修建一条长400米的大桥大概分哪几个步骤,主要难点在哪里_办公室装修

数百米高峡谷建千米长桥用飞艇“飞针引线”连接湘渝的悬索桥如何建成？

出品| 网易新闻

作者| 须臾千秋

修建一条长400米的大桥大概分哪几个步骤,主要难点在哪里

小编前言

要将悬索从一端送到对岸，架设过程犹如“穿针引线”，要采用遥控氦气飞艇施放先导索。大桥所处山体极其陡峭，设计采用了桥隧相连、塔梁分离结构，布置十分紧凑。峡谷风速极高，大桥被设计成双层，将桥面设置成刚度较大的钢桁架形式，进而抵抗大风的扰动。

在南方修建高速公路从来都不会一帆风顺。这里山峰林立，地势陡峭，一段100公里的高速公路中有30公里不是在穿隧道，就是在过大桥。

而南方人口稠密，修好一条高速公路往往能够极大地带动经济发展，为几千万人的生活提供便利。

在一条绵延上千公里的高速公路上，往往有几个施工难度非常高、不确定性很大的节点工程，控制着整条高速公路系统的总工期，它修不好，整条路就没有意义，这样的工程叫做“控制性工程”。

在连接重庆与湖南一亿多人口的渝湘高速公路上，矮寨特大悬索桥就是这样一个控制性工程。我们现在能够吹着口哨开着车，仅花八个小时就从重庆开到长沙，一定要感谢这座大桥的顺利通车。

矮寨特大悬索桥位于湖南省吉首市矮寨镇境内，于年3月建成通车。它是一座双层四车道高速公路、观光通道两用桥梁，横跨德夯大峡谷，主跨长达米，是世界最长的跨峡谷悬索桥。

大桥的桥面设计标高与谷底高差达335米左右，山谷两侧悬崖距离在900米到米之间变化，地形地质条件复杂，施工难度之大闻名全国。

（一）山中修大桥，悬索如何架设？

悬索桥是最经典的现代桥梁形式之一。

它是以通过索塔悬挂并锚固于两岸的缆索作为上部结构主要承重构件的桥梁。它靠这悬索根“粗绳”承力，将桥面本身的重量和交通工具的荷载通过细细的吊索吊在悬索上。这样，桥面的重力与交通的载荷就沿着这根吊索传到了两端高耸的索塔中，进而传给地面。

悬索桥结构形式示意图

悬索结构是一种受力非常科学的结构形式。钢材制成的悬索非常适宜承担拉力，它可以使用最小的自重承载最大的交通荷载，并且桥面板受到的弯矩很小，基本不受跨距的限制。

因此，现今的大跨径桥梁多采用悬索桥的形式。

悬索桥虽好，可是该如何将悬索的一端送到对岸呢？这真是一个触及灵魂的问题：要是悬索能够轻易地运送到大桥的另一端，我们也就没有必要修建大桥了嘛！

通常的悬索桥施工，施工队会先把一根较轻较细的先导索想办法送到对岸，固定好，再通过这条先导索，把粗重的悬索顺着这条先导索输送过去。

对于跨江河的大桥，通常使用船只横跨江河，将先导索牵引到对岸。

利用船只牵引先导索

但矮寨特大桥是一个跨山谷大桥，中间没有河流可供通行，即使是一根一毫米的线头也过不去。因此，可以考虑的只有空中牵引架设法。

空中牵引通常使用直升机进行架设。然而，湘西的大峡谷气候多变，不仅十天九雾，而且风速极大，瞬间最大风速达31.9米每秒，严重影响直升机的安全运行。

工程师们最终决定，采用无人驾驶的遥控氦气飞艇施放先导索。这种方法具有施工风险小、抛绳落点准确、高效、环保的优点。

氦气飞艇法施放先导索

不过，氦气飞艇的载重能力非常小，只能引导一根1毫米粗的钢丝线过去，单靠它是不可能经得住直径1米粗的钢悬索主缆的。

施工队采用了非常巧妙的办法，步步为营，将钢丝绳逐级放大：先用这跟1毫米的细线吊一根6毫米的钢丝过去，再用6毫米的钢丝吊9毫米的，接着再吊16毫米、22毫米……最终将直径85厘米、分成169股的主缆架设成功。

