雙塔斜拉橋牽索掛籃的應用及懸臂主梁施工

韋廣

（中鐵大橋局集團第三工程有限公司，廣東 廣州 510388）

禹門口黃河大橋位于國道主干線二連浩特至河口公路山西侯馬-禹門口高速公路河津黃河段，主橋布置為（174m＋352m＋174m）雙塔斜拉橋，采用雙索面花瓶型塔柱，承臺以上塔高121.6m。主梁為預應力混凝土邊箱梁，主梁頂寬30.6m，截面中心高3.0m，每隔8.0m 設一道預應力混凝土橫梁，斜拉索錨固在橫梁上，箱梁標準節段長8.0m。上塔柱和中塔柱采用單箱單室等截面矩形斷面，斷面尺寸6.5×4.0m，上、中、下橫梁均為單箱單室等截面結構；下塔柱為變截面，順橋向柱寬自上而下由6.5m 加寬到8.0m，橫橋向自上而下由4.0m 變為5.0m，以增大塔柱剛度。上塔柱為錨固區，錨固端局部構造采用凸齒式，槽表面以厚1cm 鋼板包裹，在上塔柱錨固區采用U 形預應力束及精扎螺紋鋼筋直束加固，以平衡斜拉索水平分力。斜拉索布置為扇形密索體系，雙索面。斜拉索在梁上索距為8.0m，每個塔上設有21 對斜拉索，斜拉索兩端采用可張拉的冷鑄墩頭錨進行錨固。

本橋所使用牽索掛籃系我公司自行設計、制造。掛籃寬度30m，長度20.274m，梁高1m～2.5m 不等。主要由主縱梁、次縱梁、前、中、后橫梁、內外腹桿、掛鉤、吊桿、模板系統等組成，掛籃總重量237.1t。牽索掛籃施工主要分以下幾個步驟：

1 掛籃提升

每套掛籃由8 臺連續千斤頂負責提升到位，提升前在已澆筑的0、1＃塊上拼裝提升平臺，安裝連續千斤頂。提升到一定高度后安裝掛鉤，并進行體系轉換，把掛籃重量從千斤頂轉移到掛鉤上。

2 掛籃施工

掛籃施工主要分為以下幾步：掛籃調整→起吊掛籃→鋼筋模板安裝→掛索并第一次張拉→混凝土灌筑50%→第二次張拉→混凝土澆筑完成→預應力張拉→體系轉換→第三次張拉→松掛籃→掛籃行走到位。

3 掛籃行走

掛籃行走時整個掛籃靠掛鉤懸掛于安裝在箱梁兩側的滑道上，并用兩臺千斤頂頂推掛鉤使之行走到位。

龍門黃河大橋牽索掛籃由主要由承重系統、提升錨固及抗剪系統、定位調整系統、走行系統和模板系統組成，結構簡單，設計輕盈，使用方便。

3.1 承重系統

主要包括兩根鋼箱主縱梁、兩根次縱梁及前、中、后橫梁和前、后腹桿組成。桿件采用箱型結構，在滿足設計要求的前提下，掛籃整體剛度得到加強，受力后變形小，為全橋的線型控制，合攏精度提供了良好的基礎，滿足了掛籃行走時對橫向剛度的要求。

3.2 提升錨固及抗剪系統

主要包括吊桿和剪力鍵。提升千斤頂采用250t 液壓千斤頂，吊桿材質采用40Cr，受力凈截面直徑分別為65mm（內中吊桿）和35mm（外中吊桿和后吊桿）。剪力鍵設置于次縱梁與后橫梁相交處位于后橫梁上，直接頂在主梁橫隔梁上（橫隔梁上設預埋件）用于抵抗斜拉索張拉產生的水平推力。

3.3 行走、定位調整系統

在掛籃的中橫梁兩端部設置的掛鉤，懸掛于設置在混凝土箱梁梁面兩側的滑道上。在掛籃行走時由掛鉤承受掛籃全部重量，整個掛籃由兩臺60t 千斤頂頂推掛鉤行走。掛籃走到位后其平面位置可通過設在次縱梁外側的千斤頂裝置進行微調。在混凝土澆筑時，掛籃由中橫梁處的前吊桿和后橫梁處的后吊桿錨固于已澆筑階段。掛籃試壓合格后，即可進行主梁懸澆的施工，其施工步驟如下：掛籃調整→掛籃錨固→安裝定位索道管→掛索→鋼筋、模板安裝→斜拉索第一次張拉→灌注混凝土50%→斜拉索第二次張拉→混凝土灌注完畢→張拉縱向、橫向預應力→體系轉換→斜拉索第三次張拉→拆除掛籃錨固→掛籃行走到位。

4 懸臂主梁施工

斜拉橋是高次超靜定結構，它對成橋線型有較嚴的要求，每個節點座標位置的變化都會影響結構內力的分配。橋梁線型一旦偏離設計值，勢必導致內力偏離設計值。另外，主梁、索塔和拉索之間剛度相差十分懸殊，拉索垂度、溫度變化，風力和日照影響，施工臨時荷載、混凝土收縮徐變等復雜因素干擾等等，都使力與變形的關系十分復雜。在施工理論計算中，雖然可以采用多種計算方法，算出各施工階段或步驟的索力和相應的梁體變形，但是按理論計算所給出的索力、線型進行施工時，結構的實際變形卻未必能達到預期的結果。這主要是由于設計時所采用的諸如材料的彈性模量、構件重量、混凝土的收縮徐變系數、施工中溫度變化以及施工臨時荷載條件等計算參數，與實際工程中所表現出來的參數不完全一致所引起的。斜拉橋在施工中表現出來的這種理論與實際的偏差具有積累性，如不加以有效的控制和調整，隨著主梁懸臂施工長度的增加，主梁標高最終會顯著偏離設計目標，造成合攏困難，并影響成橋后的內力和線型。因此，斜拉橋施工監測監控是保證斜拉橋達到設計要求的重要手段。

