山区大跨斜拉桥钢主梁架设工艺经济性比较

廖万辉，李明，周大庆，汪杰，许红胜

（1.贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550008；2.长沙理工大学，湖南长沙 410114）

0 引言

随着我国交通基础设施建设的快速发展，近年来建成的白居寺长江大桥、嘉鱼长江大桥、鸭池河大桥、北盘江第一桥、平塘特大桥等桥梁，标志着我国斜拉桥建设水平已经跨入国际先进行列。受地形与运输条件的限制，我国针对山区特大跨斜拉桥主梁架设，发展出了散件悬臂拼装法、缆索吊装、整节段纵移悬拼等创新工艺；特别是钢主梁整节段纵移悬拼安装工艺为我国原创新工艺，通过在北盘江第一桥及平塘特大桥的成功应用，取得了良好的国际声誉。

1 钢主梁架设工艺

基于斜拉桥的桥型特点，节段悬臂提升安装法和顶推法在我国跨江河斜拉桥主梁施工中应用较广。由于山区大跨斜拉桥建设受地形和节段运输条件的限制，传统的主梁架设工艺多采用散件悬臂拼装和连续顶推法；近年来，随着我国施工设备大型化和智能化，缆索吊装和节段纵移悬拼等新工艺逐渐发展成熟。

1.1 工艺应用情况

下面针对近年我国建成的部分大跨度斜拉桥工程实例的钢主梁架设工艺进行了统计和说明。

1.2 工艺适用性分析

下面结合各主梁架设工艺的特点，对各工艺在地形适用性和施工临时设施消耗以及工期效率方面的差异进行了分析比较。

通过分析可以看出，虽然节段悬臂提升安装法具有最优的经济性和成熟度，但无法适用于山区大跨斜拉桥普遍面临的桥位环境，因此适用于山区大跨斜拉桥钢主梁架设工艺的主要为散件悬臂拼装法、缆索吊装法和节段纵移悬拼法。表1为近年建成的部分大跨度斜拉桥钢主梁架设工艺情况一览表。表2为各钢主梁架设工艺适用性和施工临时设施消耗比较情况。

表1 近年建成的部分大跨度斜拉桥钢主梁架设工艺情况一览表

表2 各钢主梁架设工艺适用性和施工临时设施消耗比较情况

2 方案比选分析

施工工艺的选择是前期施工方案准备的重要环节，合理的施工工艺不仅能保证工程项目的质量和安全，还能降低工程成本和缩短工期。以某大跨斜拉桥为例，进行主梁架设工艺的安全、工期及成本指标比选。该桥桥位处于山区V形峡谷上，桥面距谷底约280m，桥下无运输条件。桥型设计为双塔双索面半漂浮体系钢混叠合梁斜拉桥，主梁采用工字形钢梁，桥面板采用预应力混凝土，主桥全长898m，主跨528m。结合该项目，对适合山区钢主梁架设的散件悬臂拼装法、缆索吊装法和节段纵移悬拼法三种施工工艺从施工可行性、设备物资使用、工期、施工成本等方面进行经济性比选，以确定适合的综合优选方案。图1为三种施工方法的施工照片。

图1 架设工艺施工照片

2.1 主要设备分析

散件悬臂拼装法与节段纵移悬拼法虽工艺不同，但两种施工工艺设备物资投入形式基本一致，仅在运梁装置和桥面吊机的形式上略有不同，纵移悬拼法采用检修轨道运梁，需增加垂直起吊系统从地面预拼场提升梁段；缆索吊装法需要一套独立的缆索吊机系统，包含锚固系统和缆索系统的施工，但省去了桥面吊机和运梁轨道的设置。

2.2 工期分析

三种施工工艺前期塔位处主梁节段的架设工艺基本相同，安装时间均在25d左右，为突出各施工工艺的特点，仅对标准节段的架设工期进行比较。

（1）散件悬臂拼装工艺将叠合梁拆分为主梁、纵横梁、桥面板进行运输，转运次数较多。在吊装时，空中散拼作业效率低，耗费时间长，架设一个节段的时间约为9d，总工期约6.5个月。

（2）纵移悬拼工艺梁段架设的辅助设施使用材料少，施工方便，整节段运输效率高，并且整节段吊装具有刚度大、临空作业面少的特点，受恶劣天气的影响小，对工期的把控更加明确。架设一个节段的工期在4.5d左右，与空中散拼工艺相比节省了约4.5d工期，总工期约3.5个月。

（3）缆索吊装工艺的锚固系统可在前期与其他施工阶段平行作业，缆索系统待主塔封顶后，可以将主塔作为桅杆进行施工以节省工期。在进行整节段架设时，两岸对称架设一个节段的工期较纵移悬拼稍短，约为4d，总工期约3个月。表3为各工艺的总工期对比分析表。