（二）山谷中的施工空间小，索塔桥梁分开建造

悬索桥的悬索是要搭在桥两端高耸的索塔上的，整座大桥和上面车辆的重力最终都由这两座高塔承担。在一般的悬索桥设计中，桥塔与桥梁相互联结以提高桥梁的稳定性。

但由于矮寨特大桥所处的山体极其陡峭，设计采用了桥隧相连的形式，布置十分紧凑，这使得矮寨特大桥索塔位置距离悬崖边缘仅有不到100米，下面即是数百米高的谷底。

如果采用传统的塔梁联结法施工，需要开挖大量的山体。不仅占用工期，而且还有潜在的破坏地质稳定性的可能，造成安全隐患。

因此，工程部采用了塔梁完全分离结构，并缩短钢桁桥梁的长度，不仅保障了安全，而且节约了工期和造价。

塔梁分离，先塔后梁，极大地提高了施工效率

然而，采用塔梁分离式结构会使得钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，出现吊索卸载应力为零的情况，进而使得钢桁梁转角位移大，钢桁梁的上、下弦应力超标。

结构设计中有一个常识，就是往往不怕均匀分布的大荷载，而最害怕荷载忽大忽小，应力分布不均，这可能会使结构在最薄弱的地方发生断裂。

为了应对这一问题，大桥的设计采用了增加竖向锚固拉索方案，在桥面板缺失的部分设置竖向锚固拉索，通过锚固于岩石上的预应力岩锚的拉力代替桥板的重力，将悬索内部的拉力维持恒定。

这是在悬索桥的建设中首次使用大型岩锚吊索。大桥的吉首一侧设置了1对岩锚吊索，茶峒一侧则设置了2对。岩锚吊索作为应力调节器，让大桥的主梁始终保持受力平衡的状态。

岩锚通过将锚深深打入岩石中来代替桥板的重力拉住吊索，保持结构稳定

为了对岩锚底座进行锚固，工程还首次采用了碳纤维预应力索，将岩锚吊索所受的拉力传至地面岩体上。常规岩锚索预应力筋材通常采用钢绞线，而矮寨大桥经研究试验后，采用了高性能的碳纤维作为预应力筋材。

与传统钢绞线相比，碳纤维材料重量更轻、强度更高，尤其具有耐腐蚀的特点。在地下水活动频繁的岩层中，碳纤维预应力索的寿命可以比钢绞线长三倍以上，在桥梁的全寿命周期中提供充分的安全保障。

碳纤维筋材

矮寨大桥的紧凑布置还使得大桥的索塔、锚碇和临近的隧道之间会相互影响，这也可能造成局部的应力集中，进而对山体产生破坏。

在施工阶段，隧道开挖、掘进、锚碇与索塔的建设都会对山体的应力产生影响。不过，设计者运用了FLAC-3D岩土工程分析软件建立岩体的本构模型，对山体的整体稳定性进行了分析计算，并采用了必要的加固措施和巧妙的设计改变了区域内的应力分布，保证了山体的稳定和桥梁结构安全。

（三）大桥如何对抗峡谷中的大风？

矮寨大桥所处的峡谷风速极高，这对于柔性的悬索桥来说是非常不利的。

在一千多米的尺度上，悬索桥是一种非常轻盈的结构，有很大的变形空间。这种柔性有时是件好事，可以使得悬索桥在内、外力的作用下“宁弯不折”，即使遭遇地震、沉降等自然灾害也不易损坏；但在强风作用下，就很容易发生摇摆、振动，进而危害桥梁安全。

矮寨大桥之所以设计成双层，也是为了将桥面设置成刚度较大的钢桁架形式，进而抵抗大风的扰动。

大桥还在桥板中间设置了许多的加劲梁以保证桥面板的刚度。加劲梁的架设采用轨索移梁法，利用大桥的悬索作为轨道，在其下端安装临时吊鞍与水平轨索，再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道，实现由跨中向两端拼装大桥的钢桁加劲梁，施工效率很高的同时，大桥的安全与施工精度也得到了保障。