斜拉橋施工控制是一個“施工-測量-計算分析-修正-預告”的循環過程，最基本的要求是在確保結構安全施工的前提下，做到主梁線型和內力符合設計規定的允許誤差范圍內。監控測量是施工控制中的重要環節，包括幾何指標參數測量和力學指標參數的測量。

A、主塔變位測量。主塔在施工和成橋狀態時通過拉索承擔梁體重量。在不平衡荷載和大氣溫差及日照影響下，均會使主塔產生不同程度的變形。為了不影響主梁的架設施工，必須研究掌握塔柱在自然條件下的變化規律以及在索力影響下偏離平衡位置的程度。主塔變位測量包括塔柱順橋向和橫橋向兩個方向的變位值。測量方法是在每個塔柱頂部設置一反射棱鏡，在不同工況，不同時間段，不同溫度情況下用全站儀測量三維坐標。提供塔柱在日照下隨溫度發生縱橫橋向偏移的變化曲線以及在主梁施工過程中塔柱的變位值。

B、梁體線型測量。主梁高程線型測量采用幾何水準測量法，測出已施工各節段的節段控制水準點的絕對標高，再根據各節段竣工時測得的與其梁底的高差，推算出相應節段的梁底標高。為消除日照溫差引起的梁體的不規則變化，線型測量應選擇在溫度變化較小，氣候穩定的時間段進行，測量工作持續的時間越短越好。

每增加一個節段，主梁的線型長度就增加。在實際作業中，不可能直接測量梁底4個點的高程，而是測定它們對應的梁頂面上兩高程線性點。因此，線型測量實質上是采用直接測量梁頂面上高程線性點的瞬時絕對標高，然后根據梁頂面高程線性點與梁底測點的相對高差值，推算出梁底測點的瞬時絕對標高。為了從總體上控制主梁線型，使主梁施工按設計預定的計劃進行，研究大氣溫度對主梁線型的影響是非常必要的，以便設計人員根據大氣溫度影響規律，正確定出現澆梁段的主要技術參數。因此，除了施工中測量主梁線型和環境溫度外，還需選擇合適時機，測量并確定主梁在日照影響下，中線和線型隨晝夜24 小時溫度變化規律。

中線測量是觀測已施工節段的中線點相對于橋軸線的偏距。由于梁體受混凝土徐變和現澆段超重以及施工偏差、塔柱扭轉等因素的影響，容易造成梁體產生局部變形或引起整個梁體偏離橋梁中心線方向，為了保證邊、中跨按設計中線方向正確合攏，必須控制主梁中線偏差值，一般不應偏離左右側各1cm。測量結果提供主梁在各施工階段的高程實測值和中線實測值；提供主梁線型隨溫度變化的曲線，以隨時掌握主梁溫度變形的影響。

C、索力測量。索力測量采用振動法，通過測量拉索的固有頻率來計算斜拉索索拉力。為消除斜拉索撓曲剛度、垂跨比以及傾角的影響，在錨下安裝壓力傳感器對個別拉索進行檢測，以校驗振動法的測試結果。項目部采用的是長沙金碼高科技實業有限公司生產的JMM-268 索力動測儀。

D、應力測試。斜拉橋應力監控測量的主要目的是了解梁塔控制截面應力狀況，并對梁體重量及其它荷載變化情況進行判斷，確保結構施工安全。施工應力測試影響因素相當復雜，除荷載作用引起的彈性應力應變之外，還有與收縮、徐變、溫度等因素有關的非應力應變。本橋在梁體中埋設鋼弦式應變計，并在應力測點的相同部位埋設無應力計，補償混凝土自身的體積應變和收縮應變以及自由溫度應變，使混凝土徐變和溫差產生的應變減少到最低限度。

5 掛索及張拉

雙塔斜拉橋斜拉索由139～283 根Φ7mm低松弛鍍鋅高強鋼絲組成，由大橋局鄭州纜索廠生產。掛索時首先利用布置在塔下卷揚機通過塔頂鷹嘴提升至主塔索道管出口處，然后利用布置在塔內的卷揚機，牽引索頭進入索道管，安裝索頭錨固螺栓，斜拉索處于懸掛在主塔上的狀態。待掛籃行走到位并錨固后，在斜拉索另一錨頭上安裝張拉桿，利用卷揚機以及布置在掛籃弧形首的滑車組牽引張拉桿至掛籃錨固點上。

對稱完成四根斜拉索的掛索工作后，即開始根據監控單位提供的一張索力對斜拉索進行第一次張拉。在張拉過程中，用索力動測儀對索力進行復核，并測量梁體及掛籃變形值，與計算值進行比對。

6 結束語

禹門口黃河大橋牽索掛籃施工不是國內第一次，也不會是最后一次，因其操作方便，受力明確，特別適合斜拉橋懸臂主梁施工，以后類似橋梁會推廣使用。

[1]郭衛民.橋梁工程中掛籃施工技術探討[J].中國新技術新產品，2010-01-25.