红河特大桥是云南省红河哈尼族彝族自治州建水县至元阳县高速公路的控制性工程。主桥为主跨700m不对称双塔钢箱加劲梁悬索桥，锚锭采用埋置式重力式锚锭，主塔为钢筋混凝土门式塔柱，大桥建水侧主塔高184.286m，元阳侧主塔高125.486m。
该桥缆索系统主要包括主缆、索鞍、索夹、吊索、扣索。其中索鞍系统由4套主索鞍总成、4套散索鞍总成组成，索鞍系统主要作为支撑主缆并起到平顺改变主缆方向的作用。
2 主索鞍吊装施工方案
主索鞍及其附属构件安装采用“塔底转放平台移运+塔顶门架（悬臂门架）承载+卷扬机系统连续提升起吊及纵向移位”方案吊装。
塔顶门架由型钢桁架组成，桁架分片由塔吊吊装就位，桁架分3片，包括2片主桁架及1片稳定桁架，桁架顶设联结系使3片桁架形成门架整体，在塔顶组焊成整体。门架吊装主索鞍组件由门架上10t卷扬机完成垂直及水平方向的运输。垂直提升系统由起吊钢丝绳与滑轮组组成，水平移动系统由架顶吊装滑移分配梁及反拉绳组成，10t卷扬机应固定在门架顶横梁上，防止拉翻。
3 主索鞍吊装系统设计与施工
主索鞍吊装系统主要包括门架支撑系统、起吊系统、走形系统。塔顶门架支撑系统在索鞍及其附属构件的吊装工作以及猫道架设、索股架设等上部结构施工中均发挥着极其重要的作用；起吊系统与走形系统共同配合进行索鞍的起吊、运输、定位安装任务。
3.1门架支撑系统
全桥共布置4套吊装门架，单榀门架整体长度19.5m，宽度4.74m，高度9m。门架主要受力结构为2片主桁架，主桁架之间设横向连接系。单个门架总重量为47.1t。
3.1.1索鞍吊装门架结构计算
（1）工况1：吊装主索鞍。卷扬机固定于塔顶门架滑移底座上，滑移底座主要受力杆件为3根HW400mm×400mm型钢；门架上横梁为380mm×500mm箱形截面，作为滑移底座的滑移轨道，承受卷扬机滑移底座的传力；主桁架竖杆与斜杆均为HW400mm×400mm型钢，作为门架的主要支撑构件。分别对上述构件进行强度、刚度与稳定性进行验算。
（2）工况2：双侧拽拉主缆。在主缆架设时，卷扬机滑移底座与塔顶门架之间通过约束使其不能再滑移，受力时门架挂架通过门架横梁传递卷扬机底座，门架挂架由HW400mm×400mm型钢组成，与门架立柱连接。荷载为猫道门架支撑索、主缆牵引索。分别对上述构件的强度、刚度与稳定性进行验算。其中塔顶主桁架最不利工况为主索鞍吊装，在其余工况中可不必验算。
（3）工况3：单侧拽拉主缆。主缆架设时双侧拽拉主缆为最不利工况，在此不再赘述受力及验算过程。
3.1.2门架构件加工与拼装
塔顶门架杆件在专业钢结构加工场内加工，钢结构加工严格按照设计图纸要求进行，加工完成后在工厂内预拼，经检查合格后运至现场。门架采用塔吊进行安装，根据现场塔吊吊重情况，塔顶门架的安装采用分片、分段安装形式，每套塔顶门架的总体安装顺序为：安装靠近内侧的主桁架→安装靠近外侧的主桁架→安装水平连接系。
3.2起吊与走形系统
起吊系统由卷扬机、转向轮、塔顶门架、起吊平车、行走系统、吊具等组成。
（1）吊绳选择。索鞍各部件安装过程中最大吊重为元阳侧边跨鞍体，重量达44.9t，鞍体起吊时采用4根钢丝绳，4点起吊，如每根钢丝绳采用双股，每个吊点承受重量11.23t，钢丝绳与水平面夹角60°，则每股钢丝绳竖向分力为6.48t，则钢丝绳最小破断拉力464.41kN，钢丝绳最小选用φ28mm即可满足要求。其破断拉力为522kN。采用25t卸扣。
（2）滑车组选择。选用100t滑车吊装，工作绳数8根。需钢丝绳破断拉力为377.52kN，选用直径φ24mm、6×37+1型钢芯钢丝绳，公称抗拉强度1870MPa，其破断拉力为383kN。
（3）卷扬机滑移底座设计。采用3根HW400mm×400mm型钢作为卷扬底座机横梁，底座承担吊点1/2荷载及卷扬机一半自重，均简化为集中荷载作用于底座横梁跨中，荷载为400kN；主索鞍吊重作用在卷扬机底座上吊挂梁的吊点上，采用2[40b型钢作为卷扬机底座吊挂梁，对上述构件验算。
3.3门架试吊试验
为检验塔顶门架承载力及加工质量，门架验收完成后在主索鞍安装前进行试吊试验，试验配重采用主索鞍+锌块。试吊加载重量分别为设计吊重的80%、100%、110%和125%，其中80%和125%加载时为静载试验，100%和110%加载时为动载试验。
4 主索鞍吊装施工
