严寒地区单塔双索面自锚式悬索桥主缆施工技术

摘要：本文介绍了严寒地区单塔双索面自锚式悬索桥主缆的安装过程及控制要点

关键词：严寒；双索面；自锚式；悬索桥；主缆；施工；技术；安装；控制

Abstract: This article describes the cold single tower self-anchored suspension bridge with double cable planes main cable installation process and control points

Keywords: cold; double cable planes; self-anchored; suspension bridge; main cable; construction; technology; installation; Control

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1．工程概况

发生渠FK2－3#公路桥位于哈尔滨市松北区新镇村境内，跨越人工湖，是哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设一期工程内的一座桥梁。

本桥采用单塔双跨双索面自锚式悬索桥结构，塔梁固结、塔墩分离体系。桥梁计算跨径为51.5 m +51.5m，桥面宽度为36m，为斜桥，斜交角度为69.09°。桥梁纵坡为1.1%，竖曲线半径为2500m，车行道横坡1.5%，人行道向内横坡1.0%。上部结构主梁采用现浇混凝土箱梁结构，主梁每跨有8对吊杆，每对吊杆处均设横梁。下部结构桥墩采用矩形截面，下接承台及钻孔灌注群桩基础；桥台为钻孔灌注桩台式桥台。

2．主缆架设

本桥主缆采用对称布置，全桥共两根主缆，两主缆间距为26m，每根主缆由19股127丝φ5.1mm预制平行钢丝索编排而成，钢丝标准抗拉强度不小于1670MPa。主缆空隙率指标：索夹处18％，索夹外20％，主缆理论直径271mm。主缆的施工采用预制平行钢丝索股法（PPWS）。主缆两端的锚头采用热铸锚。（主缆及锚具构造图见下图）

2.1主缆施工主要工艺流程

施工准备——牵引卷扬机就位——主索鞍安装——散索鞍安装——猫道安装——循环牵引系统架设——单元索股安装准备——基准索股测量安装——单元索股安装——主缆预紧缆——主缆紧缆——主缆线性测量。

2.2 牵引系统

主缆索股的安装选用循环牵引系统进行安装。主缆索股施工前须先架设猫道。

牵引系统组成：展索盘、牵引卷扬机、托辊、转向滑轮、张紧装置、塔顶支撑支架、锚端承重索、牵引索等组成。

总体布置如下参考图所示：

2.2.1 牵引卷扬机

在桥面上固定循环卷扬机，将牵引钢丝绳缠绕后沿上、下游猫道、通过滑车导向形成一组循环。

2.2.2托辊

沿猫道每4m安置一组用尼龙轮组成的托辊，轮中心距主缆中心线的水平距离为80cm左右。在塔顶主索鞍上，按索鞍的曲率半径放置过托辊组，由于此位置所需要承受的力比较大，因此要使用承载能力较大的托辊。

塔顶索鞍上的托辊安装形式如下图：

2.2.3 锚端支承系统

为避免单元索股在牵引过程中锚端与猫道面层上的托辊相碰，在猫道上方设置φ32mm钢丝绳组成的锚端承重索，分别锚固在两侧锚锭后方的桥面上。塔顶设置由型钢制作的支撑门架（如下图示），使锚端承重索的支承点提高，然后通过调整锚端承重索张力，使被牵引单元索股锚端在牵引过程中与猫道面层之间的距离保持在1.0m以上。

2.3 单元索股牵引

a、用25T吊车将索股安装到带有制动装置的放索支架上。并松开索股捆扎带后，将锚头放置在锚端承重小车上。

b、用人工把承重小车拉至循环卷扬机牵引位置，在此区间对单元索进行检查、整形，将散开的包带拆除后重新整形缠包。

c、循环牵引卷扬机将单元索牵引到达上锚端承重索下方后，将锚端用手拉葫芦提起与锚端支承小车脱离。

d、、牵引系统将单元索股从北跨开始牵引，越过塔顶到达南跨散索锚箱，完成1根索股的牵引。

e、在牵引行进过程中，须有一人全程跟踪，特别注意锚端承重绳在受力后出现下挠故障。牵引中要注意防止单元索股扭转、磨损及钢丝鼓丝等现象出现。

f、在牵索过程中，利用塔顶门架上的倒链经常性的提升主缆索股以防主缆下层钢丝鼓出。

g、塔顶所设置的门架应使临时承重索高出尼龙轮顶800mm以上，跟踪人员在这里以3t倒链提升以帮助锚头翻过塔顶。

h、上下游主缆应对称架设，不平衡架设钢束数不得超过2束。

2.4 索股临时锚固

主缆单元索股拉至对岸散索锚箱处，在对岸散索锚箱端部处分别布置1台5t卷扬机及5吨手动葫芦，通过卷扬机与葫芦的回拽，使索股锚端进入锚锭的索导管内。当锚头露出后锚固面时，装好垫圈及螺母，拉出七、八丝牙即可，备后调整。

