黄河特大桥斜拉桥钢箱梁的安装施工探究

黄河特大桥斜拉桥钢箱梁的安装施工探究

王化禹

山东省公路桥梁建设集团有限公司  山东济南  250014

摘要：

随着我国基础设施建设的飞速发展，桥梁工程建设持续性取得了突破性的进展。斜拉桥因其美观、经济和适应于大跨度的特点，逐渐成为现代桥梁建设的重要选择。而在斜拉桥中，钢箱梁作为其主要的结构部件，起到了关键的作用。黄河特大桥在钢箱梁的安装施工中采用了许多新技术和新方法，是斜拉桥钢箱梁施工的一个典范。该文探究了黄河特大桥斜拉桥钢箱梁的安装施工。

关键词：黄河；斜拉桥；钢箱梁；安装施工

引言：

本研究旨在深入探索黄河特大桥斜拉桥钢箱梁的施工技术，并分析其在项目中的应用及挑战。通过对此桥梁的施工背景和研究意义的分析，我们得以了解到其在技术指导、施工安全、学术研究等方面的重要性。这一探索不仅为当下的桥梁工程提供了有价值的参考，更为未来的技术发展和创新奠定了基石。

一、工程概况

济南绕城高速公路二环线北环段工程一标段（K0+014.735～K11+295），长11.28km。路线起点位于济南市章丘区黄河街道办北，与在建济高高速交叉设置黄河枢纽互通立交（向南接规划章丘外环公路）。主线与济高高速交叉位置济高高速桩号为JGK26+573.1，终点位于济南市济阳区曲堤镇，北侧堤外引桥第二十六联（K11+295）处。图1为工程总体桥型示意图。

图1 总体桥型示意图

二、钢箱梁在斜拉桥中的应用优势

首先，钢箱梁由于其盒形的结构，具有很好的扭曲刚度，使得它在面对不均匀荷载或风荷载时表现出色。这种扭转刚度为斜拉桥提供了更高的稳定性，尤其在大跨度或特殊环境条件下稳定性更为突出。其次，钢箱梁的自重相对较小，但其承载能力却很强，所以可以设计出更大的跨度而不需要过多地增加桥梁的总重量。再次，钢箱梁的模块化设计和预制工艺使得其施工速度较快，与现场施工相结合，可以有效缩短工程周期。最后，钢箱梁的设计灵活性也是其在斜拉桥中的一大优势。其形态、尺寸和材料都可以根据具体的工程需求进行优化，使得斜拉桥不仅在功能上满足需求，还可以在外观上成为城市的新地标[1]。

三、黄河特大桥斜拉桥钢箱梁安装施工关键步骤

（一）施工前的准备工作

在施工开始之前进行详细的现场勘察，了解地形地貌、气象条件以及其他可能影响施工的因素，确保工程团队对施工环境有充分的了解。接下来，基于勘察结果和工程设计，制定出详细的施工计划和时间表，明确各个环节的工作内容和时间节点。同时对施工设备进行全面检查，确保它们处于良好的工作状态。对于施工材料，特别是钢箱梁的质量也要进行严格的检查，确保其符合工程要求。在人员方面，施工队伍必须经过专业培训，熟悉施工流程，掌握必要的安全知识。为施工过程中的防止突发情况，还需制定应急预案，确保在任何情况下都能保障施工的顺利进行。

（二）钢箱梁的吊装与定位

钢箱梁的吊装与定位是整个施工过程中至关重要的一步，关乎整桥的稳定性和安全。针对钢箱梁的尺寸和重量，选择合适的起重设备。需要使用大型的吊车或浮吊，以确保钢箱梁在吊装过程中的稳定性。在吊装之前，经过计算，确定吊点的位置，保证梁的平衡，避免在关键部位产生过大的应力。当钢箱梁被稳定地吊起后，慢慢地移至预定的位置[2]。这一过程需要多方的协同工作，地面指挥人员和高空的工作人员进行精确的沟通，确保梁的平稳移动和精准定位。一旦钢箱梁到达预定位置，立即进行初步固定，确保其不会因外部因素如风荷载等造成移位。完成初步固定后，对其进行详细的测量和校正，确保其与设计图纸上的位置完全一致。这一步非常关键，因为任何的偏差都可能影响到后续的斜拉索张拉和整桥的稳定性。

（三）斜拉索的固定与张拉

钢箱梁安装完成后，斜拉索的固定与张拉是确保桥梁稳定性的另一个核心环节。斜拉索的一端与主塔的锚固，这需要高强度的固定装置和精确的位置判定。另一端随后连接到钢箱梁的预定锚点上，这一过程要确保斜拉索的直线性，并避免任何不必要的弯曲或扭曲。完成固定后，进入斜拉索的张拉工作。张拉的目的是给斜拉索赋予预先设计的张力，以确保桥面在各种荷载下都能保持稳定。张拉过程中，用高精度的张拉设备和监测仪器，实时监控斜拉索的张力，确保其在规定的范围内。同时，对钢箱梁进行监测，确保其在张拉过程中保持预定的形态和位置。整个固定与张拉过程需要高度的精确性和专业技能，因为斜拉索不仅要承受桥梁的重量，还要应对风荷载、温度变化等多种外部因素，确保桥梁的长期稳定和安全。

