武汉西四环汉江特大桥斜拉索施工技术

丁辰 严杰

摘 要：武汉西四环汉江特大桥主梁采用前支点牵索挂篮施工，斜拉索采用镀锌钢绞线，其施工工序非常复杂。在斜拉索施工前，通过对斜拉索挂设，多次张拉及体系转换等方面的技术进行了深入的研究，在施工过程中得到成功经验，确保了斜拉索施工质量，取得了较好的施工工效，为今后同类型桥梁斜拉索施工提供借鉴意义[1]。

关键词：斜拉索施工；牵引；张拉；体系转换

1 工程概况

武汉西四环汉江特大桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥[2]，主桥跨径为（77+100+360+100+77）m。桥面宽43.6m，具体布置为1.55（斜拉索锚固区）+0.5m（防撞护栏）+19.0m（机动车道）+1.5m（中央分隔带）+19.0m（机动车道）+0.5m（防撞护栏）+1.55（斜拉索锚固区）。。3#、4#墩为主塔墩。每个塔柱布有28对索，全桥共224根。单根索长从55m到208m，单根索重从3.5t到20.5t。斜拉索梁端索距除边跨现浇段部分斜拉索间距为4.0m外，其余斜拉索间距与横梁间距对应，均为6m。斜拉索采用7丝φs15.2热镀锌钢绞线，其弹性模量为Ep=1.95×105 Mpa，标准抗拉强度fpk=1860Mpa，拉索钢绞线的容许应力幅值250Mpa，根据索力不同分别采用43、55、61、73根这四种规格。索体有四层防腐保护，外套管采用扛风雨激振功能的双螺旋线HDPE管。每一根斜拉索塔端锚具内安装3个CCT18型磁通量传感器，用于斜拉索索力的长效监测，全桥共672个，配套2台磁弹仪进行数据测量。全桥主梁超宽、超重，主梁悬臂施工时的线形控制难，因此斜拉索施工技术是全桥施工的关键控制点。主桥立面布置图见“图1”。

图1 汉江特大桥主桥立面布置图

2 挂索准备[3]

2.1 材料设备

挂索前按设计要求组织斜拉索安装所需的材料、设备生产和进场，并按照相应标准规范要求验收。

2.2 起重设备安装

选择起重设备时，需考虑单根斜拉索张拉力和循环挂索时钢绞线重量。起重设备安装时，卷扬机、吊点、导向点布设合理，既要考虑施工操作的方便性，又要确保起吊的安全可靠性，尽量减少设备移动。

2.3 循环牵引动力系统安装

在上、下预埋管口临时焊接导向，将牵引钢丝绳依次穿过上端导向、HDPE外套管、下端导向、卷扬机，形成循环牵引动力系统。详见“图2”

2.4 张拉端锚具安装

张拉端锚固点设在主塔内腔的每根斜拉索锚垫板顶面，锚具安装前先在锚垫板上焊三个对中垫块（单根张拉后敲掉），然后利用塔吊配合卷扬机将锚具组装件吊至相应锚固点处安装，并用导链调整到位。安装时需注意灌浆孔必须位于低点，防止支承筒螺牙碰伤。

2.5 固定端锚具安装

主梁的前支点挂篮前移到位后，即开始在挂篮上安装固定端锚具及下端预埋管；考虑到梁端预埋管长达5m，而挂篮上转换装置处又无位置穿牵引索，因此需在安装预埋管时将管抬高放置，固定端锚具直接吊装至设定位置，用支架托住；预埋管下端锚垫板高过锚具80cm，以利于穿索。预埋管也用托架支承稳固。

2.6 张拉支座安装

为了单根张拉需要，挂索张拉前，先安装张拉顶压支座，该支座底环有内螺牙与锚板联接，调整张拉支座顶板孔位与锚孔对应后，用螺栓将顶板与支座连接稳固。

图2挂索的循环牵引动力系统

2.7 斜拉索转换装置安装

当前支点牵索挂篮移动到设计位置后即可安装转换装置及锚具组件，索力转换架见“图3”。

图3 索力转换架

①将拉索锚具组装好后按照设计要求安装，保证锚具对中。

②利用钢底模和挂篮固定梁下锚具，再将张拉架底板和可换连接套安装到拉索锚具的锚板上。

③根据设计的角度及已安装好的锚具对中轴线，安装圆弧形垫板；安装张拉杆，通过用圆弧形垫板下底面的锁紧螺母及上顶面的扁螺母将张拉杆临时固定。

④千斤顶反力架与滑槽板固定，在反力架上安装550T千斤顶，通过螺栓与反力架连接成一体。

⑤在穿过千斤顶的张拉杆前端连接张拉架的另一块底板，并安装张拉架的四根连接杆使张拉架前后底板以及连接杆形成一个整体。

⑥利用导链等工具将锚具、张拉杆、张拉架等吊挂固定。转换架与锚具间连接见“图4”。

图4 转换架与锚具间连接示意图

⑦调整拉索锚具的紧固螺母与锚垫板的距离，旋紧锁紧螺母，详见“图5”。

在安装过程中，关键点是控制整个转换装置上、下端的对中以及整体倾斜角度符合设计要求，确保转换装置传力的安全可靠性。

2.8 HDPE外套管安装

①在桥面上按设计要求的长度将HDPE外套管热熔焊接好，见“图6”。起吊端头运输至塔下附近，以备起吊。摆放时用支架或枕木将HDPE外套管架立，防止损伤。

图5 转换架锚固于挂篮

图6 HDPE外套管焊接

②在HDPE外套管内穿入一根已计算好长度的钢绞线，同时在HDPE外套管两端安装抱箍。

③利用塔吊、卷扬机等起吊设备将钢绞线（钢绞线吊点前预留一定长度，用以穿入塔上锚具）和HDPE外套管一起吊起，见“图7”。到达预定高度后将钢绞线穿入塔上锚具端临时固定，利用卷扬机和导链将HDPE外套管上端吊挂在塔外索导管管口相应位置，见“图8”。

