斜拉橋主梁牽索掛籃施工技術(shù)

劉忠海

中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)有限公司

斜拉橋主梁牽索掛籃施工技術(shù)

劉忠海

中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)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(xiàn)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(diǎn)和難點(diǎn)。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(yīng)用在大跨度橋梁主梁施工上，本橋采用的是下承式長平臺(tái)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(diǎn)，而掛籃的走行、定位、安全防護(hù)又是在施工過程中每一個(gè)節(jié)段施工控制的重點(diǎn)，牽索掛籃在砼澆筑施工過程中要對掛籃前端的拉索進(jìn)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(chǎn)生了二次附加力，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)力和形變的產(chǎn)生。掛籃定位、砼的澆筑控制、索力的二次張拉、過程監(jiān)控、最終索力調(diào)整是主梁成橋線型控制的重點(diǎn)，本文將重點(diǎn)論述主梁各個(gè)施工段的控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

牽索掛籃；懸澆；同步；合攏；鎖定；測量監(jiān)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(jí)道路橋梁，其主橋斜拉橋?yàn)殡p塔連體四索面扇形分布的預(yù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)斷面梁高2.5米，每幅橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙主梁截面，主梁和塔柱采用塔梁固結(jié)形式。除塔梁固結(jié)區(qū)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(biāo)準(zhǔn)段2.5m過渡，采用支架現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的懸澆節(jié)段。

2 主梁主要施工材料和設(shè)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(shè)備60套；50t、25t、16t汽車吊分別為1輛、2輛、1輛；塔吊2臺(tái)；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(biāo)準(zhǔn)節(jié)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(tái)牽索掛籃施工，掛籃平臺(tái)為主要承重結(jié)構(gòu)和施工操作平臺(tái)。掛籃施工時(shí)后端固定在已經(jīng)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(jìn)行梁部結(jié)構(gòu)施工，在完成此段結(jié)構(gòu)施工后，掛籃前端的索力將從掛籃轉(zhuǎn)移到梁體上，掛籃開始下落、走行，進(jìn)行下一段施工。

3.2 掛籃設(shè)計(jì)

掛籃為施工2?！?1＃節(jié)段而設(shè)計(jì)，2＃～21＃節(jié)段均為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)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(fā)生變化，施工過程中取工況最不利的2＃塊及21＃塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 掛籃施工工藝

牽索掛籃施工是整個(gè)主梁施工主要的施工工藝，也是主梁施工控制的重點(diǎn)，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(shè)→鋼筋砼施工→預(yù)應(yīng)力張拉→體系轉(zhuǎn)換→砼脫模掛籃下落。

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

(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(nèi)，掛籃的前端重量轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)走行同步性是走行安全控制的重點(diǎn)，施工應(yīng)統(tǒng)一指揮進(jìn)行，并做好走行標(biāo)記。掛籃定位精度是整個(gè)梁段施工的安全和質(zhì)量保證所在。掛籃走行到位后，初步提升到中內(nèi)吊掛處貼敷到梁體底面約10cm距離，初步調(diào)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(jìn)行剛性抄墊，此時(shí)抄墊要留有富余量，初步調(diào)整之后，收緊中內(nèi)吊掛位置，張拉力為最終張拉力的60%，張拉完中內(nèi)吊掛后通過提升前后吊掛吊桿調(diào)整掛籃達(dá)到施工要求標(biāo)高位置處，并最終抄墊中內(nèi)吊掛剪力鍵和后吊掛抄墊處的抄墊。張拉中內(nèi)吊掛、中外吊掛和后吊掛達(dá)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(shí)要采用三個(gè)吊點(diǎn)或四個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)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(yīng)在放索盤上展開，嚴(yán)禁拖拽。拉索牽引通過汽車吊、卷揚(yáng)機(jī)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(tǒng)（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(jìn)行首次張拉。

(4)掛籃預(yù)壓。掛籃在現(xiàn)場拼裝而成，掛籃在第一次使用前對掛籃進(jìn)行預(yù)壓，消除掛籃的非彈性變形、掌握掛籃的彈性變形值并檢驗(yàn)掛籃的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為掛籃上模板的施工提供數(shù)據(jù)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(jìn)行逐級(jí)預(yù)壓的過程中觀測監(jiān)控位置的形變和內(nèi)力情況，預(yù)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(yù)壓采用鋼筋進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)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(tái)地泵同幅梁兩側(cè)對稱施工：①砼強(qiáng)度等級(jí)C55；砼坍落度宜為160±20mm。砼澆筑應(yīng)該根據(jù)施工天氣溫度合理的選擇砼的工作性能指標(biāo)。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(xiàn)，砼在澆筑時(shí)應(yīng)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(gè)掛籃澆筑要同步進(jìn)行，澆筑的砼方量偏差要小于6m3，同一掛籃要從兩側(cè)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(yán)格控制。③掛籃施工的砼一般要求早強(qiáng)、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(chǎn)生了很強(qiáng)的制約，而梁體又會(huì)很早的脫模，新澆筑梁體易出現(xiàn)裂縫，砼澆筑后和脫模后24h內(nèi)應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，不能保濕養(yǎng)護(hù)的應(yīng)噴灑養(yǎng)護(hù)劑。

