斜拉桥主梁牵索挂篮施工技术

刘忠海

中铁六局集团北京铁路建设有限公司

斜拉桥主梁牵索挂篮施工技术

刘忠海

中铁六局集团北京铁路建设有限公司

天津市快速路南仓铁东路立交工程主桥斜拉主梁施工采用现浇支架施工和挂篮悬臂浇筑施工工艺，牵索挂篮施工是主梁施工控制的重点和难点。挂篮悬臂施工是一种因限空要求而采取的一种施工工艺，广泛应用在大跨度桥梁主梁施工上，本桥采用的是下承式长平台牵索挂篮。牵索挂篮施工和所有挂篮施工一样梁体的线性控制是施工中控制的重点，而挂篮的走行、定位、安全防护又是在施工过程中每一个节段施工控制的重点，牵索挂篮在砼浇筑施工过程中要对挂篮前端的拉索进行二次张拉，拉索的二次张拉对挂篮和主梁悬臂端的施工产生了二次附加力，会导致其内力和形变的产生。挂篮定位、砼的浇筑控制、索力的二次张拉、过程监控、最终索力调整是主梁成桥线型控制的重点，本文将重点论述主梁各个施工段的控制的重点和难点。

牵索挂篮；悬浇；同步；合拢；锁定；测量监测

1 简介

工程概况图

施工图

天津市快速路南仓铁东路立交工程为城市A级道路桥梁，其主桥斜拉桥为双塔连体四索面扇形分布的预应力混凝土斜拉桥，跨越南仓编组站，索塔高109米，跨度为150+150m，主梁顶面宽22.45m，标准断面梁高2.5米，每幅桥主梁采用预应力混凝土双主梁截面，主梁和塔柱采用塔梁固结形式。除塔梁固结区外，其余部分左右幅分离。主梁0#段、1#段、23#段变截面梁体，梁高由3.5m向标准段2.5m过渡，采用支架现浇施工。22#段为主梁的合拢段采用吊架模板施工，2#～21#段为6米的标准的悬浇节段。

2 主梁主要施工材料和设备

C55混凝土11098.2m3；钢筋2332t，钢绞线364.7t；精轧螺纹钢筋187t；镀锌拉索557t；牵索挂篮4套；挂篮及张拉用千斤顶设备60套；50t、25t、16t汽车吊分别为1辆、2辆、1辆；塔吊2台；人工300人。

3 主梁悬浇施工

斜拉桥主梁悬臂浇筑部分为主梁的2#～22#段，悬臂浇筑梁段为相同尺寸的标准节段，梁体长6m，梁段高2.5m，梁体砼87.8方，主梁悬浇采用牵索挂篮施工。

3.1 牵索挂篮施工工艺

本桥挂篮采用下承式长平台牵索挂篮施工，挂篮平台为主要承重结构和施工操作平台。挂篮施工时后端固定在已经浇筑好的混凝土箱梁上，前端通过斜拉索牵引，待挂篮就位固定后进行梁部结构施工，在完成此段结构施工后，挂篮前端的索力将从挂篮转移到梁体上，挂篮开始下落、走行，进行下一段施工。

3.2 挂篮设计

挂篮为施工2＃～21＃节段而设计，2＃～21＃节段均为标准节段，重量及其分布均不变，挂篮在施工过程中仅斜拉索拉力的方向和大小发生变化，施工过程中取工况最不利的2＃块及21＃块进行设计。

3.3 挂篮施工工艺

牵索挂篮施工是整个主梁施工主要的施工工艺，也是主梁施工控制的重点，其简化的工艺流程为：挂篮提升→挂篮走行→挂篮和模板定位→拉索挂设→钢筋砼施工→预应力张拉→体系转换→砼脱模挂篮下落。

