寬幅邊主梁斜拉橋主梁牽索掛籃施工技術

摘 要：介紹了江六高速京杭運河特大橋主橋預應力混凝土主梁牽索掛籃施工技術及關鍵控制點。通過特種牽索掛籃實現了寬度大、節段長、重量重、跨越航道的π型邊主梁形式的斜拉橋主梁施工，施工控制精度達到設計要求，對類似工程具有較強的借鑒意義。

關鍵詞：寬幅；邊主梁；牽索掛籃；施工技術

1 概述

現代斜拉橋以其良好的結構性能和跨越能力以及優美的建筑造型在現代橋梁結構中占據重要的地位。70年代中期進入我國后，得到了長足的發展，越來越多的預應力混凝土（P.C.）斜拉橋在我國建成或正在規劃設計之中，這不僅體現在我國P.C.斜拉橋數量已躍居世界各國之首，而且其跨徑也愈來愈大，寬度越來越寬。

牽索掛籃具有結構簡單，合理利用了永久結構斜拉索參與臨時受力、整體受力性能好的特點，前端借用斜拉橋斜拉索作為臨時受力結構，后端與普通掛籃相類似，同時具有橫向整體剛度好的特點，是實現寬幅橋面、大節段、大跨度P.C.斜拉橋的重要裝備。

江六高速京杭運河斜拉橋是江六高速上的主要控制性橋梁，跨越繁忙的京杭大運河，主跨采用邊主梁形式的斜拉橋一跨跨越京杭大運河，施工中采用了牽索掛籃施工主梁。

2工程背景

江六高速京杭運河特大橋全長1131.2m。主橋橋型為H型橋塔的雙塔雙索面混凝土斜拉橋，主橋全長464m，橋孔布置為28.5m+79.5m+248m+79.5m+28.5m。

主梁為縱橫雙向預應力混凝土結構，混凝土標號C55，截面為邊主梁形式，主梁頂面全寬37.1m，橋梁中心線處梁高2.635m，邊主梁梁高為2.3m，寬2.2m，主塔附近主梁肋寬變厚至2.75m。標準節段長為6.5m，節段混凝土量為167.3m？，節段自重437t。

斜拉索為φ7鍍鋅高強鋼絲索，R=1670MPa，聚乙烯擠壓護套，冷鑄錨頭。梁上間距6.5m，邊跨現澆段上索距加密為3.25m；塔上索距1.5m，兩排索距為35.5m，為平行的雙索面。

由于主梁寬、節段長、重量大，還要跨越繁忙的京杭大運河，為了實現主梁的懸澆施工，本橋采用了利用斜拉索作為懸澆施工輔助設備的前支點牽索掛籃施工工藝，成功實現主梁懸澆。

3牽索掛籃簡介

牽索掛籃根據構造及行走方式，分為短平臺牽索掛籃、長平臺牽索掛籃和復合型牽索掛籃。長平臺牽索掛籃具有構造加單、構件受力明確、行走方式簡單，前后節段混凝土接縫良好的特點而廣泛使用。

本工程即采用長平臺型牽索掛籃，牽索掛籃總重195t，主要分5大部分：其主要由主桁承重系統、懸吊系統、水平抗剪系統、走行系統、模板系統等組成。

主桁承重系統是牽索掛籃的骨架，是承受荷載的重要構件，一般由主縱梁、前后橫梁構成平面框架體系，次縱梁及普通縱梁作為形成平面穩定結構的輔助構件。

懸吊系統是將掛籃與已澆筑主梁有效連接、傳遞荷載到已澆梁段上的連接系統，一般由前吊掛、中吊掛、后吊掛以及牽索系統組成。

水平抗剪系統是承受前支點斜拉索水平分力的關鍵結構，主要是由設置在主縱梁上的抗剪塊組成。有明設和暗設兩種：明設法不需要在主梁上設置預留槽，不破壞主體結構，僅設置預留孔即可，但掛籃上構造復雜，一般適用于帶懸臂翼緣板的主梁結構；暗設法構造簡單，直接在主縱梁上做抗剪塊，主梁上預留體積相當的預留槽口，對主體結構有一定影響，一般用于不帶翼緣板的主梁。

