斜拉桥施工技术探讨

杨荣泉

山东省路桥集团有限公司

1、概述

斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的主要桥型之一。

目前我国已建成的斜拉桥约250座，跨径超过200m的各类斜拉桥已近70座。其中苏通大桥主跨为1088m，是当今世界跨径最大斜拉桥，昂船洲大桥主跨为1018m，为第二大跨径斜拉桥，于2009年12月20日建成通车。 2、斜拉桥结构形式

斜拉桥由主梁、索塔、斜拉索和基础等部分组成，常见的结构体系包括：悬浮体系，支承体系（半悬浮体系），塔梁固结体系，刚构体系等。

a）漂浮体系；b）支承体系；c0塔梁固结体系；d）刚构体系 2.1主梁结构形式

主梁可采用钢梁、混凝土梁、组合梁或混合梁

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1）混凝土斜拉桥主梁截面有空心板截面、边箱梁截面、箱形截面、带斜撑箱形截面和肋板式截面。典型截面形式如下：

a)边箱梁截面；b）箱形截面；c）带斜撑箱形截面；d）肋板式截面

2）钢梁斜拉桥主梁截面有箱形截面、板板截面、分离式边箱截面和钢板梁截面。典型截面形式如下：

当采用双层桥面的主梁时，宜采用桁架形式。

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a)流线形箱梁截面；b）小边箱板式截面；c）分离式边箱梁截面；

d）梁板式截面

3）组合梁斜拉桥主梁截面形式宜采用两工字型主梁其间加小纵梁截面形式，跨径较大时也可以采用边箱钢箱梁截面形式。典型截面形式如下：

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a）工字梁主梁截面；b）边钢箱梁截面；

2.2索塔结构形式

索塔根据不同需要，可布置为独塔、双塔或多塔形式。可采用混凝土索塔、钢索塔或钢-混组合索塔。索塔形式有A型、倒Y型、H型、独柱、钻石型等。 3、斜拉桥施工

目前我国建成的斜拉桥已覆盖了所有的斜拉桥的结构形式。有独塔、双塔和多塔式。有混凝土塔、钢塔、钢混组合索塔等，有混凝土主梁、钢主梁、钢混组合主梁等。

斜拉桥施工重难点主要集中在索塔和主梁的施工。

索塔作为斜拉桥的重要组成部分之一，混凝土塔一般采用液压自升爬模进行施工；也可采用挂模进行施工；钢塔或者钢构件一般采用大吨位塔吊进行吊装。

主梁施工根据主梁材质的不同选择相应的施工技术，常见的施工技术有：牵索挂篮悬臂施工、顶推施工、大节段吊装施工等。

下面以我公司施工过的各类桥梁类型来分别进行介绍。 3.1索塔施工

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索塔包括钢索塔、混凝土索塔、钢混组合索塔等形式。混凝土索塔一般采用爬模、挂模进行施工，钢索塔一般采用吊装安装。

3.1.1 爬模施工

爬模作为高墩施工中一种常见的施工技术，广泛应用于塔柱施工。目前基本上都采用液压自升爬模体系。

爬模系统主要由爬升装置、模板体系、爬架、液压控制系统等组成。

爬模可适用各种截面的竖直或倾斜结构施工。 爬模施工特点：

1）施工速度快，施工操作简易，安全可靠。费用较高。 2）实现了脱离塔吊和人工辅助的自动爬升和调整。

3）工作平台可随爬架整体爬升，为现场操作提供了较为安全的施工空间，提高了安全系数。

爬模施工应兼顾电梯、爬梯、通道、平台等辅助配套结构的设置。 1）滨州黄河大桥

索桥采用双柱式索塔，中塔总高123.25m，其中上塔柱高107.41m；边塔高74.778m，其中上塔柱高58.486m。桥面以上不设横梁，上塔柱采用等截面圆端形截面，下塔柱为了防凌过渡成圆形截面。下塔柱逐渐过渡成圆形截面，为平衡斜拉索的水平分力上塔柱斜拉索锚固区设置环向预应力。中塔总高125.25m，断面尺寸为8～5.5m（长）×3.8m（宽），长边壁厚1.2m，短边壁厚1.5m，边塔断面尺寸为5.0m（长）×3.0m（宽）。