（四）与其他部分的连接工作

钢箱梁与桥梁的其他部分进行连接是确保整体结构完整性和稳定性的关键环节。连接工作涉及将钢箱梁与主塔、以及相邻的桥段紧密结合。每个连接点都设计有特定的锚固装置和连接结构，以满足不同的力学和功能需求。连接到主塔的部分，要考虑到斜拉桥的动态性质，特别是在风荷载或地震时的反应。这里的连接通常采用高强度螺栓和特制的铰接结构，旨在允许一定的相对位移，同时确保整体的稳定性

[3]。对于与地基的连接，特别强调其防震和承重能力，确保在任何情况下都能稳固地支撑桥梁。与相邻桥段的连接则是一个精细化作业。在这里，不仅要确保钢箱梁的平整度和直线性，还要考虑到热膨胀和冷缩带来的位移。连接结构通常包括伸缩缝和其他允许微小移动的装置，以适应温度变化和交通荷载的影响。这一环节的工作质量直接关系到桥梁的舒适性和使用寿命。

四、黄河特大桥斜拉桥钢箱梁安装施工中的技术难点及解决策略

（一）钢箱梁的稳定性问题与解决策略

在黄河特大桥的斜拉桥钢箱梁安装施工中，钢箱梁的稳定性问题是技术难点之一。由于钢箱梁具有较大的跨度和自重，其在安装、吊装或施工过程中可能出现的弯曲、扭转或失稳现象对工程安全带来很大风险。首要的技术挑战在于局部稳定性的保障。钢箱梁的薄壁结构易于出现局部失稳，特别是在焊接、加热或由于外部负载引起的不均匀应力分布情况下。因此，必须在设计阶段通过有限元分析预测可能的失稳区域，并采用加强筋或其他结构增强方法来增强这些区域的稳定性。同时全局稳定性也不容忽视。斜拉桥的大跨度和钢箱梁的长形状容易导致整体失稳。为了解决这一问题，可以采用暂时支撑或采用预应力技术。通过预张拉钢束或斜拉索，将部分荷载提前施加到梁上，提高其初始稳定性。在施工过程中，可以安装传感器和其他检测设备，实时监测钢箱梁的应力、变形和振动状态，这不仅可以确保实时的施工安全，还可以为后期桥梁的运营和维护提供宝贵的数据。

（二）斜拉索张拉过程中的应力控制

斜拉桥的稳定性和使用寿命在很大程度上依赖于斜拉索的张拉状态和力学性能，因此确保斜拉索在张拉过程中的应力分布均匀、准确是至关重要的。斜拉索张拉过程中的主要技术难点包括：确保每根斜拉索受力均匀，防止由于斜拉索应力集中导致的失稳或疲劳破坏；确保桥塔和钢箱梁在斜拉索张拉过程中的位移和应力分布满足设计要求；以及考虑斜拉索松弛、环境因素（如温度、风荷载）等对张拉过程的影响[4]。为了能够解决这些难点，可以使用先进的张拉设备，如电液伺服张拉机，确保张拉力的准确性和可重复性。为了确保斜拉索的应力均匀并满足设计要求，施工团队应采取多种技术策略。首先，通过高精度的张拉设备和系统，可以实现对每根斜拉索的精确张拉，保证其受力均匀。同时，考虑到斜拉索内部可能存在的应力集中或应力波动，工程团队还采用了实时监测技术，如布置在斜拉索内部的应力传感器，以实时获取斜拉索的应力状态。但仅仅依靠高精度的张拉设备和实时监测技术还不足以确保应力的完全控制。所以施工团队还应利用先进的数值模拟技术，模拟斜拉桥的整体结构和斜拉索的张拉过程，预测桥梁在不同荷载和环境条件下的应力和位移响应。这种模拟技术不仅为施工提供了有力的决策支持，还为施工过程中可能出现的突发情况提供了预警。最后，考虑到斜拉桥的长期使用和环境因素的影响，需要采用分阶段的张拉策略。这意味着，在桥梁的整个使用周期内，会定期对斜拉索进行再张拉，确保其应力状态始终满足设计要求。