(1)挂篮拼装。挂篮构件为厂家定型钢构件，构件进场后现场进行拼装。挂篮拼装完毕后，通过千斤顶提升中内吊挂吊杆和前吊挂吊杆进行提升，挂篮提升要缓慢进行，四个提升点要同步进行，提升的偏差控制在10cm之内。挂篮在提升过程中禁止下方有任何的人员和机械施工作业。

(2)挂篮走行与定位。挂篮从施工完毕的砼梁体上脱落下来，次纵梁落到走行框内，挂篮的前端重量转移到前吊挂走行框上。通过在辅助纵梁上和后吊框上的千斤顶牵引前吊挂和后纵梁走行，前后结构走行同步性是走行安全控制的重点，施工应统一指挥进行，并做好走行标记。挂篮定位精度是整个梁段施工的安全和质量保证所在。挂篮走行到位后，初步提升到中内吊挂处贴敷到梁体底面约10cm距离，初步调整挂篮的平面位置和高程位置，对中吊挂剪力键和后吊挂抄垫处进行刚性抄垫，此时抄垫要留有富余量，初步调整之后，收紧中内吊挂位置，张拉力为最终张拉力的60%，张拉完中内吊挂后通过提升前后吊挂吊杆调整挂篮达到施工要求标高位置处，并最终抄垫中内吊挂剪力键和后吊挂抄垫处的抄垫。张拉中内吊挂、中外吊挂和后吊挂达到最终张拉力，将挂篮锁定在梁体上。

(3)挂篮前端挂索。本桥斜拉索共84对，拉索的重量从1～6t不等。拉索在吊放时要采用三个吊点或四个吊点进行索盘水平吊放，吊索的吊放索绳要采用专用的柔软的纤维绳，拉索应在放索盘上展开，严禁拖拽。拉索牵引通过汽车吊、卷扬机和手拉葫芦配合完成，将拉索的拉杆牵引通过模板、弧形首和定位系统（分配梁、楔形垫板、撑脚定位支座）后通过千斤顶锚固到挂篮的弧形首上，对拉索进行首次张拉。

(4)挂篮预压。挂篮在现场拼装而成，挂篮在第一次使用前对挂篮进行预压，消除挂篮的非弹性变形、掌握挂篮的弹性变形值并检验挂篮的设计强度，为挂篮上模板的施工提供数据支持。其观测主要是对挂篮的辅助纵梁、主次纵梁和前后横梁。在进行逐级预压的过程中观测监控位置的形变和内力情况，预压的过程中拉索按两次张拉（初张拉和上荷载后第二次张拉）。挂篮预压采用钢筋进行预压，预压荷载为施工荷载的120%。

(5)悬臂段钢筋砼施工。每一悬臂段的砼一次浇筑完成，砼的浇筑采用两台地泵同幅梁两侧对称施工：①砼强度等级C55；砼坍落度宜为160±20mm。砼浇筑应该根据施工天气温度合理的选择砼的工作性能指标。②在砼施工过程中为防止挂篮、模板变形等因素引起的浇筑砼裂缝的出现，砼在浇筑时应从挂篮前端向后端浇筑，从翼缘板向梁段的中心线处浇筑。同幅梁的两个挂篮浇筑要同步进行，浇筑的砼方量偏差要小于6m3，同一挂篮要从两侧翼缘板向梁体中心对称浇筑，浇筑的砼偏差要小于2m3，施工中要严格控制。③挂篮施工的砼一般要求早强、早脱模。斜拉桥一般跨度较大桥梁，桥面较宽，挂篮的整体刚度又较大，挂篮对梁体水化收缩徐变产生了很强的制约，而梁体又会很早的脱模，新浇筑梁体易出现裂缝，砼浇筑后和脱模后24h内应严格进行养护，不能保湿养护的应喷洒养护剂。

(6)受力体系转换。体系转换是将索力从挂篮转移到梁体上。拉索在转换过程中同幅梁四根拉索对称同步施工，先在梁端小幅张拉锚杆，卸下弧形首前端设备后，完成梁端体系转换后在塔端张拉索力到设计值最终完成体系转换，挂篮进入下一段施工。