索塔采用液压自升爬模进行施工。 2）济南黄河大桥

索塔采用倒Y型，总高197m，包括上塔柱、中塔柱、下塔柱和下横梁，采用C50混凝土。

索塔共计49个施工节段采用爬模施工，首节节段的施工高度为

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4.2m，其余每节段施工高度为4.0m。

钢锚箱安装采用塔吊直接吊装。 3）济宁梁济运河大桥

索塔采用独柱斜塔，塔高133.147米，桥面以上塔高118米，塔身顺桥向偏离铅垂面8°。主塔采用空心断面，塔、梁固结。主塔上塔柱内锚固区设置14节钢锚箱，钢锚箱与塔柱混凝土组成组合结构，共同受力。

索塔采用液压自升爬模进行施工，其中上塔柱钢锚箱采用650T.m的塔吊进行吊装。

4）青岛海湾大桥沧口航道桥

索塔采用“H”型索塔，总高度为105m。索塔分为16个节段，采用液压自升爬模进行施工。

5）宿迁京杭运河1号桥

索塔采用门形刚劲混凝土桥塔，承台顶至塔顶高82.562m，桥面以上塔高66m（不含塔顶装饰）。包括上塔柱、下塔柱和塔顶横梁，塔柱及横梁均采用箱型断面,均采用C50混凝土，其中横梁为预应力混凝土结构，上塔柱斜拉索锚固区塔壁四周设置“井”字形预应力。

索塔采用液压自升爬模进行施工。 3.1.2挂模施工

挂模作为一种有别于爬模的施工技术，与其既相同的技术特点，又具有施工速度快，结构简单，操作简便的优点。属于非自升动力机构的爬模体系。

可进行广泛应用于截面形状尺寸变化小、高度适中的竖直或倾斜的高墩与塔柱。

挂模施工特点：

1）挂模结构简单，操作简便，加工制作费用小。

2）挂模施工时，利用已浇筑完毕混凝土节段上的预埋锚锥固定

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悬挂件进行锚固，利用塔吊进行提升。施工速度较快。

3）采用挂模施工，无须液压动力设备，可节省大量的施工成本。 挂模已在诸城潍河斜拉桥工程中得以成功应用，国外使用较为普遍。

诸城潍河大桥索塔采用钻石型钢筋砼结构，塔高60m。中、上塔柱为箱型结构，下塔柱为实心矩形截面，在桥面的上下各设置一道横梁。

3.1.3钢塔吊装施工

钢塔节段采用在车间进行制造，现场直接安装的工艺，钢塔具有施工速度快、造型美观等优点，目前在桥梁中得以广泛应用。

鄂尔多斯苏扬2号桥主塔为全钢结构，主塔总重量为1600t。主桥钢塔在主墩以上高67.2m，主塔沿桥梁纵向倾斜15°，主塔双腿沿曲线向上在塔顶部汇聚成整体，沿顺桥向主塔呈献鱼形。主塔双塔双腿及顶部均为箱型断面。钢塔底部与主墩固结成整体，主塔上设置20对斜拉索与主桥加劲梁连接。

钢塔施工采用无支架安装工艺，利用350t履带吊节段吊装安装。 3.2主梁施工

3.2.1主梁为混凝土的牵索挂篮悬臂施工

牵索挂篮主要针对混凝土箱梁主梁施工。施工时将挂篮行走到设计位置，并将梁段斜拉索挂在主梁前端张拉位置进行初张拉，调整挂篮标高，进行钢筋与混凝土的施工，待混凝土达到设计强度进行预应力张拉，最后进行斜拉索的二次张拉，直至设计吨位，挂篮下落前移进行下一节段的施工。

挂篮施工步骤：模板调整→安装、第一次张拉斜拉索→混凝土浇筑→第二次张拉、体系转换→挂篮下落→前移→提升→锚固→挂篮拆除。

1）滨州黄河大桥

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国道205线滨州黄河公路大桥主桥结构形式为2×42+2×300+2×42m六跨连续PC箱梁三塔双索面斜拉桥，标准断面宽32.8m，主梁采用双边箱梁预应力混凝土主梁，主梁全长767.1m， 梁高3m，主梁在中塔处与中塔固结，边塔处半飘浮支承。采取落地支架现浇与牵索挂篮悬臂浇筑相结合，其中CB0、SB0、SB0′及SB1梁段为支架现浇段，SB2至SB11及CB1至CB25梁段采用牵索挂篮悬浇施工，混凝土总数量为20036m3，斜拉索采用半平行钢丝斜拉索，中塔斜拉索104对，边塔共有96对。

