斜拉橋主梁牽索掛籃施工技術

劉忠海

中鐵六局集團北京鐵路建設有限公司

斜拉橋主梁牽索掛籃施工技術

劉忠海

中鐵六局集團北京鐵路建設有限公司

天津市快速路南倉鐵東路立交工程主橋斜拉主梁施工采用現澆支架施工和掛籃懸臂澆筑施工工藝，牽索掛籃施工是主梁施工控制的重點和難點。掛籃懸臂施工是一種因限空要求而采取的一種施工工藝，廣泛應用在大跨度橋梁主梁施工上，本橋采用的是下承式長平臺牽索掛籃。牽索掛籃施工和所有掛籃施工一樣梁體的線性控制是施工中控制的重點，而掛籃的走行、定位、安全防護又是在施工過程中每一個節段施工控制的重點，牽索掛籃在砼澆筑施工過程中要對掛籃前端的拉索進行二次張拉，拉索的二次張拉對掛籃和主梁懸臂端的施工產生了二次附加力，會導致其內力和形變的產生。掛籃定位、砼的澆筑控制、索力的二次張拉、過程監控、最終索力調整是主梁成橋線型控制的重點，本文將重點論述主梁各個施工段的控制的重點和難點。

牽索掛籃；懸澆；同步；合攏；鎖定；測量監測

1 簡介

工程概況圖

施工圖

天津市快速路南倉鐵東路立交工程為城市A級道路橋梁，其主橋斜拉橋為雙塔連體四索面扇形分布的預應力混凝土斜拉橋，跨越南倉編組站，索塔高109米，跨度為150+150m，主梁頂面寬22.45m，標準斷面梁高2.5米，每幅橋主梁采用預應力混凝土雙主梁截面，主梁和塔柱采用塔梁固結形式。除塔梁固結區外，其余部分左右幅分離。主梁0#段、1#段、23#段變截面梁體，梁高由3.5m向標準段2.5m過渡，采用支架現澆施工。22#段為主梁的合攏段采用吊架模板施工，2#～21#段為6米的標準的懸澆節段。

2 主梁主要施工材料和設備

C55混凝土11098.2m3；鋼筋2332t，鋼絞線364.7t；精軋螺紋鋼筋187t；鍍鋅拉索557t；牽索掛籃4套；掛籃及張拉用千斤頂設備60套；50t、25t、16t汽車吊分別為1輛、2輛、1輛；塔吊2臺；人工300人。

3 主梁懸澆施工

斜拉橋主梁懸臂澆筑部分為主梁的2#～22#段，懸臂澆筑梁段為相同尺寸的標準節段，梁體長6m，梁段高2.5m，梁體砼87.8方，主梁懸澆采用牽索掛籃施工。

3.1 牽索掛籃施工工藝

本橋掛籃采用下承式長平臺牽索掛籃施工，掛籃平臺為主要承重結構和施工操作平臺。掛籃施工時后端固定在已經澆筑好的混凝土箱梁上，前端通過斜拉索牽引，待掛籃就位固定后進行梁部結構施工，在完成此段結構施工后，掛籃前端的索力將從掛籃轉移到梁體上，掛籃開始下落、走行，進行下一段施工。

3.2 掛籃設計

掛籃為施工2＃～21＃節段而設計，2＃～21＃節段均為標準節段，重量及其分布均不變，掛籃在施工過程中僅斜拉索拉力的方向和大小發生變化，施工過程中取工況最不利的2＃塊及21＃塊進行設計。

3.3 掛籃施工工藝

牽索掛籃施工是整個主梁施工主要的施工工藝，也是主梁施工控制的重點，其簡化的工藝流程為：掛籃提升→掛籃走行→掛籃和模板定位→拉索掛設→鋼筋砼施工→預應力張拉→體系轉換→砼脫模掛籃下落。

(1)掛籃拼裝。掛籃構件為廠家定型鋼構件，構件進場后現場進行拼裝。掛籃拼裝完畢后，通過千斤頂提升中內吊掛吊桿和前吊掛吊桿進行提升，掛籃提升要緩慢進行，四個提升點要同步進行，提升的偏差控制在10cm之內。掛籃在提升過程中禁止下方有任何的人員和機械施工作業。