4 主梁合拢施工

主梁的合拢段施工在悬臂端和边跨现浇段之间进行，合拢段长2m，浇筑C55微膨胀砼31m3，同幅梁的两个边跨合拢段同时合拢施工。作为合拢段连接的两端，支架现浇段相对较稳定，而悬臂端在自然环境的影响下，会发生轴向的伸缩、挠曲、颤抖甚至是水平方向的偏转变形，梁体会产生很大的内力，可能导致合拢段甚至是已完梁段梁端的开裂。在合拢段合拢锁定后将会对现浇段产生应力影响，因而确保现浇段在支架上的相对滑动和爬升是保证合拢施工和两端梁体结构安全的重要措施，解除边直段的临时锚固措施，确保现浇段在纵向可以自由的伸缩，在合拢段处的劲性连接，在浇筑砼时在悬臂端设置预压。（详见合拢段结构图）

主梁最后一段悬浇梁施工完毕后将进入合拢段施工，合拢段砼的施工时间一般要选择在天气情况较稳定且能持续2～3天的时间段。在施工前对梁体顶面标高和轴线进行联测，并且连续观察气温变化对主梁的标高、轴线和内力影响的便移量，连续观测的时间要大于48h，观测的时间间隔可以根据梁体的结构特点和天气情况进行观测，本桥采用时间间隔2h。由于本桥结构特点，在合拢时要进行临时压重平衡合拢段砼的重量，在梁段预压前后都要进行观测，并根据实际情况进行调索（其调索范围为悬臂端附进3对索）以调增梁端标高，在调整完毕后还要进行观测（＞48h），在观测结果满足要求后进行下一步合拢锁定施工。合拢段砼浇筑时间一般选在当天最低气温的时间段完成，且砼浇筑完毕后温度开始上升为宜。

合拢段的模板施工以挂篮下落2m后做为施工操作平台，合拢段的连接装置将悬臂端和现浇段连接成一个整体，承受梁体在施工和环境作用下产生的形变和内力。本桥采用埋入砼外侧的外刚性支撑，通过此刚性支撑锁定合拢口。在刚性锁定后张拉4束纵向预应力筋，整个连接结构要能抵抗任何一侧产生的全部应力和位移。刚性支撑的连接要根据施工观测的结果确定连接时间，要在梁体形变最小，温度变化最小的时间内均匀同步施工完成，减少锁定的时间和锁定的时间差。当刚性支撑施工完后，要在1h内完成预应力的张力工作。同时释放边跨段约束使梁段合拢口能在纵向自由伸缩。

合拢必须均衡对称进行施工，避免施工产生相对位移变形，产生“剪差力”变位，产生次内力和合拢段精度误差。合拢段在施工过程中宜引起该段荷载增加而产生的附加应力，为避免在施工过程中产生竖向应力，本桥采用水箱进行预压的方法。

5 主梁施工测量与监测

主梁的施工测量和监控管理是主梁施工过程中控制的重点和难点，是成桥线型控制决定性因素。斜拉桥相对普通的混凝土桥梁柔性大，尤其在挂篮悬浇过程中，随着悬臂端长度的增长和环境的影响，梁体在进行挂篮施工索力张拉时将会出现明显的线型和内力变化，而且其变化往往和理论有一定的差别，因此施工过程中测量和监测对主梁的施工尤为重要。

5.1 主梁测量施工

牵索挂篮施工和普通的梁体施工的主要区别在于梁上的预留孔较多、定位要求精度高，挂篮定位复杂，梁段斜拉索套筒定位困难。挂篮定位。挂篮前端定位包括轴线定位、里程定位和标高定位。挂篮的轴线和里程定位受自然条件和施工条件影响相对较小，施工较容易掌握，根据测量的数据加以温差影响数值进行修正即可。挂篮前端的高程定位是挂篮施工定位过程中一个较难控制的工艺，也是过程控制的重点，其受到环境影响的因素较大。挂篮的前端定位标高在进行测量时要用监测值对设计值进行修正。监测的数据主要是挂篮在荷载作用下的弹性变形以及梁体的悬臂端在施工荷载和环境影响下的标高变化值。

