双塔斜拉桥牵索挂篮的应用及悬臂主梁施工

韦广

（中铁大桥局集团第三工程有限公司，广东 广州 510388）

禹门口黄河大桥位于国道主干线二连浩特至河口公路山西侯马-禹门口高速公路河津黄河段，主桥布置为（174m＋352m＋174m）双塔斜拉桥，采用双索面花瓶型塔柱，承台以上塔高121.6m。主梁为预应力混凝土边箱梁，主梁顶宽30.6m，截面中心高3.0m，每隔8.0m 设一道预应力混凝土横梁，斜拉索锚固在横梁上，箱梁标准节段长8.0m。上塔柱和中塔柱采用单箱单室等截面矩形断面，断面尺寸6.5×4.0m，上、中、下横梁均为单箱单室等截面结构；下塔柱为变截面，顺桥向柱宽自上而下由6.5m 加宽到8.0m，横桥向自上而下由4.0m 变为5.0m，以增大塔柱刚度。上塔柱为锚固区，锚固端局部构造采用凸齿式，槽表面以厚1cm 钢板包裹，在上塔柱锚固区采用U 形预应力束及精扎螺纹钢筋直束加固，以平衡斜拉索水平分力。斜拉索布置为扇形密索体系，双索面。斜拉索在梁上索距为8.0m，每个塔上设有21 对斜拉索，斜拉索两端采用可张拉的冷铸墩头锚进行锚固。

本桥所使用牵索挂篮系我公司自行设计、制造。挂篮宽度30m，长度20.274m，梁高1m～2.5m 不等。主要由主纵梁、次纵梁、前、中、后横梁、内外腹杆、挂钩、吊杆、模板系统等组成，挂篮总重量237.1t。牵索挂篮施工主要分以下几个步骤：

1 挂篮提升

每套挂篮由8 台连续千斤顶负责提升到位，提升前在已浇筑的0、1＃块上拼装提升平台，安装连续千斤顶。提升到一定高度后安装挂钩，并进行体系转换，把挂篮重量从千斤顶转移到挂钩上。

2 挂篮施工

挂篮施工主要分为以下几步：挂篮调整→起吊挂篮→钢筋模板安装→挂索并第一次张拉→混凝土灌筑50%→第二次张拉→混凝土浇筑完成→预应力张拉→体系转换→第三次张拉→松挂篮→挂篮行走到位。

3 挂篮行走

挂篮行走时整个挂篮靠挂钩悬挂于安装在箱梁两侧的滑道上，并用两台千斤顶顶推挂钩使之行走到位。

龙门黄河大桥牵索挂篮由主要由承重系统、提升锚固及抗剪系统、定位调整系统、走行系统和模板系统组成，结构简单，设计轻盈，使用方便。

3.1 承重系统

主要包括两根钢箱主纵梁、两根次纵梁及前、中、后横梁和前、后腹杆组成。杆件采用箱型结构，在满足设计要求的前提下，挂篮整体刚度得到加强，受力后变形小，为全桥的线型控制，合拢精度提供了良好的基础，满足了挂篮行走时对横向刚度的要求。

3.2 提升锚固及抗剪系统

主要包括吊杆和剪力键。提升千斤顶采用250t 液压千斤顶，吊杆材质采用40Cr，受力净截面直径分别为65mm（内中吊杆）和35mm（外中吊杆和后吊杆）。剪力键设置于次纵梁与后横梁相交处位于后横梁上，直接顶在主梁横隔梁上（横隔梁上设预埋件）用于抵抗斜拉索张拉产生的水平推力。

3.3 行走、定位调整系统

在挂篮的中横梁两端部设置的挂钩，悬挂于设置在混凝土箱梁梁面两侧的滑道上。在挂篮行走时由挂钩承受挂篮全部重量，整个挂篮由两台60t 千斤顶顶推挂钩行走。挂篮走到位后其平面位置可通过设在次纵梁外侧的千斤顶装置进行微调。在混凝土浇筑时，挂篮由中横梁处的前吊杆和后横梁处的后吊杆锚固于已浇筑阶段。挂篮试压合格后，即可进行主梁悬浇的施工，其施工步骤如下：挂篮调整→挂篮锚固→安装定位索道管→挂索→钢筋、模板安装→斜拉索第一次张拉→灌注混凝土50%→斜拉索第二次张拉→混凝土灌注完毕→张拉纵向、横向预应力→体系转换→斜拉索第三次张拉→拆除挂篮锚固→挂篮行走到位。

4 悬臂主梁施工

斜拉桥是高次超静定结构，它对成桥线型有较严的要求，每个节点座标位置的变化都会影响结构内力的分配。桥梁线型一旦偏离设计值，势必导致内力偏离设计值。另外，主梁、索塔和拉索之间刚度相差十分悬殊，拉索垂度、温度变化，风力和日照影响，施工临时荷载、混凝土收缩徐变等复杂因素干扰等等，都使力与变形的关系十分复杂。在施工理论计算中，虽然可以采用多种计算方法，算出各施工阶段或步骤的索力和相应的梁体变形，但是按理论计算所给出的索力、线型进行施工时，结构的实际变形却未必能达到预期的结果。这主要是由于设计时所采用的诸如材料的弹性模量、构件重量、混凝土的收缩徐变系数、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等计算参数，与实际工程中所表现出来的参数不完全一致所引起的。斜拉桥在施工中表现出来的这种理论与实际的偏差具有积累性，如不加以有效的控制和调整，随着主梁悬臂施工长度的增加，主梁标高最终会显著偏离设计目标，造成合拢困难，并影响成桥后的内力和线型。因此，斜拉桥施工监测监控是保证斜拉桥达到设计要求的重要手段。

