摘 要：为探索跨河特大桥拱上主梁吊索安装与主拱吊杆安装同步进行的可行性，以某中承式提篮拱桥为例，在概述桥梁结构及拱上主梁分区的基础上，提出中跨有吊杆区拱上主梁实施吊索多点弹性支撑吊架安装施工方案，并对吊索弹性吊架结构组成及施工技术要点展开分析探讨。为保证成桥后主梁线形和吊杆索力均满足设计，应用Midas/Civil软件构建起主梁施工阶段有限元模型，对施工过程展开模拟控制。结果表明，所提出的吊架安装施工方案切实可行，工后主梁高程、吊杆索力实测值均与理论值吻合，符合设计要求。
关键词：拱桥;现浇;主梁;吊索弹性吊架;安装施工;
作者简介：谢嘉斌（1995—）,男,大专,助理工程师,从事公路桥梁施工管理工作。;
0 引言随着我国交通建设事业的持续发展，跨越河流及深切峡谷的大跨度桥梁也越来越多。对于建设在陡峻斜坡及陡壁地形处的桥梁结构，将预制吊架部件全部起吊至挂篮结构后展开组拼和安装，结束后再安装主拱吊杆，高空作业量大，施工质量及安全性受外界环境影响较大。此外，深沟山区桥梁架设还面临场地限制和工期限制，使此类桥梁工程施工难度和风险大大增加。基于此，该文依托某跨河特大桥工程，对主梁吊索弹性吊架安装施工技术要点展开研究，以期克服常规施工过程弊端，保证质量，提升工效。
1 工程概况某跨河特大桥为中承式提篮拱桥形式，拱肋全部采用钢筋混凝土组合结构，拱轴系数为3.5，矢高115 m，两岸拱座和拱脚固结。拱上主梁按照等高三室预应力混凝土箱梁设计，跨径为（32 272 32)m，主梁中心处梁高3.167 m；中跨及边跨标准截面顶板宽22.0 m和15.2 m，主梁边跨支撑在两侧拱上立柱及拱肋支撑横梁处，中跨主梁则借助吊杆连接拱肋，吊杆由φ7 mm镀锌平行钢丝制成，并按照8.0 m间距顺桥向布置。两岸均布置跨径32.7 2×61.75 m连续刚构引桥，桥面与主桥连续。
该拱桥施工时先通过缆索吊机整节段吊装拱肋钢桁架，并采用斜拉扣挂法辅助悬臂拼装，直至合龙，再借助拱肋钢桁架浇筑拱肋混凝土，以形成钢筋混凝土组合结构拱肋，搭设支架并整体浇筑边跨主梁混凝土，安装挂篮，按照每个节段8.0 m的长度悬臂浇筑中跨主梁，直至合龙。该桥梁地处峡谷沟壑地区，施工环境恶劣，施工场地受限，工序复杂繁多，且工期紧，中跨主梁从原小节段挂篮悬臂对称浇筑方案调整为整体吊架支撑的大节段现浇方案，施工节段长度翻倍[1]，相应的施工节段数缩减了50%，工效提升，工期缩短，但是施工节段长度的增大使主梁线形控制难度大幅增加，主梁吊索弹性吊架安装施工也相应成为控制要点和难点所在。
2 主梁吊架体系施工方案2.1 主梁施工方案该中承式提篮拱桥主梁施工时，一次性浇筑拱外跨梁段，完成后再一次性浇筑拱内无吊杆区梁段；分段挂设弹性支撑吊架，并从两侧开始依次向中间对称浇筑拱内吊杆区梁段，直至中跨主梁合龙。以上主梁施工方案可细化为具体施工步骤：(1)通过缆索吊机从两侧开始逐步向中间吊装中跨吊杆的吊架系统，并相应挂设吊杆，以形成弹性吊架；待结束吊架系统安装后将其两端锚固于浇筑后并达到设计强度的混凝土主梁端截面。(2)进行各吊杆初张拉，以使其吊架系统线形满足设计要求，同时设置主梁预拱度；将砂桶抄垫于吊点处横梁，以保证主梁横向预拱度。(3)支立模板并绑扎钢筋，从两侧开始向跨中首次对称浇筑箱梁混凝土，待强度达到设计要求后进行相应节段预应力束张拉。(4)在首节段混凝土养护过程中，进行下一节段模板支立及钢筋绑扎，完成首节段预应力束张拉后浇筑下一节段混凝土。如此循环往复，完成两侧至跨中剩余梁段混凝土浇筑、预应力束张拉。(5)在环境温度稳定时进行中跨合龙段混凝土浇筑，张拉预应力束，最终完成主梁合龙。(6)从两侧开始依次向跨中拆除吊架体系；清理临时荷载，二次张拉吊杆，并进行主梁线形及吊杆索力微调，保证安装精度。