(2)掛籃走行與定位。掛籃從施工完畢的砼梁體上脫落下來，次縱梁落到走行框內，掛籃的前端重量轉移到前吊掛走行框上。通過在輔助縱梁上和后吊框上的千斤頂牽引前吊掛和后縱梁走行，前后結構走行同步性是走行安全控制的重點，施工應統一指揮進行，并做好走行標記。掛籃定位精度是整個梁段施工的安全和質量保證所在。掛籃走行到位后，初步提升到中內吊掛處貼敷到梁體底面約10cm距離，初步調整掛籃的平面位置和高程位置，對中吊掛剪力鍵和后吊掛抄墊處進行剛性抄墊，此時抄墊要留有富余量，初步調整之后，收緊中內吊掛位置，張拉力為最終張拉力的60%，張拉完中內吊掛后通過提升前后吊掛吊桿調整掛籃達到施工要求標高位置處，并最終抄墊中內吊掛剪力鍵和后吊掛抄墊處的抄墊。張拉中內吊掛、中外吊掛和后吊掛達到最終張拉力，將掛籃鎖定在梁體上。

(3)掛籃前端掛索。本橋斜拉索共84對，拉索的重量從1～6t不等。拉索在吊放時要采用三個吊點或四個吊點進行索盤水平吊放，吊索的吊放索繩要采用專用的柔軟的纖維繩，拉索應在放索盤上展開，嚴禁拖拽。拉索牽引通過汽車吊、卷揚機和手拉葫蘆配合完成，將拉索的拉桿牽引通過模板、弧形首和定位系統（分配梁、楔形墊板、撐腳定位支座）后通過千斤頂錨固到掛籃的弧形首上，對拉索進行首次張拉。

(4)掛籃預壓。掛籃在現場拼裝而成，掛籃在第一次使用前對掛籃進行預壓，消除掛籃的非彈性變形、掌握掛籃的彈性變形值并檢驗掛籃的設計強度，為掛籃上模板的施工提供數據支持。其觀測主要是對掛籃的輔助縱梁、主次縱梁和前后橫梁。在進行逐級預壓的過程中觀測監控位置的形變和內力情況，預壓的過程中拉索按兩次張拉（初張拉和上荷載后第二次張拉）。掛籃預壓采用鋼筋進行預壓，預壓荷載為施工荷載的120%。

(5)懸臂段鋼筋砼施工。每一懸臂段的砼一次澆筑完成，砼的澆筑采用兩臺地泵同幅梁兩側對稱施工：①砼強度等級C55；砼坍落度宜為160±20mm。砼澆筑應該根據施工天氣溫度合理的選擇砼的工作性能指標。②在砼施工過程中為防止掛籃、模板變形等因素引起的澆筑砼裂縫的出現，砼在澆筑時應從掛籃前端向后端澆筑，從翼緣板向梁段的中心線處澆筑。同幅梁的兩個掛籃澆筑要同步進行，澆筑的砼方量偏差要小于6m3，同一掛籃要從兩側翼緣板向梁體中心對稱澆筑，澆筑的砼偏差要小于2m3，施工中要嚴格控制。③掛籃施工的砼一般要求早強、早脫模。斜拉橋一般跨度較大橋梁，橋面較寬，掛籃的整體剛度又較大，掛籃對梁體水化收縮徐變產生了很強的制約，而梁體又會很早的脫模，新澆筑梁體易出現裂縫，砼澆筑后和脫模后24h內應嚴格進行養護，不能保濕養護的應噴灑養護劑。

(6)受力體系轉換。體系轉換是將索力從掛籃轉移到梁體上。拉索在轉換過程中同幅梁四根拉索對稱同步施工，先在梁端小幅張拉錨桿，卸下弧形首前端設備后，完成梁端體系轉換后在塔端張拉索力到設計值最終完成體系轉換，掛籃進入下一段施工。

