空间曲梁单边悬索桥缆索系统的安装

2015-09-19

建筑施工 2015年12期

上海市基础工程集团有限公司上海 200002

1 工程概况

上海国际旅游度假区空间曲梁单边悬索桥东桥主缆、吊杆索均采用GALFAN（95%锌+5%铝）防腐涂层的碳钢钢绞线拉索，屈服强度为1 560 MPa。主缆φ115 mm，吊索φ36 mm。主缆分为3段，即2根索塔之间的中跨主缆和每根索塔与桥台之间的边跨主缆，吊杆索共计33根（图1）。

图1 桥梁结构体系示意

2 缆索系统安装特点与难点

由于本桥主缆成空间悬链线布置，吊杆索均为斜向布置，且每根吊杆索的角度均不相同，故缆索系统的安装精度控制是本桥缆索系统施工的一个难点。根据本桥结构的特殊性，缆索系统的安装姿态及精度将直接影响索力的分布及桥梁的线形，需确定合理的安装顺序并采取有效的措施，以确保缆索系统的安装精度[1-3]。

3 缆索系统施工技术探讨

3.1 主缆的安装

3.1.1 主缆放索

放索采用放索盘进行施工，放索盘在缆索制作加工后同缆索一起运输至施工现场。

将成盘的索安放在放索盘上，锚固端朝上，将索盘放置在展索场地的端头。用500 kN汽车吊将锚固端抽出一定长度，将50 kN卷扬机连接上放索小车，卷扬机牵引小车至展索场地的另一端，放索完毕（图2）。

图2 主缆放索示意

此外本桥外观质量要求高，且缆索系统采用国外进口索，无PE保护套，缆索系统安装完毕后还需经过几道工序后方可成桥，因此为保证缆索系统外观在后续施工时不受到影响，确保外观质量，决定在缆索系统外表面采用彩条布进行包裹保护，在成桥后进行拆除。

3.1.2 主缆挂索施工

本桥主缆长度为90 m，质量约为10 t，吊装高度约21 m，采用1台500 kN汽车吊配合1台800 kN汽车吊进行双机抬吊，采用1台登高车进行缆索销轴挂设。

中跨主缆安装时，采用500 kN汽车吊与800 kN汽车吊同时将主缆起吊离开地面，500 kN汽车吊一端先安装至索塔上的锚固端，登高车行驶至安装端，人工对缆索销轴进行挂设紧固。随后800 kN汽车吊将主缆另一端起吊至另一索塔的锚固端，登高车挂设缆索销轴并紧固（图3）。

图3 中跨主缆吊装平面示意

边跨主缆安装时，采用500 kN汽车吊与800 kN汽车吊同时将主缆起吊离开地面，500 kN汽车吊一端先安装至桥台上的锚固端，人工对缆索销轴进行挂设紧固。随后800 kN汽车吊将主缆另一端起吊至索塔的锚固端，登高车挂设缆索销轴并紧固（图4、图5）。

图4 边跨主缆吊装示意一

图5 边跨主缆吊装示意二

影响主缆安装精度的主要因素有3个：桥台锚固端本身尺寸及安装的误差、索塔锚固端耳板本身尺寸及安装的误差、主缆索体本身的长度误差。

为了减小上述因素对主缆安装精度的影响，主要采取3个措施[4-6]。

1）桥台固定端预埋件在加工制作时控制好其本身尺寸的误差，在安装桥台固定端预埋件时，通过测量定位使其绝对坐标位置误差控制在5 mm以内；

2）索塔锚固端耳板的误差也分为索塔锚固端耳板本身的尺寸误差与安装绝对坐标位置的误差，由于钢索塔锚固端耳板与钢索塔塔身作为一个整体进行安装，因此只需控制好钢索塔整体的制作尺寸误差与钢索塔的安装绝对坐标位置误差即可；

3）由于主缆两端不设调节端，因此无论主缆本身制作长度比起理论值过长或过短，都会影响主缆架设后的空间线形；而主缆设计长度是桥成型后主缆受力的长度，故在制作主缆时需考虑2个因素：一是索体在下料前需进行预张拉，以消除索体受力伸长时的非线性因素；二是索体需在应力作用下进行下料，以保证下料长度的精确。