2.2 吊架体系布置拱内吊杆区弹性支撑吊架系统包括吊杆、吊带、承重横梁、联结系、砂桶、纵梁及分配梁、模板及预紧锁定装置等部分。其中，承重横梁为30 mm厚、1 500 mm长、1 500 mm宽的箱型截面，按照8 m间隔顺桥向布置；小纵梁为16 mm厚、500 mm长、200 mm宽的工字型截面，顺桥向布置。联结系为40b双工字钢；接长吊带长200 mm、宽60 mm。以上钢材全部采用Q345q B材质。
3 吊索弹性吊架设计3.1 弹性吊架设计按照以上施工方案设计思路，该中承式提篮拱桥主梁吊索弹性吊架长209.5 m，宽24 m，总重量达到1 608 t，包括底模、承重、限位结构及预紧锁定结构等部分。其中，由底模分配梁、方木及竹胶板等组成的底模系统支撑于承重结构上。拱桥主梁中跨设置吊杆区域吊索弹性吊架立面结构见图1。该体系中的限位结构、预紧锁定结构、承重系统是主梁施工的关键性结构，为保证主梁混凝土浇筑质量，必须加强以上结构间变形协调控制，同时解决吊架横向抗风问题[2]。
承重系统平联、纵梁分别设置在横梁之间及横梁顶面，为保证浇筑后主梁节段和现浇吊架变形协调，抑制温度作用，应在横梁顶面横桥向交错布置纵梁，同时通过销轴联结横梁和平联。
在主拱C1吊杆断面设置预紧锁定结构，并通过向锚筋施加一定的预紧力，使承重系统纵梁、端横梁紧压在主梁底面，有效连接中跨无吊杆区已浇筑主梁和吊索弹性吊架端横梁。在拱上主梁现浇期间通过设置预紧锁定结构，可以起到顺桥向吊索弹性吊架限位及约束两端主梁转角的作用，确保待浇筑混凝土和已浇筑混凝土的黏结效果。为加强主梁线形控制，主拱吊杆不设初张力，仅被动承受竖向荷载[3]。
该中承式提篮拱桥主梁吊杆和接长结构全部为柔性结构，为抑制其在主梁施工期间因遭受横风而引发横向位移，必须将限位装置焊接在承重系统端横梁两侧，与已浇筑主梁牢固连接，并充分利用承重系统相邻横梁间的直、斜平联结构，强化系统横向刚度，以增强吊架横向抗风性能。
图1 吊索弹性吊架立面结构 下载原图
3.2 吊架受力主梁吊索弹性吊架和拱上主梁荷载最终由主拱承担，故必须以主梁浇筑工况为计算工况，按照施工阶段累加模型，展开弹性吊架受力计算。
通过Midas/Civil软件构建该中承式提篮拱桥主梁吊杆施工过程有限元模型，其中，包括主梁、拱肋混凝土及钢桁架等在内的主体结构以及包括吊架体系、扣塔塔架等在内的主要临时结构全部采用梁单元模拟，吊杆、扣锚索则采用拉索单元模拟。主梁支撑横梁处设横向、竖向、纵向约束。扣塔底部及拱脚处设置固结约束。拱上立柱处则设置竖向支撑。模型共包括11 985个单元和5 870个节点。按照正装分析法展开弹性吊架搭设、主梁混凝土浇筑、预应力束张拉、吊架拆除、索力调整等过程受力模拟；激活吊架体系和主梁节点后，得出各施工阶段主梁位移变化以及最终累积量，并据此确定主梁预拱度[4]。
拱上主梁混凝土现浇以吊索弹性吊架为主要施工平台，故必须展开弹性吊架、主梁、吊杆及拱肋受力验算。根据验算结果，弹性吊架在结构自重 混凝土现浇施工 风荷载下受力最为不利；横、纵梁组合应力最大值为184.1 MPa和175.9 MPa，剪应力最大值为45.2 MPa和39.9 MPa，均未超出所使用钢材应力允许范围。
在浇筑完成中跨吊杆拱上主梁、拆除弹性吊架并调整好主拱吊杆索力后，顶板混凝土主拉应力和压应力最大值为0.22 MPa和2.01 MPa；底板混凝土主拉应力和压应力最大值为0.67 MPa和2.56 MPa（见图2）；拱肋外包混凝土顶缘拉应力和压应力最大值为2.4 MPa和22.1 MPa；底缘拉应力为0 MPa，压应力最大值为12.3 MPa，均符合规范。
在进行跨中4.0 m合龙段浇筑施工前，合龙口两侧主梁存在7 mm高差；完成合龙段浇筑后，通过吊杆张拉及主梁线形微调，将主梁高差降低至2 mm以内，达到规范要求。