2）海阳丁字河口大桥

滨海公路丁字河口大桥地处烟台海阳市与青岛即墨市交接处，黄海与丁字湾交接的丁字河口。北侧连接海阳市滨海公路，南侧连接青岛滨海公路北段。丁字河口大桥长约3270m，包括北侧引桥、主桥、南侧引桥。其中主桥为88+200+88m双塔双索面混凝土斜拉桥。

主梁采用双边肋断面。主梁横向宽度为26.9m（含锚索区），梁中心高度为2.1m（边跨现浇梁段中心高度2.877m）。采用牵索挂篮悬臂施工。

主塔采用钻石型结构，索塔总高度为88.7米。上塔柱锚固区设置钢锚梁，每个索塔共有24对斜拉索。塔柱采用箱型断面，其中上塔柱截面为3.5×6.0m；下塔柱截面为3.5～6（横桥向）×6～8m（顺桥向）。

桥塔横梁设在主梁下方，采用箱形断面，截面为4（高）×4（宽）m，为预应力混凝土结构。

3）诸城潍河大桥

诸城市横四路潍河大桥是位于诸城市经济开发区横四路东首、横跨潍河的一座独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。主桥全长130米，跨径布置为65m+65m。主梁采用“Π”型截面预应力混凝土结构，主梁沿纵桥向每4.0 m设置一道内横梁。主梁采用支架现浇。

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4）宿迁京杭运河1号桥

宿迁一号桥主桥桥型为独塔双索面混凝土斜拉桥，主跨为29+63+120m。边跨设有辅助墩，主桥全长212m。标准节段主梁顶面全宽29.1m，边主梁梁高2.3m，边主梁肋宽2.0m，附跨肋宽2.6m。

3.2.2主梁为钢箱梁的顶推施工

顶推施工是在桥头或者顶推平台上对梁体进行逐段拼装，安装导梁，利用水平千斤顶纵向推进，使梁体通过各墩顶推进到位的施工过程。

目前国内常见的顶推均为传统的拖拉式顶推，即利用拉锚器将牵引力传递到钢箱梁上推动梁体的施工过程。我公司以青银高速济南黄河大桥主桥钢箱梁安装为背景自行研制了具有自主知识产权的棘块式多点整体顶推施工技术，取得了良好的经济和社会效益，并进行了推广应用。

1）济南黄河大桥

青银高速公路济南黄河大桥位于山东省济南市北部，是国道主干线青岛---银川公路跨越黄河的一座特大桥，同时也是京沪高速公路复线（山东段）的关键工程之一，八车道高速公路，设计速度120Km/h，桥梁宽40.5米。

大桥全长4473.04米。包括南侧堤外引桥、南侧跨大堤桥、南侧河滩引桥、主桥、北岸河滩引桥、北侧跨大堤桥、北侧堤外引桥。

主桥为60+60+160+386m的独塔双索面扁平钢箱梁斜拉桥，采用半飘浮体系。

主桥主梁采用流线型钢箱梁，梁体平均每延米重约21t，全桥共分46个节段。

主梁采用自行研制的棘块式多点整体顶推技术施工。 2）济宁梁济运河大桥

济宁梁济运河大桥分为主桥和西引桥两部分，全长1431.577

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米。主桥为独柱斜塔空间扭面背索斜拉桥，跨径组成为（96＋220）米，采用塔、梁、墩固结体系，主跨220米为钢箱梁、边跨96米为预应力混凝土箱梁。

钢箱梁采用整体断面，包括布索区桥宽40m，为流线型扁平单箱五室截面，节段标准长度12m。顶头1.5m范围与混凝土箱梁形成钢混结合段。主梁采用棘块式多点整体顶推技术施工。