采用轨索移梁法将大桥节段拼接起来

此外，为了确保大桥的抗风稳定性和安全性，湖南大学风工程试验中心专门围绕该桥的抗风设计问题，制作了1:245的全桥气弹模型，做了系统的计算分析以及风洞试验研究，全面检验了矮寨大桥的抗风性能，确保大桥完全满足抗风设计要求。

作为加强，桥面系的上下还分别布置了纵向抗风稳定板。上稳定板与两道内侧防撞栏结合，下稳定板则与主横桁架相连。风洞试验结果表明，稳定板的设置提高了矮寨大桥的气动稳定性能，使得各攻角均满足了颤振检验风速的要求。

考虑到山区风环境极其复杂，桥上还专门建立了远程控制的新型悬索吊挂式风环境观测系统。长期观测资料将充实和修正现有风环境研究结果，不仅可以服务于矮寨大桥工程，而且也给其它山区大桥的抗风设计提供依据，一举多得。

结语

矮寨特大桥的贯通，将内蒙古的包头与广东的茂名连在一起，打通了中国的一大南北通道。大桥本身也在跨径和施工方案上做出了多个世界级创新，成为了世界悬索桥建设史上的一座里程碑。

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装配式桥梁施工，从墩台到索塔，一篇全搞定！

随着体外预应力技术的发展、体内预应力筋腐蚀等问题的出现，装配式施工方法在国内越来越火，还不赶紧来学学？

一、装配式墩台施工

装配式墩台是将高大的墩台沿垂直方向、按一定模数、水平分成若干构件，在桥址周围的预制场地上进行浇筑，通过车船运输至现场，起吊拼装。

装配式墩台的主要特点是：可以在预制场预制构件，受周围外界干扰少，但相对来说，对运输、起重机械设备要求较高。装配式柱式墩系将桥墩分解成若干构件，如承台、柱、盖梁(墩帽)等，在工厂或现场集中预制，再运送到现场装配成桥墩。其施工工序主要为预制构件、安装连接与混凝土填缝。其中拼装接头是关键工序，既要牢固、安全，又要结构简单便于施工。

常用的拼装接头有以下几种：

（1）采用有粘结后张预应力筋连接构造

有粘结后张预应力筋连接构造往往配合砂浆垫层或环氧胶接缝构造实现节段预制桥墩的建造，方案中的预应力筋可采用钢绞线或精轧螺纹钢等高强钢筋。该构造特点是预应力筋通过接缝，实际工程应用较多，设计理论和计算分析以及施工技术经验成熟。不足是墩身造价相对传统现浇混凝土桥墩要高许多，同时现场施工需对预应力筋进行张拉、灌浆等操作，施工工艺复杂，施工时间较长。

（2）灌浆套筒连接

预制墩身节段通过灌浆连接套筒连接伸出的钢筋，墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层，墩身节段之间采用环氧胶接缝构造。构造特点是施工精度要求较高，现场施工所需时间短，同时也不需要张拉预应力筋，现场工作量显著减小，其正常使用条件下的力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似，因此具有一定的经济优越性。从国外应用经验看，低地震危险区已开始广泛应用，高地震危险区域的应用和科学研究还在进行中。

（3）灌浆金属波纹管连接

该连接构造常用于墩身与承台或墩身与盖梁的连接，预制墩身通过预埋于盖梁或承台内的灌浆金属波纹管连接墩身内伸出的钢筋，在墩身与盖梁或承台之间的接触面往往采用砂浆垫层，墩身节段之间采用环氧胶接缝构造，见图5所示。该构造现场施工时间短，但需要满足纵筋足够的锚固长度，其力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似。目前国外已有少数桥梁使用这种连接构造进行施工，高地震危险区域内应用较少，其抗震性能如何目前仍在研究中。