2.5鞍座处的单元索股整方及横移就位

单元索股临时锚固后，在塔顶门架上采用2台倒链滑车收紧并吊起单元索股，再横移到鞍座上方，进行整形，详见下图。

由于主索鞍座槽路设计为矩形，而单元索股断面为正六角形，故单元索股在进入鞍座槽路之前必须整方，即变六角形为矩形。

单元索股的整形作法是：在鞍座两侧的单元索上安装定位六角形夹具，拆除待整形区段的纤维绑扎带，在距六角形夹具0.5m左右处安装四边形夹头，再用铁片梳丝，木锤整形，整形从一端移向另端，边前移边调动敲打，使单元索股变成紧密的矩形断面。已整成矩形断面的单元索股应以数个定型索夹稳着，使之保持不变，便于索股进入鞍座槽内。

索股放入鞍座槽内后，应将单元索股上的标记点与鞍座圆弧顶点进行精确对位，并用矩形木块填充锁定，防止发生相对滑动。张紧单元索股后即可从尼龙滚轮上摆动到设计位置。

特别注意的是：临时锚固后应及时将鼓出的钢丝用木锤敲顺，决不能将鼓丝留在锚跨内。

2.7 主缆线形的调整

索股垂度分绝对垂度与相对垂度。基准索股进行绝对垂度调整，一般索股以基准索股为参照进行相对垂度调整。

2.7.1基准索股的控制

a、第一根架设的单元索股称为基准索。

b、基准索股安装后的调整选择在温度相对稳定、风力不大的夜间进行调整。

c、在垂度调整前首先进行温度监测，索股的测温采用点接触温度计。测点布置长度方向为边跨中点、塔顶处，断面方向各处的上下缘。要求长度方向索股温差小于2℃，断面方向索股温差小于1℃方能进行垂度调整。

d、调整顺序按先北跨、后南跨的顺序进行调整。

e、调整垂度时，先将塔顶主索鞍的索股标记与主索鞍中心标记吻合并锚固，采用全站仪进行三角高程测量，计算垂度差。根据垂度差计算索股在另侧塔顶索鞍处的放松或收紧调整量，通过移动索股在鞍槽内的位置来达到垂度调整的目的，直至垂度调整到符合设计要求，将索股锚固在鞍槽内。

f、调整边跨跨中垂度，调整方法是通过移动索股在散索鞍槽内的位置来达到垂度调整的目的。边跨垂度调整后，将索股锚固在散索鞍槽内。

2.7.2一般索股架设调整

a、一般索股的垂度调整是以基准索股为参照，采用卡尺测出待调整索股与基准索股的相对垂度差，根据垂度差采用与基准索股基本相同的调整方法和顺序进行调整。

b、一般索股架设调整过程中，索股与索股间应保持若即若离的状态，避免上层索股压住已架好的下层索股上，减少调索时的相互影响。

c、在整个主缆架设过程中，对基准束要进行监控观测，在主缆架至1/3、1/2、2/3及全部完成时，都要进行严密观测。

2.8 主缆架设质量控制

主缆线形测量与控制

2.8.1测量仪器

需要全站仪，1台；DSZ水平仪，1台；对讲机，8台；自制大型卡尺，2把；钢尺、温度计等其它仪器配套设备。

2.8.2测点的布设

a、为了测量工作的方便及考虑主缆线形要求，主缆索股的安装测量点可采用2个：即两边的跨中处。

b、为了保证主缆测点的精度，跨中的测量点采用全站仪进行三角高程测量。

c、在主缆各构件安装之前首先让本项目前面结构工程施工测量控制组将散索锚箱、塔顶的轴线、标高、里程桩点及塔身的控制点进行交桩和书面交底，主缆施工之前再进行复测，以保证构件的安装精度。