走行系統是實現掛籃在主梁上移動的構件，一般由與主桁固結的C型掛鉤、走行小船及臨時固定在主梁頂面的走行滑道、行走牽引系統組成。

模板系統是實現結構形狀的構件，一般由重量適中的鋼模板組成，拆?；虬惭b困難的內模，也可用木?；蚩梢匀斯ぐ膊鸬男K鋼模板。

牽索掛籃總成見圖1。

1.1承重系統主要由主縱梁、次縱梁、前橫梁、中橫梁及普通縱梁等桿件組成。

承重系統各構件除普通縱梁采用I30型鋼外，其余桿件均為矩形截面鋼箱梁。主縱梁長16.65m，為減輕重量，采用變高度截面形式，前段10.2m長截面為1.8*1.2m，后端截面為1.2*1.2m。前橫梁為1.8*1.2*35.5m等截面。中橫梁為變高度截面形式，與主縱梁連接部位為1.8*1.2，中部27.5m截面為1.2*1.2m。次縱梁為1.2*1.2*6.5m。

1.2模板系統

本套掛籃模板除頂板、齒塊、橫隔墻的近塔端側模采用竹膠板，其余全部采用新制鋼模。采用竹膠板做模板，可方便拆裝，使掛籃順利通過每節梁段的橫隔墻。

橫隔墻后端的混凝土梁頂板采用拱架支撐，將頂板混凝土荷載直接卸載到邊上的主縱梁上，減小中內吊掛的受力。

1.3懸吊系統

懸吊系統主要將掛籃懸吊在已澆梁段和主塔上，提供垂直方向的反力，同時承擔掛籃起落功能的實現。懸吊系統由掛籃前端牽索錨固結構，中吊桿、后吊桿等組成。

牽索錨固結構由新制成品索、張拉桿、連接頭、張拉螺母、錨固螺母組成。拉索的接長采用特制的接長桿，采用Cr40材質的鋼棒車制螺紋，采用全螺紋。一端接過渡套，一端接張拉桿。

中外吊桿由Cr40材質的鋼棒車制螺紋的吊桿，為主吊桿，承受全部掛籃自重，為掛籃起落的掛念部件，同時也是懸澆梁段時將掛籃與已澆梁體錨固的關鍵部件。中內吊桿及后吊桿采用Φ32精軋螺紋鋼。

1.4水平抗剪系統

水平抗剪系統包括水平抗剪檔塊、梁體預埋鋼盒組成，水平抗剪系統支撐在主梁的梁底預埋鋼盒側壁上，平衡由于牽索產生的水平力。水平抗剪檔塊要承受最大索力的水平分力，故采用多塊整鋼板鑲嵌在主縱梁內與底板、側板均進行焊接，以確保施工安全。

1.5走行系統

走行系統由走行掛鉤、滑道及走行輪組成。走行動力為2臺100t千斤頂，牽引2根JL32，fpk=785Mpa級精軋螺紋鋼筋。

為減小走行時阻力，滑道上設置4mm不銹鋼板，走行掛鉤上設置四氟板，走行前需涂潤滑油。走行前，將頂板模板的拱架系統下放到低于橫隔板，將橫隔板側模放在頂上，一同過孔。邊主梁的側模放在小縱梁平臺上。

3牽索掛籃施工技術

由于牽索掛籃系利用后端錨固在已澆梁段上， 把待澆段斜拉索利用工具拉桿錨固到掛籃前端， 由已澆段和斜拉索共同承擔待澆段混凝土重量， 從而實現掛籃懸澆懸臂受力形式轉變為簡支受力形式， 提高了掛籃承載能力。但同時受斜拉索自身柔度及掛籃本身剛度影響， 斜拉索初始張拉力不能過大（相對于索永久索力） ， 因而需要在混凝土澆筑過程中不斷補充拉索力， 以保持掛籃在施工過程中撓曲變化的穩定。

3.1 掛籃下落、行走

掛籃的提升及下放均采用中外吊桿及主縱梁后端的千斤頂來完成，在掛籃提升及下放過程中隨著千斤頂的伸縮，需即時增減抄墊的鋼板，保證掛籃安全的提升及下放。

提升過程中、尾部千斤頂的卸荷與中外吊桿千斤頂的頂升力求同步，使掛藍水平上升、下降，避免吊桿受彎折斷；剪力鍵位置墊板在剪力鍵進入預留槽30mm后安裝，注意提升過程中觀察防止偏斜、掉落等情況發生；安裝前暫停提升，檢查縱向位置，偏差超出規定時糾偏后再提升。提升到設計標高時，掛藍尾部與梁底接觸（有70mm厚永久墊板），前端底模與已澆段梁底混凝土接觸。