（4）插槽式连接

插槽式连接构造如图6所示，已在一些桥梁工程中得到应用，主要用于墩身与盖梁、桩与承台处的连接，与灌浆套筒、金属波纹管等相比，优点是所需施工公差可以大一些，现场需要浇筑一定的混凝土。

（5）钢筋焊接或搭接并采用湿接缝

预制拼装桥墩预先伸出一定数量的钢筋以便与相邻构件预留钢筋搭接，需设临时支撑，钢筋连接部位需通过后浇混凝土（湿接缝）方式连接，这也是目前国内较多采用的节段拼装桥墩的设计思路。采用该构造建造桥墩，力学性能往往与传统现浇混凝土桥墩类似，但湿接缝的存在会增加施工时间和现场钢筋搭接、浇筑的作业量，从快速施工角度考虑，该方案存在一定不足。

（6）承插式连接

承插式接缝连接构造是将预制墩身插入基础对应的预留孔内，插入长度一般为墩身截面尺寸的1.2～1.5倍，底部铺设一定厚度的砂浆，周围用半干硬性混凝土填充。优点是施工工序简单，现场作业量少；不足是接缝处的力学行为如何，特别是抗震性能如何，尚需进一步研究。国内北京积水潭桥采用该连接构造建造，美国一些桥梁也采用该连接构造进行建造。如图所示。

预制拼装立柱的抗震性能

预制立柱的抗震性能是阻碍全预制拼装技术在高地震危险区域桥梁中应用的一个技术难题，为了实现全预制拼装技术的全面推广应用，必须对预制拼装立柱的抗震性能展开深入的研究。以典型实际工程桥墩构造为原型，选取套筒（Coupler）、波纹管（Duct）和有粘结预应力筋三种预制拼装连接方式，进行了矩形实心节段预制立柱的低周反复水平加载缩尺试验研究，通过对不同构造细节下节段预制立柱试件的拟静力试验和有限元数值分析，研究了不同构造方式下节段预制立柱的滞回特性、延性变形、接缝处的非线性力学行为、损伤和破坏机理等。

试验结果表明，采用套筒（Coupler）、波纹管（Duct）预制拼装连接构造的桥墩与传统现浇混凝土桥墩相比，具有相近的抗震性能，可满足预期抗震性能的要求。有粘结预应力筋连接预制拼装桥墩具有与现浇混凝土桥墩相近的变形能力，但耗能能力较弱。此外，通过计算分析、连接装置试验、对整批试件的制作和运输过程的研究表明，套筒（Coupler）和波纹管（Duct）两种预制拼装连接方式，立柱总体受力、构造连接、抗震性能和整个施工工艺细节均可以满足当前设计和施工的要求，可用于工程实践。

应用实例：

装配式柱式墩台施工应注意以下几点：

（1）墩台柱构件与基础顶面预留杆形基座应编号，并检查各个墩、台高度和基坐标高是否符合设计要求；基口四周与柱边空隙不得小于2cm。

（2）墩台柱吊人基杯内就位时，应在纵、横方向测量，使柱身竖直度或倾斜度以及平面位置均符合设计要求；对重量大、细长的墩柱，需用风缆或撑木固定后，方可放吊钩。

（3）在墩台柱顶安装盖梁前，应先检查盖梁上预留槽眼位置是否符合设计要求，否则应先修凿。

（3）柱身与盖梁(墩帽)安装完毕并检查符合要求后，可在基杯空隙与盖梁槽眼处浇筑稀砂浆，待其硬化后，撤除楔子、支撑或风缆，再在楔子孔中灌填砂浆。

随着预应力技术的成熟与发展，预应力开始应用于墩台上，特别是后张法预应力钢筋混凝土装配式墩台。它的施工方法与装配式柱式墩台施工方法相似，除了安装时的连接接头处理技术之外，节段预制构件之间的连接方式主要依赖于预应力钢束。

后张法预应力钢筋混凝土装配式墩台采用的预应力钢材主要有高强度低松弛钢丝和冷拉Ⅳ级粗钢筋两种。后张法预应力钢筋混凝土装配式墩台的预应力张拉方式有以下两种：张拉位置可以在墩帽顶上张拉；亦可以在墩台底的实体部位张拉。一般采用墩帽顶上张拉。