4.1索鞍各构件运输
针对山区施工便道坡陡弯急、道路运输条件较差的特点，综合考虑运输的经济适用性及车辆沿途所经过的道路、桥梁、隧道、收费站的限重等情况，针对不同构件制定不同的运输方案。索鞍及格栅运输采用牵引车青年曼卡1台，外型尺寸6350mm×2490mm×3660mm，牵引质量80t，最小转弯半径16.2m，配置3+5轴平板，外型尺寸17000mm×3000mm×800mm；其余承板、挡板、隔板等构件，选用载重30t级的货车进行运输。
4.2塔顶格栅及顶推架安装
塔顶格栅及顶推架为整体制作，安装采用塔顶门架、卷扬机、滑车组配合起吊至塔顶，通过倒链拖拉横移安装就位。
格栅运输至主塔边跨侧塔底正对塔顶门架处，通过卷扬机放绳将滑车组降至地面，在滑车组下端安装起重钢丝绳；塔底8t卷扬机吐出钢丝绳，与格栅角部捆绑做缆风绳；在门架顶吊装分配梁后端设置反拉钢丝绳，缓慢启动卷扬机进行格栅起吊，通过四角的螺旋千斤顶调整格栅标高及四角高差，调整到位确认格栅底部抄垫稳定后，卸下格栅四角的螺旋千斤顶，并对格栅标高、平面位置进行再次复核，确认无误后拆除吊装钢丝绳。调整好格栅位置后浇筑混凝土。
4.3主索鞍组件安装
4.3.1索鞍安装预偏位
为保证悬索桥成桥后索鞍位于设计的位置，在安装时就要让鞍座相对于主跨主缆中点有一个预偏量，在箱梁架设过程中，随着梁段荷载增加主缆拉力增大，逐步顶推索鞍至设计位置，因此索鞍预偏位的精确设置非常重要。
主索鞍安装前，对格栅顶面标高进行复测，并根据设计位置放样各处组件安装中心线，做好相应标记。根据施工监控分析结果，设置主索鞍的施工预偏位。
4.3.2承板吊装
承板安装工艺与格栅安装方式相同。
4.3.3索鞍后吊工艺的应用
随着国内特大桥桥梁的不断建设，国内特大型桥梁对钢制构件的需求日益增加，但是目前国内具备生产大型索鞍能力的工厂较少，为保证主索鞍可以利用塔顶门架吊装作业，悬索桥常态化施工工艺流程为待索鞍吊装完成后再架设猫道，为主索鞍预留吊装空间。本项目经过工程实践，探索出一种新型施工工艺，为保证施工工期先架设猫道，在猫道设计时保证猫道转向架与主塔间间隙具备索鞍吊装空间，待索鞍加工完成后，利用猫道预留空间吊装索鞍作业。此工艺可缩短施工工期。
4.3.4鞍体吊装
（1）将边跨半鞍体运输至主塔承台侧，利用130t汽车吊转至承台上靠塔柱位置，距离塔柱边缘≯7m位置，塔顶卷扬机钢丝绳通过塔顶门架转向导轮后进入滑车组，通过卷扬机放绳将滑车组降至地面，在滑车组下端安装起重钢丝绳；塔底8t卷扬机吐出钢丝绳，与鞍体捆绑做缆风绳；在门架顶吊装分配梁后端设置反拉钢丝绳。
（2）缓慢启动卷扬机，按每米增加一档的加速度提升，从第5m开始，按9m/min的速度匀速向上提升，提升过程中塔底卷扬机同步配合放绳，但要保证缆风绳始终带力，防止鞍体因钢丝绳的盘旋而打转。
（3）当鞍体稍高于主塔顶高度后停止卷扬机提升，解除反拉钢丝绳，同时收紧门架顶2台倒链，调整速度，始终保持吊装分配梁在门架的中心位置，缓慢横移组件至塔顶大致安装位置（横移过程中塔顶卷扬机配合收绳），下放至上承板顶面停放。
（4）拉线对鞍体平面位置进行检查，通过小倒链进行微调对位。
（5）测量人员对鞍体标高、平面位置进行再次复核，确认无误后将鞍体与底板之间临时锁定，拆除吊装钢丝绳。
（6）中跨鞍体就位后将两半鞍体拼接面对齐，然后将鞍体对正，再用螺栓将两个半鞍体锁紧。根据监控指令要求调整好预偏量，在主鞍的承压台上装调节拉杆，并装好垫圈、螺母，完成主索鞍的吊装，在主桥钢箱梁吊装过程中，根据监控主缆缆力、主塔偏位等情况逐步将主索鞍顶推到位。
5 结语
红河特大桥主索鞍吊装采用了“塔底转放平台移运+塔顶门架（悬臂门架）承载+卷扬机系统连续提升起吊及纵向移位”吊装方案，并应用“猫道先架，索鞍后吊”创新施工工艺，工程实践表明本桥所采用的主索鞍吊装施工设备、工装、工艺可以有效保证施工质量，目前，红河特大桥已完成全部钢箱梁吊装施工，施工监控结果表明：4组主索鞍的轴线偏位、四角高差均在±2mm以内。
作者：王先锋 （中国水利水电第八工程局有限公司)
本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第24期
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