《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）—第一部分桥梁工程篇《大跨度PK宽箱混合梁斜拉桥建造关键技术》

本期项目简介

完成单位：中国铁建大桥工程局集团有限公司、中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司、中交公路规划设计院有限公司

主要完成人：李春江、赵健、刘明虎、刘成涛、刘春成、张广涛、彭志川、沙权贤、于浩业、孙宏伟、王方旭、李福友、林凤国、高伟、王伟

项目简介

（一）项目背景

　　近年来，公路斜拉桥为提高通行能力，扩大桥面宽度以满足必要的交通运输条件，多数采用了性价比较高的“PK断面箱梁”，来替代传统的“单箱单室”与“单箱多室”等梁型。但由于目前现有施工技术的局限性造成混合梁斜拉桥的PK断面箱梁结构质量及线型无法达到设计标准，建成后又因运输量大，重型荷载长期作用，以及温度、混凝土收缩、徐变等因素，最终导致混凝土PK断面箱梁在桥梁建成服役后比主跨钢梁提前进入“损伤状态”，使整个结构运营状态发生变化，严重影响斜拉桥的服役年限。由于施工技术引起的质量问题导致后续的结构耐久性下降的案例屡见不鲜，所以混凝土PK断面箱梁与桥塔锚固区防裂控制是保障混合梁斜拉桥服役年限的关键，同时也是目前大跨度混合梁斜拉桥迫切解决的关键技术问题。

（二）技术概况

　　本项目依托大跨度混合梁斜拉桥工程实践，结合国内外公路斜拉桥建造技术需求，开展了大跨度PK宽箱混合梁斜拉桥建造关键技术研究。提出了“桥位短线法”节段预制胶拼施工方法，研发了“超宽混凝土PK断面箱梁施工阶段防裂控制技术”和“空间预应力混凝土结构数值模拟技术”，提出了“钢锚梁式组合索塔锚固结构的设计方法”，研发了“钢锚梁式组合索塔新型钢混结合结构”，共获得授权发明专利2项，实用新型专利4项，软件著作权2项，开发省部级工法3部，发表EI、核心等论文6篇。通过本项目研究开发的施工成套技术对PK断面箱梁的质量有明显的改善，提高了索塔锚固区的结构可靠性。总体技术安全高效、优质环保，经中国铁建股份有限公司和天津科学技术评价中心组织的专家评审，达到“国际领先水平”。

（三）适用范围

　　适用于大跨度PK宽箱混合梁斜拉桥的建造。

（四）获奖情况

　　荣获2020年中国交通运输协会科技进步一等奖，中国铁建股份有限公司科技进步一等奖。

项目创新点

　　创新点1：首次提出了“桥位短线法”节段预制胶拼施工工法，将大跨度PK宽箱混合梁斜拉桥混凝土主梁线形±10mm控制标准提高到了士2mm，高于国内外同类型标准。并在国内外首次实现了主跨820m的大跨度混合梁斜拉桥全部采用“工厂化生产”、“装配化施工”的目标，有效减少了碳排放量，最大程度地降低了对环境的影响。

　　创新点2：研发了超宽混凝土PK断面箱梁施工阶段防裂控制技术，解决了PK断面混凝土梁线形微调的问题，将预制精度提高到了±1mm，保障了高空运输及软基地层、支架沉降与滑移轨道不平顺多种工况作用下的结构质量与安全。

　　创新点3：首次提出了可用于结合部连接件剪力计算的连续弹性介质层法，形成了“钢锚梁式组合索塔锚固结构的设计方法”。研究设计了开孔板式和箱格式壁板两种新型的索塔锚固区钢混结合构造形式，通过试验揭示了其受力机理和承载性能，并成功应用。

　　创新点4：开发了空间预应力混凝土结构数值模拟方法，并采用了介于鱼骨式模型与精细化模型之间的“四维多尺度模型”建立大跨度混合梁斜拉桥整体模型，揭示了施工节阶段PK断面箱梁结构的力学性能及破坏机理，解决了杆系模型计算精度低的问题。

应用案例

　　该研究成果主要在石首长江公路大桥得到了综合应用。石首长江公路大桥是潜江至石首高速公路跨越长江的节点工程，主桥采用主跨820m的双塔双索面单侧混合梁斜拉桥，桥跨布置为（75＋75+75）m+820m+（300+100）m=1445m，北边跨（75+75+75）m及北塔中心线向南26.5m为36节段混凝土PK断面箱梁，南北塔均采用收腿的倒Y型，北塔塔高232m，南塔塔高234m。

　　该桥采用了PK断面箱梁结构，具有断面大、节段重量大（1036t）等特点。同时存在大体积混凝土水化效应明显，收缩、徐变等影响箱梁结构与索塔锚固区施工阶段防裂控难度大等问题。采用大跨度PK宽箱混合梁斜拉桥建造关键技术，有效解决了索塔新型钢锚梁结构设计与施工、超大吨位PK混凝土梁节段预制、胶拼施工、超宽混凝土PK断面箱梁施工阶段防裂控制、大型龙门吊机设计与提升控制等诸多技术难题，确保了大桥顺利完工，施工质量满足规范要求。

社会效益与经济效益

　　本项目提出的超大双边箱混凝土梁节段预制、胶拼施工技术，同传统的支架现浇施工方式对比，有效减少了支架钢结构用量，预制过程中采用预制管道接长定位施工工艺，缩短了施工工期。综合技术的应用很好地控制了混合梁斜拉桥的PK断面箱梁混凝土裂缝的产生，降低了大桥后期运营和维护成本，符合国家安全、节能减排的方针政策，经济效益明显。

　　通过本技术的研究与应用，提高了大跨度混合梁斜拉桥的建造速度，加快地区交通运输与经济的发展。大桥建设团队通过理论研究、物理模型试验与工程实践，总结形成了大跨度PK宽箱混合梁斜拉桥建造关键技术，提高了我国桥梁建造的技术水平，为施工安全提供了保障，对推动行业技术发展具有重要意义。