图7 HDPE外套管吊装

图8 HDPE外套管上端吊装至塔外索导管管口

④将HDPE外套管下端牵引至梁端索导管管口，先将钢绞线穿入梁端锚具并固定。

⑤通过张拉钢绞线使HDPE外套管拉直，以方便下一步挂索工作的进行。

3斜拉索挂设

钢绞线运输到施工现场后，将索盘吊装于放线架上，考虑到挂索是从HDPE外套管下端向上牵引，因此将放线方向朝向梁端索导管处，放线架与预埋管之间应设铺垫及导向，以防钢绞线PE护套损伤[4]。

将钢绞线放盘打开，与循环钢丝绳上的专用牵引装置连接，见“图9”。启动循环动力系统将钢绞线顺着HDPE外套管牵引至塔端索导管口，然后将钢绞线和从塔端锚具孔穿过的牵引索连接，解除循环动力系统上的牵引装置，通过塔柱内的导链等工具将钢绞线拉出锚板孔，塔内利用25T千斤顶单根张拉直到满足所需的工作长度要求，安装一副临时夹片，拆除穿束器，准备牵引下一根钢绞线。如此循环牵引钢绞线，直至全部钢绞线穿完，见“图10”。

将已牵引出的钢绞线根据下料长度进行下料墩头，再与穿过梁端锚具的牵引索连接，人工穿过锚孔，安装夹片，打紧并顶压。

单根挂索时，注意PE护套的保护、避免打绞、旋转，扭曲等现象发生。利用循环牵引钢丝绳可同步一次牵引一至两根钢绞线。

图9钢绞线与牵引连接器连接

图10钢绞线在HDPE外套管内牵引

4 斜拉索张拉

4.1 第一次张拉

第一次张拉采取塔端张拉，挂篮立模完成后立即施工，张拉时施工荷载同步对称加载，张拉力实际值需根据监控指令来确定，此次张拉除控制索力外，还需要控制梁端锚具在张拉完成之后的定位。可以根据下料长度和拉索参数以及拉索空间位置来初步确定，最后在第一次张拉完成后用吊链微调索导管口，确保两端轴心一致。最优方法是在挂篮结构强度允许的前提下，长斜拉索尽量提高第一次张拉索力。

4.2 第二次张拉

根据设计要求，第二次张拉应在主梁节段混凝土同步对称浇筑至一半时进行，同样采取塔端800T千斤顶整体张拉。张拉力按照监控指令执行，关键控制同步对称张拉。

4.3 第三次张拉（索力转换）

新浇筑主梁节段混凝土满足设计要求后，主梁体内预应力张拉完成后，即可进行体系转换（第三次张拉），将施加在前支点挂篮上的索力转换至混凝土主梁上。第三次张拉在塔端、梁端进行，按照监控指令要求整体张拉。张拉过程如下：

①首先确定工作锚板与锚垫板之间的间隙量。

②启动油泵使千斤顶活塞打出一定长度，旋紧张拉螺母，继续启动油泵，使活塞伸出，以达到能旋松锁紧螺母的目的。

③梁端千斤顶分级卸压回程，锚具工作锚板支撑到锚垫板上，同时塔端同步整体张拉，保证斜拉索受力均匀同步，拆除索力转换架，使锚固于挂篮的斜拉索索力转换至锚固于主梁上，但斜拉索索力大小基本不发生变化，即索力转换完成，也是第三次张拉完成。

4.4 第四次张拉

在梁段施工过程中或合龙后，如需调整桥面标高，则需进行整体调索，称为第四次张拉。调索工况、次数、顺序、控制索力以及调索部位，均由监控单位通知而定。调索工艺与整体张拉工艺一致。

5 减振及防腐措施

在所有斜拉索安装完成且全桥调索结束后，安装梁端的体外减振器（阻尼器）、塔端的橡胶减振胶圈和防护罩来减振。同时，斜拉索锚具内灌注油性蜡对剥除PE的钢绞线进行防护，锚具外露锚头及钢绞线加盖保护罩并灌注防腐油脂。以上措施均要符合相关设计规范要求。至此，全桥的斜拉索安装全部完成。

6 结语

武汉西四环汉江特大桥针对斜拉索施工中挂索，张拉，体系转换等难点，采用循环牵引，分级张拉，塔梁同步张拉等技术，有效的加快了进度，节约了成本，并确保了工程质量安全，为我国斜拉桥建设积累了宝贵的经验，并对其他同类型桥梁，具有良好的推广效益。

参考文献

[1] 陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2] 王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 王乃双.斜拉桥斜拉索安装施工技术[J].成都：技术与市场，2011.

[4] 左宏献，张召.武汉天兴洲公铁两用长江大桥斜拉索安装技术[J].武汉：桥梁建设，2009.

作者简介

丁辰（1988-），男，助理工程师，大学本科，工学、管理学双学士，2010年毕业于河北科技大学。

严杰（1987-），男，助理工程师，大学本科，工学学士，2010年毕业于南京理工大学土木工程系。