4 主梁合攏施工

主梁的合攏段施工在懸臂端和邊跨現澆段之間進行，合攏段長2m，澆筑C55微膨脹砼31m3，同幅梁的兩個邊跨合攏段同時合攏施工。作為合攏段連接的兩端，支架現澆段相對較穩定，而懸臂端在自然環境的影響下，會發生軸向的伸縮、撓曲、顫抖甚至是水平方向的偏轉變形，梁體會產生很大的內力，可能導致合攏段甚至是已完梁段梁端的開裂。在合攏段合攏鎖定后將會對現澆段產生應力影響，因而確保現澆段在支架上的相對滑動和爬升是保證合攏施工和兩端梁體結構安全的重要措施，解除邊直段的臨時錨固措施，確保現澆段在縱向可以自由的伸縮，在合攏段處的勁性連接，在澆筑砼時在懸臂端設置預壓。（詳見合攏段結構圖）

主梁最后一段懸澆梁施工完畢后將進入合攏段施工，合攏段砼的施工時間一般要選擇在天氣情況較穩定且能持續2～3天的時間段。在施工前對梁體頂面標高和軸線進行聯測，并且連續觀察氣溫變化對主梁的標高、軸線和內力影響的便移量，連續觀測的時間要大于48h，觀測的時間間隔可以根據梁體的結構特點和天氣情況進行觀測，本橋采用時間間隔2h。由于本橋結構特點，在合攏時要進行臨時壓重平衡合攏段砼的重量，在梁段預壓前后都要進行觀測，并根據實際情況進行調索（其調索范圍為懸臂端附進3對索）以調增梁端標高，在調整完畢后還要進行觀測（＞48h），在觀測結果滿足要求后進行下一步合攏鎖定施工。合攏段砼澆筑時間一般選在當天最低氣溫的時間段完成，且砼澆筑完畢后溫度開始上升為宜。

合攏段的模板施工以掛籃下落2m后做為施工操作平臺，合攏段的連接裝置將懸臂端和現澆段連接成一個整體，承受梁體在施工和環境作用下產生的形變和內力。本橋采用埋入砼外側的外剛性支撐，通過此剛性支撐鎖定合攏口。在剛性鎖定后張拉4束縱向預應力筋，整個連接結構要能抵抗任何一側產生的全部應力和位移。剛性支撐的連接要根據施工觀測的結果確定連接時間，要在梁體形變最小，溫度變化最小的時間內均勻同步施工完成，減少鎖定的時間和鎖定的時間差。當剛性支撐施工完后，要在1h內完成預應力的張力工作。同時釋放邊跨段約束使梁段合攏口能在縱向自由伸縮。

合攏必須均衡對稱進行施工，避免施工產生相對位移變形，產生“剪差力”變位，產生次內力和合攏段精度誤差。合攏段在施工過程中宜引起該段荷載增加而產生的附加應力，為避免在施工過程中產生豎向應力，本橋采用水箱進行預壓的方法。

5 主梁施工測量與監測

主梁的施工測量和監控管理是主梁施工過程中控制的重點和難點，是成橋線型控制決定性因素。斜拉橋相對普通的混凝土橋梁柔性大，尤其在掛籃懸澆過程中，隨著懸臂端長度的增長和環境的影響，梁體在進行掛籃施工索力張拉時將會出現明顯的線型和內力變化，而且其變化往往和理論有一定的差別，因此施工過程中測量和監測對主梁的施工尤為重要。

5.1 主梁測量施工

牽索掛籃施工和普通的梁體施工的主要區別在于梁上的預留孔較多、定位要求精度高，掛籃定位復雜，梁段斜拉索套筒定位困難。掛籃定位。掛籃前端定位包括軸線定位、里程定位和標高定位。掛籃的軸線和里程定位受自然條件和施工條件影響相對較小，施工較容易掌握，根據測量的數據加以溫差影響數值進行修正即可。掛籃前端的高程定位是掛籃施工定位過程中一個較難控制的工藝，也是過程控制的重點，其受到環境影響的因素較大。掛籃的前端定位標高在進行測量時要用監測值對設計值進行修正。監測的數據主要是掛籃在荷載作用下的彈性變形以及梁體的懸臂端在施工荷載和環境影響下的標高變化值。