2.8.3基准索股的测量

a、如果白天温差比较大的，测量时间可设在夜间零点左右进行，以测量跨中点的垂度。

b、基准索股应连续观察三个晚上，确认基准索股垂度误差控制在±25mm，上下游基准索股跨中相对高差为10mm。

2.8.4一般索股的测量

a、测量时间与标准索相同，只是边跨中点的垂度测量不再使用测量仪器观测，而是使用卡尺来测定基准索股与一般索股之高差，并以此值进行调整。

b、在一般索股的架设期间，应定期复测基准索股的垂度。索股架设的垂度误差：

基准索股≤ +10 mm，-5 mm

其它索股≤ +12 mm，-7 mm

2.9 主缆紧缆施工

2.9.1 紧缆要求

主缆紧缆作业分二步进行，第一步是预紧缆，第二步是紧缆，是将已按设计要求排列顺当的散状单元索股，经人工初整圆扎紧后，再用紧缆机进行紧缆，主缆紧缆后，索夹外空隙率为≤20±2%、直径Φ271mm，索夹内空隙率≤18±2%。

2.9.2准备工作

a、拆除猫道上的托辊。

b、将2台紧缆机运至主塔下，检查机件是否完好、齐全。

c、备齐人工整圆及紧缆用的各种机具。

d、检查液压油箱油位是否正常、各阀件、管接头是否污堵，应保持清洁。

2.9.3紧缆顺序

2.9.3.1预紧缆：

a、根据施工要求，分段拆除主缆外层索股的扎包带，理顺主缆钢丝的排列，用铁丝捆扎一下，边捆扎边用大木锤或大橡胶锤，不停地用力敲打主缆，使主缆钢丝排列的空隙越来越小。

（见下图所示）

b、用手动预紧缆机对已粗略捆扎过的主缆进行整圆，再次捆扎、收紧，并且还是不停地用锤子敲打主缆，直到主缆直径、形状达到预紧缆的施工要求。

c、手动预紧缆机图如下：

d、预紧缆完成处必须用镀锌铁丝临时捆紧，保持主缆的形状，铁丝的距离可为5～6m,预紧缆的目标空隙率宜为 26%～28%。

2.9.3.2紧缆：

为缩短工期，本项目采用2台紧缆机进行紧缆，紧缆可以是一个塔两边同时进行。紧缆顺序可以从锚锭位置开始往塔顶方向移动、紧缆操作，也可从塔顶往锚锭方向进行。每隔1m，紧缆1次。紧缆后，立即在紧缆机夹紧块旁用气动紧带机扣紧钢带，使主缆定型。

2.9.4紧缆机安装

紧缆机为合拢式结构，即二个半圆夹块，加力合拢后，使主缆直径达到了设计的要求。紧缆机的安装，可利用主塔吊机在主塔处进行安装，安装完毕，利用1t卷扬机牵引行走至桥面位置处，开始挤紧整圆作业。也可在桥面上，用吊机吊上主缆用卷扬机牵拉，往上走的方法开始工作。

安装操作顺序如下：

a、在桥面上将紧缆机支架安装，并安装上半部半圆夹块。

b、用塔吊吊起紧缆机至主缆上，并注意走行方向。

c、安装牵引系统，并与紧缆机连接。

d、安装下半部半圆夹块，和40吨千斤顶。

e、 支架下部安装ZB1.5/630型油泵。

f、支架上安装空气压缩机。

g、调整平衡配重块，使紧缆机横向保持平衡。

h、安装液压管路及电线线路。

i、在主缆做人工初整圆后，用牵引索使整机移至跨中位置。

j、调整整机高度使紧缆机中心位于主缆中心下10mm左右。

3.主缆质量标准及检测方法

3.1空隙率

a、根据紧缆后主缆的周长换算成直径计算得出。

计算公式： k=1-nd2/D2

式中：k--------主缆空隙率

n--------钢丝总数量

d--------钢丝直径

D--------紧缆后直径

b、当空隙率达到设计要求时，在靠近紧缆机处打上二道不锈钢带，钢带间距15cm。每个紧缆点的间距1 m。

c、标准为： 一般位置的空隙率为：20%±2%；索夹位置：18%±2%。

3.2不圆度

紧缆后主缆横径与竖径之差不超过主缆设计直径的±2%。

计算公式 :( D1–D2 ) x 100 / D ＜ 5 %

D1 --------主缆水平直径

D2 --------主缆垂直直径

D -------- 主缆设计直径

4.结束语

发生渠FK2－3#公路桥施工过程中，根据本桥悬索结构主缆的特点采取了先进的施工技术，对人员、材料、机械进行了合理有效的安排，同时严把质量关并做好安全工作，很好地保证了施工的顺利进行。经检测，主缆的线形及各项参数均符合设计要求，施工质量优良，获得业主、监理等各方好评。

【参考文献】

《悬索桥设计》雷俊卿 人民交通出版社第1版

《悬索桥上部结构施工》周昌栋 人民交通出版社第1版

《大跨悬索桥的设计与施工》钱冬生等西南交通大学出版社第1版