北盘江特大桥位于贵州省六盘水市都格乡, 是杭瑞高速毕都公路的控制性工程, 大桥跨越云贵两省交界的北盘江大峡谷。主桥全长1 232m, 为双塔双索面7跨连续钢桁梁斜拉桥, 桥跨布置为 (80+2×88+720+2×88+80) m。全桥钢桁梁共分为93节段, 主跨共划分为Z0~Z28及合龙段 (HL) 共29×2+1=59个节段, 均为12m节段;每个节段为1个12m节间, 共含2片主桁、1片主横桁架、1根中纵梁、2块正交异性钢桥面板及下平联。边跨共划分为B0~B16共17×2=34个节段, B0~B3节段为12m节段, 构造与主跨节段相同;B4~B15节段为16m节段, 每个节段为2个8m节间, 共含2片主桁、2片主横桁架、2根中纵梁、4块正交异性钢桥面板及下平联;B16节段为8m节段, 为1个8m节间, 共含2片主桁、1片主横桁架、1根中纵梁、2块正交异性钢桥面板及下平联, 桥梁整体结构布置如图1所示, 钢桁梁结构如图2所示。

通过调研国内外多座公路、铁路钢桁梁斜拉桥上部结构施工, 钢桁梁斜拉桥上部结构施工主要有大节段吊装法、缆索吊装法、边跨向中跨单向悬臂法、对称双向悬臂法和顶推施工法等方案。

北盘江大桥跨越云贵两省交界的北盘江大峡谷, 施工建设具有风大、坡陡、高山峡谷船舶无法进入以及杆件运输拼装场地狭窄等特殊自然条件影响的特点, 且该桥由跨中向两侧分为2个标段各自施工, 两岸无可行道路连接, 综上所述, 大节段吊装法和缆索吊装法在本项目均无法实现。主要对以下4种方案进行比选: (1) 方案1先边跨顶推施工, 后中跨悬臂拼装; (2) 方案2先边跨悬臂拼装, 后中跨悬臂拼装; (3) 方案3全桥顶推施工; (4) 方案4边、主跨对称悬拼拼装, 如图3, 4所示。

钢桁梁杆件在工厂加工完成后运输至北盘江大桥小里程侧胡寨大桥桥面存放, 拼装时采用1台40t门式起重机转运至0号墩处, 再采用1台60t门式起重机将钢桁梁杆件散拼, 并与钢导梁形成整体, 最后进行顶推施工, 顶推完成后在平台上继续拼装下一个钢桁梁节段, 如此循环。

待边跨顶推施工完成后, 在钢桁梁顶进行桥面起重机安装, 开始中跨悬臂拼装。

根据计算, 若边跨主梁采用悬臂拼装施工, 其最大悬臂拼装长约52m, 在0号过渡墩旁设置>30m长的起始段拼装平台, 同时分别在1~2号墩、2~3号墩之间设置2个临时墩, 保证边跨主梁悬臂拼装长度≤52m。再由桥面起重机从0号墩开始逐步向3号主塔进行悬臂拼装施工。边跨悬臂拼装完成后, 由桥面起重机继续向中跨进行悬臂拼装。

1) 子方案1中跨设置3个临时墩边跨施工同方案1, 根据计算分析, 中跨采用顶推施工时, 需设置3个临时墩, 其中最大临时墩高达280m, 此支架搭设困难, 几乎不可实施, 故本方案直接放弃。

2) 子方案2中跨设置1个临时墩+跨主塔塔顶活动拉缆顶推施工中, 在跨中设置1个临时墩, 并在塔顶设置活动拉缆, 主梁上每隔24m设置1道临时拉缆, 全桥共设9对临时拉缆, 拉缆最大拉力约为8 450k N, 塔顶鞍座承受压力约为130 000k N, 如图6所示。

3) 子方案3:中跨设置1个临时墩+跨主塔上横梁活动拉缆顶推施工中, 跨中设置1个临时墩, 并在主塔上横梁设置活动拉缆, 主梁上每隔24m设置1道临时拉缆, 全桥共设9对临时拉缆, 拉缆最大拉力约为13 000k N, 塔顶鞍座承受压力约为130 000k N, 如图7所示。

4) 子方案4:中跨设置1个临时墩+临时扣塔顶推施工中, 跨中设置1个临时墩和1个临时扣塔, 主梁上每隔24m设置1道扣索, 全桥共设18对扣索, 扣索最大拉力约为11 220k N, 扣塔承受压力约为100 000k N, 如图8所示。

边、主跨悬臂拼装:在下横梁设置三角托架作为塔区梁段拼装平台, 在主塔一侧安装桥式起重机配合塔式起重机进行塔区梁段安装, 并采用拖拉法完成塔区梁段拼装就位, 塔区梁段拼装完成后在梁顶安装桥面起重机, 钢桁梁通过桥面起重机对称向两侧悬臂拼装。

通过分析以上4种方案得出方案4相对于方案1~3的最大不同在于起始拼装点和拼装方向不同, 重点分析方案4后可知其存在以下主要缺点。

1) 边、主跨不对称 (边跨标准节段8m, 主跨标准节段12m) , 悬臂拼装过程中主塔两侧主梁长度和质量均不同, 施工控制难度大。

2) 施工时需在1, 2号辅助墩处压重后再进行斜拉索安装, 1, 2号辅助墩处需先形成钢桁梁。

3) 钢桁梁杆件需运输至主塔下侧, 而北盘江大桥地处深切峡谷地区, 便道情况复杂, 杆件运输困难。

4) 根据施工安排, 本桥钢桁梁预备以桁片为单元进行拼装以提升施工效率, 而3号主塔下方无大型拼装场地, 无法满足桁片拼装需求。

根据以上情况分析, 方案4不适用于本桥。其次, 将北盘江大桥边跨、主跨分别进行悬臂拼装和顶推方案的比选, 如表1, 2所示。

根据以上对比分析, 边跨施工推荐顶推方案。中跨施工推荐悬臂拼装施工方案。综上, 北盘江大桥上构钢桁梁推荐采用边跨顶推+中跨悬臂拼装的总体施工方案。

世界第1高桥———北盘江大桥地处北盘江大峡谷, 桥面至谷底深达565m, 桥位处地势陡峭, 施工条件恶劣, 通过对北盘江大桥上构钢桁梁总体施工方案的比选研究, 分析了目前普遍采用的4种不同总体工艺的适用性, 并最终确定了边跨顶推+中跨悬拼的实施性方案, 该方案在北盘江大桥的顺利实施验证了本研究的正确性。