5.2 主梁施工監測

斜拉橋在懸臂施工的過程中隨著梁體懸臂端不斷的加長，梁體的柔性逐漸加大，施工荷載及環境對梁體的形變和內力影響也愈大，施工過程中對塔梁進行必要的監測，為后續施工提供保障。

(1)梁段施工過程監測。節段施工過程中，主要的施工荷載為拉索的四次張拉荷載和砼澆筑荷載。砼的澆筑和每次張拉過程中掛籃的前端標高都要發生變化，非對稱的標高變化將會引起掛籃的扭轉和主梁內力疊加，隨著梁懸臂端加長和內力結構的變化，外力對梁體的影響也就愈大，僅初張拉定位時梁端標高隨著懸臂端的延長將有1～11cm的高程變化范圍，這超出設計和監控的要求值，在施工過程中要加強觀測和控制，以便及時采取措施。

(2)梁段定期監測。已經澆筑完畢梁體懸臂端在受到環境和梁段施工長度變化影響，梁體的線型和內力也會發生變化，在施工過程中要加強對其形變和內力的觀測，為梁段施工提供數據支持。監測分析項目如下：①梁體溫度與大氣溫度的變化規律。②梁體標高和內力在不同的時間及溫度下的變化情況。③梁體縱向伸縮量與溫度的關系。④索塔在不同日照及溫度下的偏位、高程和內力變化情況。

(3)拉索和塔梁體內力監測。拉索和塔梁體內力在施工過程中要進行監測，在砼澆筑過程中和體系轉換后對索力進行應力法和磁通量法監控，對需要調整的索力進行調整。而塔梁的內力監測主要通過預埋在梁體結構內預埋的傳感器監測，通過實測監測值與梁體和理論值進行比較，真實的反應出結構在施工過程中的受力安全情況，并為下段施工提供數據支持。主梁懸澆過程中內力圖：

(4)建立監測信息傳遞系統。梁體的監控測量要建立良好的信息傳遞系統，保證信息傳導及時準確，使整個施工結構處在受控狀態。

6 主梁合攏調索

梁體合攏后的調索施工是主體結構的最后一個施工環節，也是成橋施工質量和線型控制的最重要的一環。而由于此橋所處在鐵路編織站的特殊環境因素，在施工過程中的預壓荷載在操作和安全防護上存在著很大的難度，因而本橋將通過調整索力張拉次數和張拉噸位實現主梁的應力儲備要求。在滿足不壓重的前提條件下，盡量減少調索的數量和次數。在尊重了原設計的方案和受力分析的基礎上，在索力壓重調整范圍內取消了壓重，對索力調整進行了優化。

索力調整優化表

從表中可得，索力優化調整僅對S16號拉索至S21號拉索進行多次張拉（二次張拉），該調整在結構合攏后進行。索力調整量最大為S20號拉索，調整值為70.7ton，最小為16號拉索，調整值為24.5ton。最后通過對結構進行有限元分析，得出以上方案滿足設計要求，優化方案可行。方案優化后對主梁調索進行“多步一次”和“多步多次”調索技術的綜合應用，很好的解決了一次性張拉壓重調索方案中壓重給施工帶來的困難。

7 結束語

本橋是在建的跨越鐵路線較多的大型斜拉橋。橋梁從上下部結構都有很高的施工技術含量（大孔徑樁的自平衡檢測、七千方砼的大承臺施工、牽索掛籃施工、爬模施工），是借鑒和學習的典范。本文在多方面闡述了主梁牽索掛籃懸臂施工過程中的重點和難點問題，意在掌握主梁施工工藝，培養施工過程中分析問題和解決問題的能力。

[1]張繼蕘,王昌江編著.懸臂澆筑預應力混凝土連續梁[].人民交通出版社,2007(1).

[2]王武勤編著.大跨度橋梁施工技術[].人民交通出版社,2004(3).