引言
吊扣合一无支架缆索吊装施工技术于上世纪60年代最早应用于广西南宁邕宁大桥，相较于传统的索塔-扣塔形式，吊扣合一施工技术具有措施花费更少、施工占地更小、更易搭拆的特点，随着近几年大跨度钢拱桥的大量兴建，得到了越来越广泛的使用。
1.工程概况
广西南宁市罗文大桥（下文简称：罗文大桥）全长1408.522m，由南北岸引桥、立交匝道和主桥三部分组成。引桥和立交匝道桥采用预应力钢筋混凝土连续梁结构，主桥为50m（边跨）+2×180m（主跨）+50m（边跨）海鸥式双跨系杆钢箱拱桥，包括三角刚架区段和钢箱拱（梁）区段。边跨三角刚架采用预应力混凝土结构，为梁拱协作体系；主跨拱肋由预应力混凝土拱肋段（接三角钢架）和钢箱拱肋段组成，混凝土拱肋与钢箱拱肋间设置钢-混凝土连接段。主拱拱肋理论跨径 180 m，全拱计算矢高 50 m，主拱拱轴线采用二次抛物线。左右幅分别有两条拱肋（全桥共四条拱肋），分别位于各自的竖直平面内，桥面上拱肋间无横向联系。每条拱肋下分别设置水平系杆，平衡各自拱肋的水平推力。主跨钢梁为“双纵箱+格子梁”构造，梁面全宽 41.5m，通过13根吊杆（全桥52根）将梁面荷载均匀分布于每条拱肋。
图1 罗文大桥主桥总体效果图
罗文大桥主桥跨越国内主要航运线路之一的邕江。为减少施工对航运的影响，同时考虑桥梁结构形式、河流地形、拱肋节段重量、拱肋安装高度和施工经济性等因素，经反复论证，钢箱拱安装决定采用吊扣合一无支架缆索法施工。
2.缆索吊装系统设计
吊扣合一无支架单组缆索吊装系统，主要包括缆索系统、塔架系统、扣索系统、机具和地锚五个部分。缆索系统一次跨越两跨拱肋，采用单组主索道和两组工作索道结构。主索道通过索鞍横向移动分别完成上下游拱肋吊装施工，工作索道上下游各设置一道以满足过程中的机具等吊装需求。在边跨10#墩和12#墩承台上分别设置万能杆件索塔，同时作为扣塔使用，中跨11#墩梁面设置万能杆件扣塔。扣索是钢箱拱合拢前的锚固支撑系统，从施工方便、结构强度等方面考虑，
扣索选用若干股预应力钢绞线。吊装及牵引动力设备均采用卷扬机。侧缆风采用人工挖孔桩作为地锚，后缆风直接以8#和14#墩承台桩基作为地锚。
图2-1 缆索吊装系统布置立面图 图2-2 缆索吊装系统布置平面图 2.1 缆索系统设计
缆索系统采用单组主索道和两组工作索道形式设计，主索道用于钢箱拱节段吊装，工作索道用于小型机具设备材料等的吊装。索道由主索、起重索、牵引索、跑车和连接绳组成。此处主索道和工作索道构造均相同，仅在吊装荷载上存在差别，本文以主索道的设计为例进行介绍。
根据设计经验和初步估算，卷扬机布置在两岸，主索道主索采用6根Φ56mm钢丝绳，起重索采用2根Φ26mm钢丝绳，牵引索采用2根Φ26mm钢丝绳（按“倍率4”单牵引布置）。
主索道布置：主跨 ；小里程（江北）边跨 ；大里程（江南） ；跨中最大垂度 ；集中荷载 （1.2为冲击系数，58为拱肋最重节段重量，25为跑车、吊具及吊绳重量 ）；主索弦倾角： ；起重索和牵引索通过跑车作用在主索上的荷载 。
（1） （2） （3）
公式（3）中 表示钢丝绳截面积； 表示主索弹性模量； 表示一根主索上的行车轮数根据公式（1）、（2）和（3）计算主索最大张力为 ，张力安全系数 ，最大弯曲应力为 ，应力安全系数 。
令 ，可导出主索张力方程： （4）
计算空索安装时的索力和垂度等参数为： 计算跑车安装时的索力和垂度参数为：