（1）墩帽顶上张拉预应力钢束其主要特点是：

①张拉操作人员及设备均处于高空作业，张拉操作虽然方便，但安全性较差；②预应力钢束锚固端可以直接埋人承台，而不需要设置过渡段；

③在墩底截面受力最大位置可以发挥预应力钢束抗弯能力强的特点。

（2）墩底实心体张拉预应力钢束其主要特点是：

①张拉操作人员和设备均为地面作业，安全方便；

②在墩底处要设置过渡段，既要满足预应力钢束张拉千斤顶安放要求，同时又要布置较多的受力钢筋，满足截面在运营阶段受力要求；

③过渡段构件中预应力钢束的张拉位置与竖向受力钢筋相互关系较为复杂。预应力钢束的张拉要求、预应力管道内的压浆要求与预应力混凝土梁的要求一致。

应用实例：

预制工艺流程：

承台墩身整体模板桁架体系总重量约420t，采用全钢模设计，主要分为：模板体系、桁架体系、滑移系统及调整系统四个部分。整体一次精确定位。

模板体系：承台外模、承台底模、墩身外模、承台预留孔模板、墩身内模及承台顶面压模。

桁架体系：承台桁架与墩身桁架两部分，支承在滑移系统上。

滑移系统：滑道与滑移装置。

调整系统：模板到位后的微调措施，包括水平调整千斤顶与楔块。

承台及底节墩身混凝土浇筑

承台及底节墩身混凝土浇筑完成拆模

埋床法全预制基础：

采用一套集吊装、导向调位、安装一体化的悬挂系统，该系统除具备预制墩台吊装和悬挂功能外，还具备包括墩台垂直度、竖向标高、平面内位置等调位功能，调位精度达到0.5mm。

二、索塔施工

混凝土索塔：

（1）工程难点

索塔高、柔，极易受日照、温变和风等因素影响，线性控制难度大；

锚固区首次采用钢锚箱，精度要求高，施工控制难度大；

索塔高且离岸远，测量精度难以保证；

大风天气多，有效作业天数少。

（2）关键技术

混凝土索塔控制技术；

钢锚箱安装控制技术。

钢索塔：

三、钢梁悬拼施工

悬臂拼装法是将预制好的节段，用支承在已建成悬臂上的专门悬拼吊机，悬吊于梁位上逐段拼装，与已成型节段锚固后，在拼装下一节段，拼装长度一般2－5m为宜。

悬拼按照起重吊装方式的不同分为：浮吊悬拼、牵引滑轮组悬拼、连续千斤顶悬拼、缆索起重机（缆吊）悬拼及悬臂吊机。悬拼的核心是梁的调运与拼装，梁体节段的预制是悬拼的基础。悬拼施工工序主要包括梁体节段的预制、移位、存放、运输；梁段起吊拼装；悬拼梁体体系转换；合拢段施工。

四、混凝土节段梁施工

预制节段（钢筋砼节段、钢梁节段）拼装施工法：是将桥梁的梁体纵向划分为若干节段块，在工厂里或桥位附近的预制场内预制后，运至桥位，然后通过施加预应力，将节段块组拼成为整体结构。是近四十年内才发展起来的施工方法，被广泛应用于钢筋混凝土及钢桥施工中。

节段的预制主要有长线台座法和短线台座法。

长线台座法就是按照设计的制梁线型，将所有的块件在一个长台座上一块接着一块的匹配预制，使两块间形成自然匹配面。该方法的优点是容易控制几何形状，而且在预制过程中不积累偏差，对于已制块件的偏差可以通过下一个块件及时调整，更可多点同时匹配预制，加快施工进度，除此之外，使用该方法预制构件完成脱模后，不必立刻转运到贮放地。