掛藍下放是提升的逆過程，在體系轉換完畢、橋面軌道安裝后進行，先解除中內吊掛，再解除后吊掛，按照以上逆過程水平下落，直到走行掛鉤的走行小船落入軌道，再翻轉梁底反力輪安裝好限位銷，抽出鋼墊板，拆除中外吊桿。

3.2掛籃錨固、立模，斜拉索初張拉

根據監控單位給定的各節段掛籃到位的底模標高，利用前支點斜拉索張拉來設定。并在標高設定時應采取底模預設上（下）拱的措施來消除掛籃自身變形的影響。

標高設定完畢后在中吊掛、后吊掛處進行抄墊，最后將中、后吊桿與主梁鎖定，鎖定力量為：中外吊桿按100t/每根吊桿，中內及后吊桿按30t/每根吊桿。

將剪力鍵后端和上端前部與梁體之間用鋼板抄死，鋼板抄墊時應形成面接觸。使掛籃與梁體牢固連成一體，完成長平臺牽索掛籃的設定標高及鎖定工作。因剪力剪受力較大且與縱梁是焊接連接，所以每節段混凝土澆注前，應重點檢查。

牽索主縱梁精確定位錨固后，水平抗剪設施安裝完畢，即可進行牽索安裝，先將延長桿與錨頭內撐套連接好，調整好錨杯位置，保證錨杯螺母與錨墊板間4㎝左右空隙。走行到位后，應準確調整主縱梁前后位置，按澆注100%砼后斜拉索梁端索偏角計算設置牽索與弧形首交點位置，使牽引張拉桿與斜拉索同一軸線，且軸線位置準確。

立模標高確定后，進行斜拉索第一次張拉，張拉在塔上進行操作。按照監控指令進行，分級張拉到要求的噸位對應額油表讀數。張拉時監控現場實測索力，達到需要的精度后停止張拉。

3.3鋼筋綁扎、澆筑50%混凝土后斜拉索第二次張拉，澆筑完100%混凝土

斜拉索第一次張拉后，進行混凝土的澆筑?；炷凉嘧那岸送蠖诉M行，按照邊主梁前端→橫梁→邊主梁后端→頂板，橫向對稱澆注，兩懸臂端對稱澆注，澆注方量一致。

寬幅雙懸臂主梁節段混凝土澆筑須嚴格按照對稱的原則進行。對稱分兩個層面：橫斷面上，澆筑要對稱，確保掛籃上下游側的混凝土澆筑速度相同，澆筑的方量相同，防止不對稱荷載將掛籃橫梁扭傷破壞掛籃結構；縱橋向兩個懸澆端的混凝土澆筑速度要一樣，澆筑的方量要一樣，防止偏載使主塔產生無法恢復的傾斜。一般縱橋向澆筑偏差不能大于5方混凝土，橫橋向偏差不能大于2方混凝土。

澆筑到50%節段混凝土量后，須測量梁端標高和索力，進行第二次索力調整，其目的是調整掛籃前端標高，本質是使掛籃主縱梁預偏，使澆筑混凝土產生的變形在主縱梁承受范圍內。張拉在塔上進行操作。按照監控指令進行，分級張拉到要求的噸位對應額油表讀數。張拉時監控現場實測索力，達到需要的精度后停止張拉。

調整完索力和標高，要立即繼續澆筑混凝土。澆筑時仍需要按照上述對稱原則進行，直到澆筑完全部混凝土。注意控制混凝土澆筑總量，不得超過理論數量的3%。

3.4混凝土養護，張拉梁段預應力，壓漿

混凝土養護采用橋面全覆蓋土工布，頻繁澆水保濕養護地方措施。冬季施工時，采用篷布全包裹，并在拱架內設置暖風機加溫，過程中做好溫度監控，確保混凝土養護溫度。

當混凝土強度達到5Mpa時拆除端模并鑿毛。達到設計強度的50%時拆除邊箱內側模，70%時拆除錨塊模板。

混凝土強度達到設計強度的90%以上，同時混凝土彈性模量達到90%時才能施加預應力。張拉順序為先縱向束后橫向束，斷面內遵行對稱的原則。張拉嚴格按工藝流程進行，張拉以張拉力為主，伸長量作為校核，誤差應在±6%以內，預應力張拉完畢，24h內壓漿，壓漿采用專用灌漿料。