起重索设置两根，两端拉头分别经过两岸塔顶索鞍，于地锚前转向进入两岸电控慢速卷扬机，每条起重索在跑车间走10穿绕。计算起重索张力：
（5）
式中： 表示滑轮的总阻力系数， 表示起重量（包括吊重、吊钩、滑轮组及部分起重索重量在内）， 表示起重滑轮组的有效绳数， 表示起重索从定滑轮绕出后至绞车间的导向滑轮数目。计算起重索张力 ，选用JM-10t电控慢速卷扬机。
牵引索设置两根，分别经过两岸塔顶索鞍，于地锚前转向进入两岸电控慢速卷扬机，每条牵引索在跑车间走4穿绕。计算牵引索张力：
式中： 表示分索器安装距离， 表示牵引索最大垂度， 表示最大吊重， 表示倾角， 表示小车运行摩察系数， 表示滑轮的总阻力系数， 表示走绳倍率。计算牵引索张力 ，选用JM-12.5t电控慢速卷扬机。
2.2 塔架系统设计
吊装索塔塔架采用门式万能杆件组拼结构，中间设置三道横向连接，高度由拱肋高度、吊具高度、缆索吊装垂度和跨越扣塔塔顶4个因素共同决定。塔架结构选用Midas Civil软件建模计算，万能杆件结构采用桁架单元，轨道采用梁结构单元，缆索钢丝绳采用索结构单元进行模拟，荷载考虑自重、风荷载、吊装机具荷载和吊装荷载。设计中主要进行以下分析：①屈曲分析，检算结构稳定性；②静力分析，计算结构刚度和强度。通过设置合理的缆风系统确保索塔结构的安全。
索塔计算共分为16个工况详见表2-1，索塔内力计算结果见表2-2，索塔位移计算结果见表2-3。
2、杆件受力拉为正，压为负；
3、杆件容许轴力为：2N5杆件10.6t，2N4杆件（横桥向）30.4t，2N4杆件（顺桥向）15.2t，4N3杆件68.8t，3N3杆件51.6t，2N3杆件34.4t，4N1杆件129.6t。
2.3 扣索系统设计
扣索系统主要由锚梁、扣索和连接器三个部分组成，扣索锚固梁采用双工字钢组拼，与索塔（扣塔）竖杆通过节点板螺栓连接。根据计算扣索（锚索）张拉力扣索固定端设在拱肋节段上，张拉锚固端锚固在索塔（扣塔）上的锚固梁上。在对应的扣索位置设置临时锚索，固定端平行布置在扣索地垄上，在扣塔上的锚固梁内张拉锚固，用于平衡扣索的张力。
2.4 其它设计
缆索吊装系统中涉及的机具主要包括卷扬机、倒链和滑车。卷扬机是缆索吊装的主要动力设备，用于重物竖向提升、跑车和工作小车的牵引。倒链主要用于缆索系统安装时进行钢丝绳收紧等作业。滑车是缆索吊装系统用的最多的机构，是缆索吊装系统的核心，通过不同的绕法可實现钢丝绳转向和以小吨位机具吊装大重构件的目的。
地锚是确保塔架和拱肋稳定性的重要受力结构，主要有重力式和抗拔式两种。本工程中采用人工挖孔桩作为缆风绳的地锚，主要通过土体与桩壁间的摩阻提供锚固力。本工程地锚共设置4处，分别位于南北岸岸边上下游位置，采用Midas GTS进行结构检算，地锚最大位移量2.97cm，粉质粘土应力76.0kPa<[210kPa]，混凝土地锚结构最大von Mises应力0.96MPa，满足要求。
3.拱肋吊装施工 3.1 施工工艺流程 3.2 钢帽安装
钢帽是混凝土拱肋和钢箱拱肋两种不同结构间的过渡结构，施工和运营过程均会承受较复杂的应力。若将钢帽与钢箱拱肋第一段焊接后一同浇筑，施工难度大，由于钢帽内部肋板等结构复杂，混凝土浇筑很难保证密实。本工程采用先浇筑钢帽段混凝土，待混凝土达到设计强度和弹性模量后，再安装钢箱拱第一节段，然后张拉预应力，以完成钢帽段施工。其主要内容包括：劲性骨架的加工和安装、钢筋及预应力钢绞线安装、钢帽安装、模型施工、混凝土施工、钢箱拱第一段安装焊接和预应力张拉及压浆施工。