表3 各工艺的总工期对比分析表

2.3 施工成本分析

基于材料用量、设备安装拆卸、机械设备使用数量、人工、管理等，利用一次投资和工期成本分析各工艺方法的综合成本。一次投资包括材料和设施安装拆卸费用，月支出主要由设备租赁、人工、管理等费用组成，可通过工期长短来进行成本控制。

2.3.1 材料、机械及人工对比

以该项目为例，统计各施工方法的钢材和混凝土用量、机械设备使用数量、人工数量，可得到仅缆索吊装工艺涉及混凝土的使用，用量约为2 000m3，且钢材的使用量也很大，约800t，而散件悬拼工艺和节段纵移悬拼工艺钢材使用量分别为80t和30t；从机械使用情况来看，缆索吊装工艺主要使用缆索吊系统，散件悬拼工艺和纵移悬拼工艺在机械设备投入形式方面基本相同，主要采用桥面吊机；散件悬拼工艺后场无需设置预拼装场地，后场使用设备较少。散件悬臂拼装工艺人工需求量最大，缆索吊装工艺次之，节段纵移悬拼工艺最小。

缆索吊装系统相对独立，锚固系统和缆索系统的施工需要大量混凝土和钢材，增加了材料使用数量；散件悬臂拼装法和节段纵移悬拼法无需使用混凝土，其钢材的消耗主要是用于运梁轨道的架设，并且纵移悬拼工艺利用梁底检修车轨道运梁，仅需对轨道不足部分进行定制，节省了大量材料；散拼相较于整节段，在预拼时所需的机械设备少，通过桥面运梁后用桥面吊机空中散拼，节省了垂直起吊设备的使用；缆索吊装工艺因梁段的运输和吊装都交由前期安装完成的缆索系统，机械设备多在预拼装时使用；散件悬臂拼装工艺因其杆件转运次数多，空中散拼接头多，临空作业时间长，对人工的需求最高。

2.3.2 成本对比

从每月投入费用和一次投资费用对比分析各工艺的费用投入情况，散件悬臂拼装法、缆索吊装法、节段纵移悬拼法在每月机械设备租赁、管理和人工的投入费用分别为：157.2万元、126.1万元、142.6万元；一次投资费用分别为：47.3万元、742万元、17.3万元。

图2 各工艺费用类型对比

通过综合对比散件悬臂拼装法、缆索吊装法、节段纵移悬拼法三种工艺不同的费用类型，在引入工期的前提下，进行组合后得到各工艺总成本，分别为：1 069.1万元、1 120.3万元、516.4万元。节段纵移悬拼法一次投资费用最少；缆索吊装法由于投入大量材料并且安装费用高，在总成本中占比大；散件悬臂拼装法由于消耗人工较多，且工期较长，其一次投资费用处于中间位置。

3 安全风险分析

山区特大跨斜拉桥的建设具有施工风险大、施工工艺复杂等特点，安全风险始终伴随桥梁工程的施工进度，对桥梁施工过程安全风险源进行辨识是必不可少的一项内容。结合上述三种施工工艺，对该项目中可能存在的风险源进行综合分析。

各工艺主要安全风险类型均为高空作业、设备条件、结构安全。散件悬臂拼装法受峡谷不规则风环境因素影响大，且吊装作业临空面多，空中作业工作量大；缆索吊装法缆索控制系统、临时结构安全至关重要；节段纵移悬拼法待安装节段在纵移过程中对已架设主梁节段的影响需进行计算分析。散件悬臂拼装法高空作业时间长，风险最高，缆索吊装法及节段纵移悬拼法空中只对接节段接头，将大部分拼装工作转移至地面拼装场地，从根本上降低了安全风险。

为有效降低施工风险，在施工前，应对施工临时结构进行验算分析，对设备进行试吊试验及验收，加强技术交底；施工过程中，应加强对施工人员的班前教育和安全防护措施检查，及时跟踪监控施工设备的运行状态，对结构局部受力与位移较大的部位进行临时加固和实时监控测量并设置预警值，加强日常巡查及设备维保工作。

4 结语

本文从适用性、物资设备使用、工期、施工经济性等方面对山区大跨斜拉桥钢主梁三种常用架设工艺进行经济性比选，并分析其安全风险，得出结论如下：

（1）节段纵移悬拼法较散件悬臂拼装法相比，能有效减少空中作业量和降低施工人员安全风险，且整节段具有较大的刚度，能降低恶劣天气的影响。

（2）从物资设备使用方面看，散件悬臂拼装法和节段纵移悬拼法的设备投入形式相对合理；缆索吊装法前期需投入大量费用来进行锚固系统和缆索吊机设备的施工。

（3）结合工程经济性分析表明，节段纵移悬拼法一次投资费用相对较少，总工期占用相对较短，从总体施工成本核实角度分析，该方法在施工经济性方面最优。

通过分析，节段纵移悬拼法在保证质量安全的前提下，可有效缩短工期和节省施工成本，经济性优良，可作为综合比选的推荐方案。