5.2 主梁施工监测

斜拉桥在悬臂施工的过程中随着梁体悬臂端不断的加长，梁体的柔性逐渐加大，施工荷载及环境对梁体的形变和内力影响也愈大，施工过程中对塔梁进行必要的监测，为后续施工提供保障。

(1)梁段施工过程监测。节段施工过程中，主要的施工荷载为拉索的四次张拉荷载和砼浇筑荷载。砼的浇筑和每次张拉过程中挂篮的前端标高都要发生变化，非对称的标高变化将会引起挂篮的扭转和主梁内力叠加，随着梁悬臂端加长和内力结构的变化，外力对梁体的影响也就愈大，仅初张拉定位时梁端标高随着悬臂端的延长将有1～11cm的高程变化范围，这超出设计和监控的要求值，在施工过程中要加强观测和控制，以便及时采取措施。

(2)梁段定期监测。已经浇筑完毕梁体悬臂端在受到环境和梁段施工长度变化影响，梁体的线型和内力也会发生变化，在施工过程中要加强对其形变和内力的观测，为梁段施工提供数据支持。监测分析项目如下：①梁体温度与大气温度的变化规律。②梁体标高和内力在不同的时间及温度下的变化情况。③梁体纵向伸缩量与温度的关系。④索塔在不同日照及温度下的偏位、高程和内力变化情况。

(3)拉索和塔梁体内力监测。拉索和塔梁体内力在施工过程中要进行监测，在砼浇筑过程中和体系转换后对索力进行应力法和磁通量法监控，对需要调整的索力进行调整。而塔梁的内力监测主要通过预埋在梁体结构内预埋的传感器监测，通过实测监测值与梁体和理论值进行比较，真实的反应出结构在施工过程中的受力安全情况，并为下段施工提供数据支持。主梁悬浇过程中内力图：

(4)建立监测信息传递系统。梁体的监控测量要建立良好的信息传递系统，保证信息传导及时准确，使整个施工结构处在受控状态。

6 主梁合拢调索

梁体合拢后的调索施工是主体结构的最后一个施工环节，也是成桥施工质量和线型控制的最重要的一环。而由于此桥所处在铁路编织站的特殊环境因素，在施工过程中的预压荷载在操作和安全防护上存在着很大的难度，因而本桥将通过调整索力张拉次数和张拉吨位实现主梁的应力储备要求。在满足不压重的前提条件下，尽量减少调索的数量和次数。在尊重了原设计的方案和受力分析的基础上，在索力压重调整范围内取消了压重，对索力调整进行了优化。

索力调整优化表

从表中可得，索力优化调整仅对S16号拉索至S21号拉索进行多次张拉（二次张拉），该调整在结构合拢后进行。索力调整量最大为S20号拉索，调整值为70.7ton，最小为16号拉索，调整值为24.5ton。最后通过对结构进行有限元分析，得出以上方案满足设计要求，优化方案可行。方案优化后对主梁调索进行“多步一次”和“多步多次”调索技术的综合应用，很好的解决了一次性张拉压重调索方案中压重给施工带来的困难。

7 结束语

本桥是在建的跨越铁路线较多的大型斜拉桥。桥梁从上下部结构都有很高的施工技术含量（大孔径桩的自平衡检测、七千方砼的大承台施工、牵索挂篮施工、爬模施工），是借鉴和学习的典范。本文在多方面阐述了主梁牵索挂篮悬臂施工过程中的重点和难点问题，意在掌握主梁施工工艺，培养施工过程中分析问题和解决问题的能力。

[1]张继荛,王昌江编著.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁[].人民交通出版社,2007(1).

[2]王武勤编著.大跨度桥梁施工技术[].人民交通出版社,2004(3).