钢帽施工时，先在混凝土拱肋段设置角钢桁架结构，用于钢帽安装定位。钢筋和预应力等安装就位后，通过缆索吊装系统四点起吊钢帽，钢帽吊至角钢桁架顶面后，通过倒链和手摇千斤顶对钢帽位置进行精确调整定位，最后支立模型、浇筑混凝土。
3.2 拱肋一号段安装
钢帽施工采用了先浇筑混凝土将钢帽预埋至混凝土拱肋端的方案，拱肋一号段安装时需将其与钢帽间焊接连接。由于焊缝位置焊接钢板背面即为混凝土，焊接发热易对混凝土结构产生不利影响，则拱肋一号段施工的主要技术难点在于：焊接时焊缝位置钢帽钢板温度的控制。本工程施工过程中，采取增加焊缝焊接道数，减小每道焊缝厚度，以及间断施焊的方式降低焊缝位置钢板温度。
拱肋一号段安装时，先在钢帽顶面测量放样，墨线弹出钢箱拱外轮廓边线，并在底部和靠桥梁外侧焊接限位码板。拱肋节段通过缆索系统四吊点起吊，吊至钢帽位置后通过倒链和手摇千斤顶将拱肋底板和靠梁外侧腹板顶紧限位码板，通过钢楔调整拱肋与钢帽间的焊缝宽度，然后在拱肋另一端的控制点上进行测量，根据测量成果，通过侧向缆风和缆索系统调整拱肋的偏位和标高，直至达到设计规范要求。
3.3 拱肋中间节段安装
拱肋中间节段的安装采用“首端控制，尾端顺接”的原则进行安装定位。拱肋采用缆索系统四吊点起吊，尾端与已安装好的前一节段首端通过匹配件进行顺位连接，然后通过倒链和缆索系统调整钢箱拱扭度和前端标高，通过左右侧侧缆风调整拱轴偏位。调整就位后立即通过加强码板将尾端焊接固定，加强码板的焊接代表了拱肋节段定位的完成。其后需立即对称进行环焊缝焊接，环焊缝焊接完成后，张拉扣索并解除缆索系统吊点。
扣索是缆索系统解除后拱肋的唯一支撑机构，施工过程中承担全部拱肋荷载，是施工关键措施结构。本工程扣索采用预应力钢绞线，通过穿心式千斤顶进行张拉施加荷载。由于吊扣合一的缆索吊装体系的特殊性，拱肋线形在缆索系统工作过程中会不断变化，在拱肋安装线形确定时需进行仿真计算，设置合理的标高预抬值，确保合拢时拱肋线形标高达到设计要求。
3.4 拱肋合拢段安装
合拢段的焊接施工对结构体系的内力影响尤为突出。由于合拢吊装时的温度与合拢段焊接时的温度不同，拱肋长度随环境温度变化而变化，这些变化值主要反应在对接口的间隙上，也即合拢段的对接口间隙处于动态变化，温度应力极大，如措施不当，焊缝会出现裂纹，焊接失败。本工程施工中提前7天对拱肋随温度变化的线形变化情况进行跟踪观测，并总结出现场温度每变化1℃，拱肋里程变化1.25mm，标高变化3.5mm的经验。同时根据前期施工效率，预测工人进行合拢节段拱肋配切和码板定位时间，并结合天气预报，预判合拢定位时需要进行配切的拱肋长度。
4.结束语
吊扣合一缆索吊装系统设计的关键在于扣索索力值计算成果对现场的有效指导，基础在于索塔结构安全和稳定性满足现场要求。通过本工程实践，根据扣
索索力值控制的拱肋线形精度较高，索塔结构安全，分析理论合理。同时本工程中提出了先浇筑钢帽混凝土再焊接一号段拱肋的施工顺序以及其中控制焊接温度对混凝土影响的措施可行。本文的吊扣合一缆索吊装系统设计方法和拱肋安装方案可供类似桥梁参考。
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