(6)受力體系轉(zhuǎn)換。體系轉(zhuǎn)換是將索力從掛籃轉(zhuǎn)移到梁體上。拉索在轉(zhuǎn)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(shè)備后，完成梁端體系轉(zhuǎn)換后在塔端張拉索力到設(shè)計(jì)值最終完成體系轉(zhuǎn)換，掛籃進(jìn)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(xiàn)澆段之間進(jìn)行，合攏段長2m，澆筑C55微膨脹砼31m3，同幅梁的兩個(gè)邊跨合攏段同時(shí)合攏施工。作為合攏段連接的兩端，支架現(xiàn)澆段相對較穩(wěn)定，而懸臂端在自然環(huán)境的影響下，會(huì)發(fā)生軸向的伸縮、撓曲、顫抖甚至是水平方向的偏轉(zhuǎn)變形，梁體會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)力，可能導(dǎo)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(huì)對現(xiàn)澆段產(chǎn)生應(yīng)力影響，因而確?，F(xiàn)澆段在支架上的相對滑動(dòng)和爬升是保證合攏施工和兩端梁體結(jié)構(gòu)安全的重要措施，解除邊直段的臨時(shí)錨固措施，確保現(xiàn)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(shí)在懸臂端設(shè)置預(yù)壓。（詳見合攏段結(jié)構(gòu)圖）

主梁最后一段懸澆梁施工完畢后將進(jìn)入合攏段施工，合攏段砼的施工時(shí)間一般要選擇在天氣情況較穩(wěn)定且能持續(xù)2～3天的時(shí)間段。在施工前對梁體頂面標(biāo)高和軸線進(jìn)行聯(lián)測，并且連續(xù)觀察氣溫變化對主梁的標(biāo)高、軸線和內(nèi)力影響的便移量，連續(xù)觀測的時(shí)間要大于48h，觀測的時(shí)間間隔可以根據(jù)梁體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和天氣情況進(jìn)行觀測，本橋采用時(shí)間間隔2h。由于本橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在合攏時(shí)要進(jìn)行臨時(shí)壓重平衡合攏段砼的重量，在梁段預(yù)壓前后都要進(jìn)行觀測，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)索（其調(diào)索范圍為懸臂端附進(jìn)3對索）以調(diào)增梁端標(biāo)高，在調(diào)整完畢后還要進(jìn)行觀測（＞48h），在觀測結(jié)果滿足要求后進(jìn)行下一步合攏鎖定施工。合攏段砼澆筑時(shí)間一般選在當(dāng)天最低氣溫的時(shí)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(tái)，合攏段的連接裝置將懸臂端和現(xiàn)澆段連接成一個(gè)整體，承受梁體在施工和環(huán)境作用下產(chǎn)生的形變和內(nèi)力。本橋采用埋入砼外側(cè)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(yù)應(yīng)力筋，整個(gè)連接結(jié)構(gòu)要能抵抗任何一側(cè)產(chǎn)生的全部應(yīng)力和位移。剛性支撐的連接要根據(jù)施工觀測的結(jié)果確定連接時(shí)間，要在梁體形變最小，溫度變化最小的時(shí)間內(nèi)均勻同步施工完成，減少鎖定的時(shí)間和鎖定的時(shí)間差。當(dāng)剛性支撐施工完后，要在1h內(nèi)完成預(yù)應(yīng)力的張力工作。同時(shí)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(jìn)行施工，避免施工產(chǎn)生相對位移變形，產(chǎn)生“剪差力”變位，產(chǎn)生次內(nèi)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(chǎn)生的附加應(yīng)力，為避免在施工過程中產(chǎn)生豎向應(yīng)力，本橋采用水箱進(jìn)行預(yù)壓的方法。

5 主梁施工測量與監(jiān)測

主梁的施工測量和監(jiān)控管理是主梁施工過程中控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，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(huán)境的影響，梁體在進(jìn)行掛籃施工索力張拉時(shí)將會(huì)出現(xiàn)明顯的線型和內(nèi)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(jiān)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(qū)別在于梁上的預(yù)留孔較多、定位要求精度高，掛籃定位復(fù)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(biāo)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(jù)測量的數(shù)據(jù)加以溫差影響數(shù)值進(jìn)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(gè)較難控制的工藝，也是過程控制的重點(diǎn)，其受到環(huán)境影響的因素較大。掛籃的前端定位標(biāo)高在進(jìn)行測量時(shí)要用監(jiān)測值對設(shè)計(jì)值進(jìn)行修正。監(jiān)測的數(shù)據(jù)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(huán)境影響下的標(biāo)高變化值。