图2 底板混凝土主拉应力和压应力 下载原图
4 吊索弹性吊架安装该中承式提篮拱桥主梁吊杆吊索弹性吊架在专业制造厂预制，并运输至施工现场组拼为结构单元，通过缆索吊机整体吊装；待完成主梁施工任务后，再使用桥面汽车吊和卷扬机将吊架分节段拆除。
4.1 安装弹性吊架将预制好的吊架散件运输至待施工桥梁拱座前方拼装场地后，借助汽车吊机和缆索吊机组拼为吊装单元。考虑到所使用缆索吊机设计吊重，为保证吊架安全，应通过3根横梁及相应的平联、纵梁、接长吊具等组成吊装单元，并将吊装单元吊重控制在150 t左右。使用型钢将接长吊具叠压在横梁处，并借助精轧螺纹钢锚固。
完成吊装单元组拼后，通过缆索吊机与接长吊具将吊装单元起吊，并拱肋下方开始起吊、纵向移动至安装区域（见图3）。将上游及下游钢拱肋下弦处的3 t卷扬机牵引钢丝绳从拱肋锚管中穿过，连接横梁上成品吊杆端头后牵引至拱肋下弦锚管上方并通过锚具锚固。此后在横梁中穿过吊杆下端接长杆并锚固。等全部横梁所对应吊杆均锚固好后，将横梁接长吊具卸除，并使缆索吊机退回至拱座拼装场，开始施工下一吊装单元。待完成吊装单元安装施工后，还应按要求安装邻单元平联及相应纵梁；并通过强对接措施截短、接长处理，以调整高空安装平联长度，确保焊缝质量。
为保证拱上主梁现浇施工线形满足设计规范，必须按照预抛高设置中跨吊杆区吊索弹性吊架高程。根据主梁浇筑施工阶段至成桥阶段累计位移反号推求主拱吊杆区内横纵梁体系吊架预抛高；在横纵梁间设置高度为12～17 cm的砂箱以实现吊架预抛高处理。结合实测值，该中承式提篮拱桥拱上主梁线形高差最大值不超出5 cm。
4.2 拆除吊架拱上主梁从两侧开始依次向跨中对称浇筑，各节段箱梁混凝土浇筑施工则从悬臂端开始向已经浇筑的混凝土端纵向推进。待完成拱上主梁混凝土浇筑及预应力张拉压浆等施工任务后，按照设计要求卸载主拱吊杆接长结构张拉杆，以保证永久吊杆处于完全受力状态，进而从底模系统开始，依次将吊架拆除。具体而言，先调整纵梁下方砂箱高度，将底模和拱上主梁底板彻底分离，再依次拆除竹胶板、分配梁、纵梁等系统，然后逐节拆除平联。将大横梁通过4组螺纹钢筋与拱上主梁底板预留孔锚固于拱上主梁底部，同时将主拱吊杆处的接长结构拆除，切开横梁间对接焊缝。借助拱上主梁梁面卷扬机和50 t汽车吊将横梁两端吊住，持续放松卷扬机钢丝绳，使大横梁转变成竖向状态后，起吊至拱上主梁顶面装车，再依次拆除其余横梁结构。
图3 缆索吊机吊装立面 下载原图
5 结语综上所述，该提篮拱桥主桥中跨有吊杆区域拱上主梁混凝土按照吊索多点弹性支撑吊架现浇施工，吊架为施工过程提供了弹性支撑，并通过设置限位结构、预紧锁定结构、承重系统，同时采用吊索弹性吊架预抛高、预紧锁定、拱上主梁长节段对称浇筑等工序，使横向抗风、结构变形协调及吊架限位问题得到有效解决，为拱上主梁混凝土浇筑施工质量控制提供了保证。按照文章设计思路，在桥下地面完成吊架吊装单元组拼，并借助缆索吊机起吊安装，同步展开主拱吊杆安装，进而将流水作业转变为平行作业，工期大大节省，施工风险和成本也随之降低。
参考文献[1] 张应红,刘涛,周文.拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥主梁现浇吊架设计与施工关键技术[J].施工技术（中英文）,2022(18):15-18.
[2] 项叶克.系杆拱桥中横梁安装施工技术的应用[J].工程技术研究,2019(2):52-53.
[3] 王维高.大跨度桁架拱外包混凝土吊架法施工技术[J].世界桥梁,2018(6):21-25.
[4] 张成瑞,程元林.反吊架工法在飘带式系杆拱桥主梁施工中的应用[J].北方交通,2017(1):18-20 23.
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