斜拉桥施工控制是一个“施工-测量-计算分析-修正-预告”的循环过程，最基本的要求是在确保结构安全施工的前提下，做到主梁线型和内力符合设计规定的允许误差范围内。监控测量是施工控制中的重要环节，包括几何指标参数测量和力学指标参数的测量。

A、主塔变位测量。主塔在施工和成桥状态时通过拉索承担梁体重量。在不平衡荷载和大气温差及日照影响下，均会使主塔产生不同程度的变形。为了不影响主梁的架设施工，必须研究掌握塔柱在自然条件下的变化规律以及在索力影响下偏离平衡位置的程度。主塔变位测量包括塔柱顺桥向和横桥向两个方向的变位值。测量方法是在每个塔柱顶部设置一反射棱镜，在不同工况，不同时间段，不同温度情况下用全站仪测量三维坐标。提供塔柱在日照下随温度发生纵横桥向偏移的变化曲线以及在主梁施工过程中塔柱的变位值。

B、梁体线型测量。主梁高程线型测量采用几何水准测量法，测出已施工各节段的节段控制水准点的绝对标高，再根据各节段竣工时测得的与其梁底的高差，推算出相应节段的梁底标高。为消除日照温差引起的梁体的不规则变化，线型测量应选择在温度变化较小，气候稳定的时间段进行，测量工作持续的时间越短越好。

每增加一个节段，主梁的线型长度就增加。在实际作业中，不可能直接测量梁底4个点的高程，而是测定它们对应的梁顶面上两高程线性点。因此，线型测量实质上是采用直接测量梁顶面上高程线性点的瞬时绝对标高，然后根据梁顶面高程线性点与梁底测点的相对高差值，推算出梁底测点的瞬时绝对标高。为了从总体上控制主梁线型，使主梁施工按设计预定的计划进行，研究大气温度对主梁线型的影响是非常必要的，以便设计人员根据大气温度影响规律，正确定出现浇梁段的主要技术参数。因此，除了施工中测量主梁线型和环境温度外，还需选择合适时机，测量并确定主梁在日照影响下，中线和线型随昼夜24 小时温度变化规律。

中线测量是观测已施工节段的中线点相对于桥轴线的偏距。由于梁体受混凝土徐变和现浇段超重以及施工偏差、塔柱扭转等因素的影响，容易造成梁体产生局部变形或引起整个梁体偏离桥梁中心线方向，为了保证边、中跨按设计中线方向正确合拢，必须控制主梁中线偏差值，一般不应偏离左右侧各1cm。测量结果提供主梁在各施工阶段的高程实测值和中线实测值；提供主梁线型随温度变化的曲线，以随时掌握主梁温度变形的影响。

C、索力测量。索力测量采用振动法，通过测量拉索的固有频率来计算斜拉索索拉力。为消除斜拉索挠曲刚度、垂跨比以及倾角的影响，在锚下安装压力传感器对个别拉索进行检测，以校验振动法的测试结果。项目部采用的是长沙金码高科技实业有限公司生产的JMM-268 索力动测仪。

D、应力测试。斜拉桥应力监控测量的主要目的是了解梁塔控制截面应力状况，并对梁体重量及其它荷载变化情况进行判断，确保结构施工安全。施工应力测试影响因素相当复杂，除荷载作用引起的弹性应力应变之外，还有与收缩、徐变、温度等因素有关的非应力应变。本桥在梁体中埋设钢弦式应变计，并在应力测点的相同部位埋设无应力计，补偿混凝土自身的体积应变和收缩应变以及自由温度应变，使混凝土徐变和温差产生的应变减少到最低限度。

5 挂索及张拉

双塔斜拉桥斜拉索由139～283 根Φ7mm低松弛镀锌高强钢丝组成，由大桥局郑州缆索厂生产。挂索时首先利用布置在塔下卷扬机通过塔顶鹰嘴提升至主塔索道管出口处，然后利用布置在塔内的卷扬机，牵引索头进入索道管，安装索头锚固螺栓，斜拉索处于悬挂在主塔上的状态。待挂篮行走到位并锚固后，在斜拉索另一锚头上安装张拉杆，利用卷扬机以及布置在挂篮弧形首的滑车组牵引张拉杆至挂篮锚固点上。

对称完成四根斜拉索的挂索工作后，即开始根据监控单位提供的一张索力对斜拉索进行第一次张拉。在张拉过程中，用索力动测仪对索力进行复核，并测量梁体及挂篮变形值，与计算值进行比对。

6 结束语

禹门口黄河大桥牵索挂篮施工不是国内第一次，也不会是最后一次，因其操作方便，受力明确，特别适合斜拉桥悬臂主梁施工，以后类似桥梁会推广使用。

[1]郭卫民.桥梁工程中挂篮施工技术探讨[J].中国新技术新产品，2010-01-25.