（三）桥面施工与调整

桥面作为桥梁的直接承载面，不仅需要保证平整度和舒适性，还需要在施工过程中与斜拉索和钢箱梁等主要结构组件协调，确保整体结构的稳定性和安全性。在桥面施工中，由于各种环境和工艺因素的影响，桥面板可能会出现局部不平、翘曲或位移等问题。这不仅会影响桥梁的使用功能，还可能导致桥面板和钢箱梁、斜拉索之间的受力分布发生变化，产生不必要的应力集中或疲劳损伤。因此，如何确保桥面施工的精度和质量，是工程团队面临的首要挑战[5]。为了应对这一挑战，工程团队采取了多种技术策略。利用现代化的测量和检测设备，如激光扫描仪和无损检测仪器，对桥面的施工质量进行实时监控，确保其平整度和厚度满足设计要求。同时，考虑到桥面的施工过程中可能出现的温度变化、混凝土收缩等因素，工程团队还在桥面板中设置了预应力筋，以提供必要的预应力，抵消可能出现的应力或位移。但仅仅依靠测量和检测技术还不足以确保桥面的完全调整。桥面的实际受力和变形是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。为了更准确地预测和控制这一过程，工程团队还利用先进的数值模拟技术，模拟桥面的施工和受力过程，预测桥面在不同工况下的位移和应力响应。这种模拟技术不仅为施工提供了有力的决策支持，还为施工过程中可能出现的突发情况提供了预警。通过综合运用现代化的测量和检测技术、预应力技术和数值模拟技术，工程团队成功地确保了桥面施工的精度和质量，为桥梁的长期稳定使用打下了坚实的基础。

（四）环境因素对施工的影响及应对方法

环境因素在黄河特大桥斜拉桥钢箱梁的施工中扮演着不可忽视的角色。施工环境的复杂性，特别是黄河地域的特定气候条件和地理特点，给桥梁施工带来了许多挑战。位于黄河流域的施工地点经常受到强风、温度波动、河水位变化和季节性气候影响。例如，强风可能影响到大型施工机械的稳定性，特别是在进行高空作业时。温度波动和湿度变化则可能对混凝土固化过程和材料的性质产生不良影响，从而影响到桥梁的结构安全性和使用寿命。河水位的季节性变化则可能导致施工平台的浸泡或基础设施的受损。为应对这些环境因素的挑战，在施工中应该采取多种技术策略。对于强风带来的影响，使用了具有强大稳定性的重型施工机械，并结合现场风速监测设备，实时评估风险，确保施工安全。对于温度和湿度的变化，引入了特殊的混凝土和施工材料，并利用先进的混凝土固化监控技术，确保混凝土在最佳条件下固化。此外，施工团队还应该密切监测河水位的变化，根据实际情况调整施工进度和方法，确保施工质量和安全。除了针对特定的环境因素采取措施，也加强了施工现场的整体环境监测能力。利用现代化的环境监测设备，如气象观测站、水位监测仪和温湿度传感器，实时收集施工现场的环境数据，并将这些数据输入到施工管理系统中，为施工决策提供有力支持。可以说黄河特大桥斜拉桥钢箱梁施工中，环境因素带来的技术难点不容小觑。但通过综合利用现代技术和管理方法，能够成功地应对这些挑战，确保了桥梁施工的顺利进行和工程质量的可靠性。

总结：

综上所述，黄河特大桥的建设不仅是我国基础设施发展的一个里程碑，更在斜拉桥钢箱梁的安装施工方面展示了卓越的技术实力与创新能力。斜拉桥以其独特的设计与大跨度解决方案，已逐渐成为现代桥梁建设的首选，而钢箱梁作为其核心结构，确保其稳固性和持久性至关重要。黄河特大桥的施工技术不仅对当前的桥梁工程界提供了宝贵的经验和教训，更为未来的技术挑战和工程实践提供了预见性的指导。同时，这项研究也强调了继续深化桥梁建设领域研究的重要性，以确保我国在全球基础设施建设领域的领先地位并不断推动技术创新。

参考文献：

[1]李亮亮,姜立国,张显跃.水位大落差无通航江域混合梁斜拉桥主跨钢箱梁架设方案比选——以独塔混合梁金沙江特大桥施工项目为例[J].工程技术研究,2022,7(20):170-172.

[2]吕品晶.赣江特大桥钢箱梁合龙施工关键技术研究[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2022,21(02):16-19+24.

[3]徐兴国.西江特大桥混合梁斜拉桥钢箱梁架设关键技术[J].铁道建筑技术,2021(07):93-96.

[4]袁少洋,马健,张皓等.勐古怒江特大桥主桥斜拉桥钢箱梁设计难点[J].山西交通科技,2020(01):71-76.

[5]万华,揭晓.南洞庭特大桥岸区边跨钢箱梁安装关键技术[J].湖南交通科技,2019,45(03):131-134+198.

个人简介：

作者:王化禹

出生年月：1970年09月

性别：男

民族：汉

籍贯：山东省济南市

学历：本科

现有职称：高级工程师

研究方向或主要从事工作：桥梁工程的设计与施工