但是该方法也有如下不足：①占地面积大；②台座必须建筑在坚固的基础上面。③弯桥还需形成所需曲度。④浇筑、养生等设备都是移动式的。

短线台座法施工是指每个节段的浇筑均在同一个模板内进行，其一端为一个固定模，而另一端为一个先浇筑的节段，模板的长度仅为一个节段的长度，模板是不移动的，而梁段则由浇筑位置移至匹配位置后运至存梁场。这种方法占地面积较小，可以形成流水线作业，提高了施工速度，适用于节段类型变化较多，模板倒用较频繁的工程需求。它的不足之处主要在于要求匹配段必须非常精确的放置，因而需要精密的测量仪器设备以及精确的测量和控制方法。

混凝土节段梁预制：

节段梁搬运：节段合理搬运的起吊点应选取合适，以便把节段应力控制在允许的范围内。

节段梁堆放：节段必须按能避免翘曲和二次应力的方式堆放，地坪能为节段提供良好的支承；节段的腹板下方和紧靠腹板处应支架起来，叠堆时应将上面节段的重量由腹板直接传递，避免顶、底板弯曲传力。

节段梁运输：由于混凝土梁体节段自重较大，因此混凝土梁体节段预制场地一般选在离桥位较近处，采用轮胎式搬运机、运梁车或运梁轨道车运输至桥位拼装。

节段梁拼装：

（1）满堂支架法：

（2）少支架法（多用于钢梁）：

由于满堂支架要求对桥下整个地基进行处理，费用较大，施工周期长。因此条件允许的情况下一般将节段加长，采用少支架形式进行拼装施工。

（3）逐跨拼装法：

是上部结构按一个方向架设,一次完成一跨。在施加预应力前，预应节段通过下悬梁(主梁下方)或架桥机(主梁上方)临时支承。架设完的主梁可以简支在桥墩上，也可通过后张预应力将几孔联成连续结构。

适合中小跨径、全体外和体内外混合的预应力凝土简支梁桥、逐跨简支变连续的连续梁桥。施工方法主要设备是一根长度小于（或大于）两倍标准跨长的钢桁架导梁、起吊平车、导梁行进及调整等设备组成。

如果节段位于导梁下用吊挂方式拼装，架桥机称为上导梁式架桥机；如果节段位于导梁之上用支撑方式拼装，架桥机称为下导梁式架桥机；导梁将承受一跨预制节段的重量。

（4）平衡悬臂法：

是以一个桥墩为中心，对称顺序拼装节段。每一节段与前面的已装节段达成一体，自我平衡，并作为下一节段的拼装基础。对于每个施工步骤，悬臂结构通过张拉设置在箱梁节段中的预应力钢束来确保其安全和稳定。节段的吊装则可通过桥面支承吊机、导梁或地面起重机进行。

适合悬臂施工的、中大跨径体内外混合的预应力混凝土桥梁。

（5）悬臂拼装法

利用在已拼结构悬臂上移动的简单装置，来保证节段起吊、平移和拼装；起吊设备装在平车上，平车在桥面轨道上行驶。

适合悬臂施工的中大跨径桥梁。

（6）缆索吊装法

利用悬挂的缆索运输和安装构件的施工方法。

一般适用于拱桥的拱肋或梁体以及悬索桥主梁施工。

体外预应力筋安装：体外预应力钢绞线束通常采用HDPE管作为外套管，为使钢绞线在外套管内排列整齐，并有可能实现单根钢绞线调整、更换，应采用按序单根安装的方法。

体外预应力筋调整与更换：

1）当体外预应力筋拉力需要调整时，可卸掉保护罩、清除防腐油脂，采用专用千斤顶张拉或放松钢绞线，然后重新安装保护罩、注满防腐油脂；

2）当体外预应力筋需要更换时, 采用专用连接器将新、旧钢绞线连接，抽出老钢绞线、拉入新钢绞线，然后张拉、重新安装保护罩、注满防腐油脂。

节段接缝拼接方法通常采用三种方法处理：

1）不作处理的干接缝；

2）涂以环氧树脂的胶接缝；

3）浇以水泥混凝土的湿接缝。

湿接缝主要用于合拢节段或连接段；体内、体外混合预应力桥梁和循环冻融地区应采用胶接缝，胶接缝处体内预应力筋管道口拼合前应设密封垫圈。

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