5.2 主梁施工監(jiān)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(huán)境對梁體的形變和內(nèi)力影響也愈大，施工過程中對塔梁進(jìn)行必要的監(jiān)測，為后續(xù)施工提供保障。

(1)梁段施工過程監(jiān)測。節(jié)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(biāo)高都要發(fā)生變化，非對稱的標(biāo)高變化將會(huì)引起掛籃的扭轉(zhuǎn)和主梁內(nèi)力疊加，隨著梁懸臂端加長和內(nèi)力結(jié)構(gòu)的變化，外力對梁體的影響也就愈大，僅初張拉定位時(shí)梁端標(biāo)高隨著懸臂端的延長將有1～11cm的高程變化范圍，這超出設(shè)計(jì)和監(jiān)控的要求值，在施工過程中要加強(qiáng)觀測和控制，以便及時(shí)采取措施。

(2)梁段定期監(jiān)測。已經(jīng)澆筑完畢梁體懸臂端在受到環(huán)境和梁段施工長度變化影響，梁體的線型和內(nèi)力也會(huì)發(fā)生變化，在施工過程中要加強(qiáng)對其形變和內(nèi)力的觀測，為梁段施工提供數(shù)據(jù)支持。監(jiān)測分析項(xiàng)目如下：①梁體溫度與大氣溫度的變化規(guī)律。②梁體標(biāo)高和內(nèi)力在不同的時(shí)間及溫度下的變化情況。③梁體縱向伸縮量與溫度的關(guān)系。④索塔在不同日照及溫度下的偏位、高程和內(nèi)力變化情況。

(3)拉索和塔梁體內(nèi)力監(jiān)測。拉索和塔梁體內(nèi)力在施工過程中要進(jìn)行監(jiān)測，在砼澆筑過程中和體系轉(zhuǎn)換后對索力進(jìn)行應(yīng)力法和磁通量法監(jiān)控，對需要調(diào)整的索力進(jìn)行調(diào)整。而塔梁的內(nèi)力監(jiān)測主要通過預(yù)埋在梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋的傳感器監(jiān)測，通過實(shí)測監(jiān)測值與梁體和理論值進(jìn)行比較，真實(shí)的反應(yīng)出結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力安全情況，并為下段施工提供數(shù)據(jù)支持。主梁懸澆過程中內(nèi)力圖：

(4)建立監(jiān)測信息傳遞系統(tǒng)。梁體的監(jiān)控測量要建立良好的信息傳遞系統(tǒng)，保證信息傳導(dǎo)及時(shí)準(zhǔn)確，使整個(gè)施工結(jié)構(gòu)處在受控狀態(tài)。

6 主梁合攏調(diào)索

梁體合攏后的調(diào)索施工是主體結(jié)構(gòu)的最后一個(gè)施工環(huán)節(jié)，也是成橋施工質(zhì)量和線型控制的最重要的一環(huán)。而由于此橋所處在鐵路編織站的特殊環(huán)境因素，在施工過程中的預(yù)壓荷載在操作和安全防護(hù)上存在著很大的難度，因而本橋?qū)⑼ㄟ^調(diào)整索力張拉次數(shù)和張拉噸位實(shí)現(xiàn)主梁的應(yīng)力儲(chǔ)備要求。在滿足不壓重的前提條件下，盡量減少調(diào)索的數(shù)量和次數(shù)。在尊重了原設(shè)計(jì)的方案和受力分析的基礎(chǔ)上，在索力壓重調(diào)整范圍內(nèi)取消了壓重，對索力調(diào)整進(jìn)行了優(yōu)化。

索力調(diào)整優(yōu)化表

從表中可得，索力優(yōu)化調(diào)整僅對S16號(hào)拉索至S21號(hào)拉索進(jìn)行多次張拉（二次張拉），該調(diào)整在結(jié)構(gòu)合攏后進(jìn)行。索力調(diào)整量最大為S20號(hào)拉索，調(diào)整值為70.7ton，最小為16號(hào)拉索，調(diào)整值為24.5ton。最后通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，得出以上方案滿足設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化方案可行。方案優(yōu)化后對主梁調(diào)索進(jìn)行“多步一次”和“多步多次”調(diào)索技術(shù)的綜合應(yīng)用，很好的解決了一次性張拉壓重調(diào)索方案中壓重給施工帶來的困難。

7 結(jié)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(jié)構(gòu)都有很高的施工技術(shù)含量（大孔徑樁的自平衡檢測、七千方砼的大承臺(tái)施工、牽索掛籃施工、爬模施工），是借鑒和學(xué)習(xí)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(diǎn)和難點(diǎn)問題，意在掌握主梁施工工藝，培養(yǎng)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(shù)[].人民交通出版社,2004(3).