拉步骤和顺序一般为：预应力筋的张拉应符合设计规定的程序要求；应严格按设计规定的预应力钢绞线控制张拉应力和伸长量；锚具、千斤顶、压力表等设备必须符合相关规定。同时，为了使混凝土达到设计强度后再进行张拉。

三、大悬臂现浇节段体系转换关键技术

在施工过程中，若主梁悬臂浇筑长度大于50m时，为了保证主梁的线型，通常采用分阶段体系转换施工方法。该方法在欧洲和美国已有大量的应用。但在国内由于地质条件的差异，目前还没有大规模应用于大悬臂现浇连续梁桥的施工。本工程通过采用空间预应力束分段张拉施工技术，将主梁现浇节段分为上、中、下三个阶段，将各阶段施工时的受力状态合理地与成桥后的受力状态相匹配，从而实现大悬臂现浇连续梁桥成桥后的线形与应力满足设计要求。具体内容如下：

（一）在墩顶处设置纵向预应力束，利用主跨主梁与墩上悬臂形成的支点承受墩顶临时荷载。为减小张拉时梁体对墩顶临时荷载的不利影响，在墩上设置纵向预应力束并在跨中设置了平衡配重。跨中设置平衡配重的目的是为消除预应力束在施工过程中对墩顶临时荷载的不利影响。

（二）主梁悬臂施工阶段，利用支座顶升的功能来消除支座与梁体之间的相对位移。由于主梁悬臂浇筑长度大于50m，且受力复杂，在墩顶处设置横向配重来平衡墩顶的弯矩和剪力。

（三）在墩顶设置纵向预应力束，将主梁悬臂浇筑成悬臂梁体，将其转换为主梁下横梁。根据施工阶段和成桥后梁体受力情况，通过墩顶处纵向预应力束将主梁悬臂浇筑成悬臂梁。

（四）在主梁悬臂浇筑施工阶段，通过采用大型千斤顶对主梁进行多次加载来平衡主梁竖向荷载。为确保悬臂梁段混凝土在浇筑过程中不出现裂缝，在主跨两侧对称布置4个千斤顶。主梁浇筑完成后，千斤顶将自动进行张拉。在主跨两侧对称布置4个千斤顶后，在0#块下方形成两个对称的平衡系统。此平衡系统同时满足两个体系转换过程中主梁竖向荷载的需求。其工作原理为：当一个体系转换完成后，主跨两侧各1个平衡系统就开始同步张拉混凝土。随着施工不断进行，每个体系转换过程中每个平衡系统均需要不断地对混凝土施加预应力，因此两个平衡系统同步工作直至整个桥梁体系转换完成。

（五）在墩顶处设置临时横撑以抵抗墩顶部分悬臂浇筑时产生的水平推力。主梁混凝土浇筑完成后，将临时横撑拆除。同时利用钢绞线、斜拉索、预应力管道等将临时横撑上的锚固点连成一体，形成一个整体结构体系。

（六）主梁悬臂浇筑施工阶段结束后，由临时横撑和钢绞线将主跨两侧主梁悬挂起来以便于进行下一阶段施工。

（七）在悬臂施工阶段结束后，桥面达到设计标高后，进行桥面铺装、墩身和索塔施工。索塔采用挂篮现浇施工方法，在斜拉索安装完成后对其进行张拉。

（八）在整个大悬臂现浇连续梁施工过程中，各施工阶段均采用了空间预应力束分段张拉技术。通过对主梁进行分段张拉以实现不同阶段混凝土的配合比设计、混凝土强度等级的选择以及预应力张拉方法的选择等措施，使桥梁线形达到设计要求。

四、斜拉索安装、张拉及索力控制关键技术

为保证主桥斜拉索施工质量，结合实际工程情况，本工程斜拉索的安装采用单根张拉，并通过张拉平台实现斜拉索的对称张拉，单根张拉后进行索力监测，然后再通过索力计测得的索力进行全桥平衡分析。具体内容如下：

（一）利用桥塔临时支承作为斜拉索张拉平台，并采用专用夹具将其固定在主墩上。考虑到斜拉索架设过程中桥塔不能拆除的特殊情况，将临时支承和索塔作为一个整体进行安装，利用钢质支撑架进行索塔墩身施工。

（二）为保证斜拉索安装过程中主梁的线形及受力状态满足规范要求，将梁段预制阶段的线形与施工控制值进行对比分析，并结合本桥施工实际情况，对斜拉索安装过程中梁段预拱度及主梁在梁端的竖向线形进行实时测量。通过对施工过程中梁段预拱度和主梁竖向线形进行实时测量，与理论计算值对比分析后，对斜拉索安装过程中的梁段预拱度及主梁竖向线形进行实时调整。

（三）为保证施工安全，根据工程实际情况设置了专门的临时支撑作为斜拉索的安装平台。临时支撑采用钢管桩作为结构，在其上铺设两层木板作为临时固定件。并在临时支撑上设置钢质套管用于安装斜拉索索力监测系统和吊杆。

（四）为保证斜拉索张拉时主梁的线形满足规范要求，在索塔处设置了两道临时支撑及两套牵引系统，利用牵引系统实现主梁的同步提升。

在梁段预制阶段根据设计图纸和施工方案确定的斜拉索安装位置和长度，测量出安装位置处斜拉索锚固端到塔顶间距离、主梁预拱度及主梁竖向线形。然后根据实际测量数据对安装位置处斜拉索进行张拉。对施工过程中梁端标高进行实时监控，通过监控数据对梁段预制阶段斜拉索安装过程中主梁的线形及受力状态进行实时分析。然后通过梁段预拱度值对斜拉索安装过程中主梁的线形进行实时监控。

（五）在斜拉索张拉过程中通过采用索力计和全桥平衡分析相结合的方法进行全桥平衡分析。索力计采用钢质专用压杆和普通测力千斤顶同时测量斜拉索预紧力；平衡分析采用索力计和全桥平衡分析相结合的方法，在主塔上布置4个测点，每个测点分别测量主、边跨、中跨、边跨4个索长的索力。在成桥阶段利用全桥平衡分析法对斜拉索张拉过程中主梁和斜拉索的受力状态进行分析。通过索力计及平衡分析法对主梁和斜拉索进行受力状态分析。最终根据计算结果确定张拉过程中主梁和斜拉索的合理张拉力。

五、结语

综上所述，随着我国基础建设规模不断扩大和技术水平不断提高，矮塔斜拉桥必将有更大发展空间。本文结合工程实例，对其复杂地质条件下矮塔斜拉桥施工关键技术进行了深入分析，希望能够进一步推动我国桥梁事业发展。

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