3.5體系轉換，第三次張拉斜拉索

預應力張拉壓漿完畢后，檢查梁體標高與設計吻合后，操作人員進入弧形首，旋緊斜拉索錨固螺母；開動油泵掛藍前端的千斤頂張拉斜拉索，放松弧形首上的錨固螺母，行程應大于斜拉索齒塊處錨固螺母的旋緊行程；放松千斤頂使齒塊處錨固螺母受力，將牽索力轉移到主梁齒塊處，完成體系轉換。

體系轉換之后，旋開斜拉索錨頭處過渡套，使斜拉索與接長索完全分離。

斜拉索第三次張拉在塔端進行。按照監控指令進行，分級張拉到要求的噸位對應額油表讀數。張拉時監控現場實測索力，達到需要的精度后停止張拉。

4 牽索掛籃施工的關鍵控制點

4.1本橋主梁為預應力混凝土主梁，施工過程控制時，應以標高控制為主，兼顧索力和混凝土應力。如果索力與標高有偏差，應在合攏后，進行個別調整。過程中一味追求索力，極可能標高超標，引起梁體拉應力超限，造成結構損傷。

4.2用于中、后錨點的吊桿為Φ32精軋螺紋，由于施工時易發生因現場電弧焊電擊而發生脆斷， 應盡量避免因電弧焊接線不良造成電擊損傷，斷裂后危及掛籃安全。為避免出現此情況，本橋采用了外套Φ40PVC管防護。

4.3梁底抗剪塊設置充分考慮混凝土局部承壓能力。本橋施工時，在預埋件周圍焊接圓柱頭焊釘后方設置4層鋼筋網片， 提高局部承壓能力，避免混凝土局部破壞。

4.4為控制牽索掛籃懸澆變形，防止一次調索造成掛籃主縱梁損傷，采用過程中分次調索的措施。本橋施工時規律性調索分三次：掛籃就位時調至施工索力的15～20 %；混凝土澆筑50 %時二次調索，索力控制在施工索力的50～65%；縱橫向預應力張拉后進行掛籃體系轉換，再調至100%施工索力。另外邊跨、中跨合攏前根據標高情況對全橋索力檢測，必要時進行調索。對于個別標高偏差滿足要求，索力偏差大的拉索，在中跨合攏后通測全橋索力，再根據需要進行調索。

4.5本橋結構為塔梁分離梁墩支撐的半漂浮體系，為了保證結構的穩定性，主梁在懸臂施工前塔梁之間應設置縱向、橫向及豎向臨時約束。該約束主要承受主梁懸臂施工過程中主梁兩側產生的不平衡力矩。該約束將在中跨合攏段鋼支撐安裝完畢后拆除，并作好約束解除前后主梁的位移變化觀測記錄。

4.6施工中應對主要構件的受力狀態、變形情況進行跟蹤監測。在特征點設置應變計，實時監控構件應力應變；通過精密水準測量，監測構件在施工各階段變形情況，確保構件受力安全。

5 結束語

本橋采用牽索掛籃施工，施工工藝相對復雜，通過實踐中優化工序，節段施工周期最快達到7天/節段，施工控制精度達到規范和設計要求：節段施工時最大拉應力1.2MPa，最大壓應力16MPa；中跨合攏時自然狀態梁端標高偏差最大15mm，中線偏差最大6mm。完全達到設計及監控目標，主梁線形、索力及結構內力始終處于控制狀態。

本橋主梁施工時，采用了特種設備——牽索掛籃，成功實現了π形邊主梁形式、節段長度長、塊段重量重、航道影響復雜等不利條件下的預應力混凝土斜拉橋主梁懸澆施工，施工過程控制合理，成橋狀態達到理想狀態，為今后類似工程提供了很好的借鑒和參考意義。

參 考 文 獻：

[1] 陳克濟等.臨江門斜拉橋牽索式掛籃施工技術[J].橋梁建設，1995（2）

[2] 王伯惠.斜拉橋發展和中國經驗[M] ·北京·人民交通出版社·2003

[3] 吳金鎖等.丹拉海河斜拉橋牽索式掛籃設計與應用[M].天津建設科技，2004（4）

[4] 羅昭敬等.廣東金馬大橋牽引掛籃施工[J]. 橋梁建設，2000（3）

[5] 袁應根.用于斜拉橋施工的牽索式掛籃構造及其操作[J].中國市政工程，2003（5）

[6] 中華人民共和國交通部.公路橋涵施工技術規范.JTGT/F50-2011