主桥设56根斜拉索，边跨混凝土箱梁侧为双索面，主跨钢箱梁侧为准单索面。

3）鄂尔多斯苏扬2号桥

本工程为城市主干道。桥梁长度为180m，宽度为50m，为一座独塔组合梁特种斜拉桥。跨径组合为副跨60m，为预应力混凝土结构箱梁，主跨为120m，为钢箱梁，梁高2.5m。

桥梁总长度为1.36m，两侧挡墙长度各为20m，工程总长度为229.36m。

主梁为三箱十室钢箱梁，梁高2.5m，节段标准长度10m，首节钢混结合段长度8.55m，末节长度3.95m，总重量约为3800t。主梁采用棘块式多点整体顶推技术施工。

3.3大节段吊装施工

大节段吊装施工就是将钢箱梁制作成较长节段，采用大型吊装设备逐段吊装到临时墩上，然后再进行梁体调整的施工方法。

采用该技术可以减少现场吊装作业次数，提高施工效率。 1）青岛海湾大桥沧口航道桥

青岛海湾大桥二合同段沧口航道桥为青岛海湾大桥的主航道桥之一，为双塔斜拉桥，主跨为“H”型双塔四柱空间双索面稀索五跨连续钢箱梁斜拉桥。沧口航道桥设计跨径为80+90+260+90+80=600m，采用5跨连续半漂浮体系，两幅桥分离的结构形式，两幅桥中心距30.5m。

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主梁采用扁平钢箱梁，每幅钢箱梁含风嘴全宽24m，不含风嘴宽19.92m，在索塔处变窄至17m，箱梁中心线处高度为3.5m。

钢箱梁安装梁段划分为5种类型，20个梁段，梁段长52.45m～69m，梁段重量为611.5～832t。采用2600吨“奋进号”浮吊进行大节段吊装。

2）青岛海湾大桥大沽河航道桥

青岛海湾大桥大沽河航道桥全长610米，为独塔自锚式悬索桥，塔高149米；其箱梁为扁平流线型钢箱梁，梁宽47米，总重2.1万吨，共24个大节段，其中最大节段重1020吨，高8.045米，大沽河航道桥钢箱梁施工采用搭设钢管桩临时墩，墩高60米，由我国海上目前最大浮吊“奋进号”2600吨浮吊实行大节段整体吊装施工工艺，“奋进号”吊高80米。该工程创造了我国海上桥梁施工钢箱梁体积最大、重量最重、吊装最高等多项纪录。

3）青岛海湾大桥红岛航道桥

红岛航道桥为主跨120m独塔斜拉桥，总长240m，单幅钢箱梁含风嘴全宽24m，在索塔处变窄至17m（不含风嘴）。钢箱梁采用临时墩大节段吊装法施工，采用2600吨“奋进号”浮吊进行大节段吊装。

3.4矮塔斜拉桥施工

矮塔斜拉桥为国外新兴的一种桥型，日本自1994年建成了第一座矮塔斜拉桥—小田原港桥之后，至今已建成了这种桥梁近20座。我国2001年建成首座真正意义上的矮塔斜拉桥—漳州战备大桥后，在近几年来得到了迅猛发展，相继有7座建成。虽然矮塔斜拉桥在我国起步较晚，但由于其兼有斜拉桥及连续梁的特点，刚柔相济的特性，符合结构受力特点，因此具有经济、造型美观、刚度大、施工方便等优点。其发展具有很大潜力，尤其适合于对刚度要求较高的桥，其受力界于连续梁与斜拉桥之间，并相当程度地弥补了连续梁与斜拉桥的不足。

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斜拉索在在主塔上的锚固方法一般分为分离锚固方式和贯通锚固方式两种。

分离锚固方式当采用可替换体外索方式时，为了保证锚固区域、再张拉、替换体外索等作业的空间，一般需要加高主塔高度或加宽宽度，但如果使用不可替换方式且在主梁处进行张拉作业时，不需要太大的作业空间，可以布置成与贯通锚固方式同样的形状。

贯通锚固方式一般使用于使用索鞍(Saddle)的钢筋混凝土桥墩，因为可以根据混凝土承载能力调整拉索的布置，所以可以充分发挥张拉力的效果。使用索鞍可以提高主塔的施工性，有利于到保证大偏心，但因为左右张力的差异，索鞍可能会移动，当采用可替换的体外索时，需要考虑作业空间和特殊措施。

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