3.2 索夹与吊杆索安装

3.2.1 索夹安装

吊杆索索夹在主缆吊装前即已全部安装在主缆上，随后才进行主缆吊装。本桥吊杆索均为斜向布置且每根吊杆索的角度均不相同，由于本桥是通过索夹的斜向角度来实现吊杆索的斜向角度，因此索夹的安装位置以及安装斜向角度的误差将直接影响吊杆索的安装精度，继而会影响主缆的安装精度。

据以上分析可知，索夹的安装位置以及安装斜向角度也是整个缆索系统安装精度的关键之一。

索夹的安装位置及角度在主缆制作时，通过详细的理论计算，全部标记在主缆相应位置，具体为在沿索长方向标记索夹的位置，沿半径方向标记索夹的理论角度，如图6、图7所示。

图6 吊杆索索夹安装标记示意一

图7 吊杆索索夹安装标记示意二

在索夹的安装过程中有以下注意点[7-8]。

1）对照设计图纸，对每个索夹的尺寸尤其是索夹耳板的角度进行检查验收，发现有较大误差及时通知制作厂家重新加工；

2）每个索夹都不相同，索夹编号与主缆上标记的索夹编号要对应，以免装错造成返工操作；

3）索夹高强螺栓施拧要先初拧再终拧，不可直接终拧，也不可超拧或少拧。

3.2.2 吊杆索安装

本桥成桥方式采用落架法，吊杆索安装时的桥面高于成桥状态，桥面抬高量满足无应力挂索的要求。

吊杆索安装采用1台500 kN汽车吊进行吊装，1台登高车配合吊杆索销轴安装，虽然桥面抬高量满足无应力挂索的要求，但主缆索具有较大张力与刚度，吊杆索安装需采用100 kN手拉葫芦将吊杆索牵引至钢箱梁的锚固端（图8）。

图8 采用手拉葫芦牵引吊杆索

由于本工程缆索系统呈空间布置，每根吊杆索的空间角度及安装姿态均不相同，且主缆安装后与成桥状态下主缆的线形有较大的差异，因此，为保证吊杆索安装姿态满足成桥状态及安装精度要求，在吊杆索安装前，先在主缆上设置临时吊杆索，将主缆的安装姿态调整至满足成桥的状态，随后安装吊杆索并替换临时吊杆索。

吊杆索安装顺序为：安装临时吊杆索（其位置即为吊杆索的位置）→安装塔柱上的吊杆索→由塔柱向两侧对称安装其余吊杆索→安装吊杆索并替换临时吊杆索。

对称安装吊杆索的目的在于使得塔柱两侧的主缆受力变形对称。吊杆索一端设置调节端，影响其安装精度的因素除索夹的安装精度外，主要还有与其连接的钢箱梁耳板的位置偏差。在钢箱梁制作与安装时，需控制好吊杆索耳板的尺寸与绝对坐标位置误差。

3.3 体系转换与监测

体系转换就是将钢箱梁的质量转换成由主缆承受，其过程是通过调节吊杆索的索力及主缆的线形控制，使每根吊杆索受力均匀并达到设计要求。本桥采用落架法进行体系转换，整个落架过程分为4个阶段，通过计算机模拟计算出每个落架阶段吊杆索的受力理论值。在落架过程中通过应力计得出每根吊杆索的实际受力值。将实际受力值与理论受力值进行比较，通过调节吊杆索的调节端长度来改变吊杆索的实际受力值，以减小实际受力值与理论受力值的误差。

落架完成后，判断空间缆索系统线形是否达到设计线形要求的标准有：一是吊杆索的实际索力与设计索力误差在允许范围内；二是吊杆索索夹的绝对坐标位置与理论坐标位置误差在允许范围内。若某根吊杆索实际索力与设计索力误差较大，则需调节吊杆索的调节端长度；若某根吊杆索索夹实际位置与理论位置误差较大，则需先在主缆上该吊杆索位置附近设置1根临时吊杆索，同时对该吊杆索索夹位置进行调整，该索夹上原有的高强螺栓已报废，需用新的高强螺栓[9-10]。