非对称混合梁斜拉桥GT型带索鞍拉索锚固体系工法研究

摘要：依托四平市东丰路上跨铁路立交桥工程，对非对称独塔斜拉桥结构形式的索鞍拉索体系施工方法进行研究，在结构稳定性、耐久性、安全性、适应性等方面具有研究和推广价值。本文重点介绍，GT型带索鞍拉索结构体系的工艺原理、施工工序、工艺要点，质量控制措施，为该类型索-塔锚固结构在其他项目施工过程中提供一些建议。

关键词：非对称混合梁；斜拉桥；GT型带索鞍；拉索锚固体系

引言

随着科学技术的日益进步，我国桥梁施工技术能力的不断提高，复杂、新型桥梁不断涌现。因自重轻，跨度大，经济效益显著的混合梁斜拉桥，在桥梁结构型式上具有明显的优势。四平市东丰路上跨铁路立交桥为独塔单索面非对称混合梁斜拉桥，斜拉索系统国际上首次采用单根可换式GT型带索鞍斜拉桥拉索体系，由于混合梁桥结构受力复杂，并具有非对称性等特点，而拉索体系是非对称混合梁斜拉桥中关键部位的一部分，在施工中如何保证结构的稳定性、耐久性、安全性、适应性，开展拉索锚固体系工法研究具有非常重要意义和推广价值。

1 工法原理

首先对塔端锚固体系在传统的矮塔斜拉桥锚固体系上进行了优化，采用双向交叉锚固，并进行了足尺模型试验，验证其是否安全可靠。

根据第三方监控单位下达的张拉控制力、锚固点相对位移量、主梁截面物理参数、斜拉索几何物理参数等编制等值张拉力计算表，确定每一根钢绞线的张拉力与安装在其上的传感器变化值。然后计算每束钢绞线的下料长度，在工厂内进行下料，在钢绞线的一端安装抗滑键，将钢绞线缠绕在绞盘上，运输至施工现场等待施工。

在施工现场的桥面上设置双向、交叉循环牵引系统，在桥塔两侧塔端分丝管索鞍处设置4个施工吊篮用于塔端穿索、防护罩安装等施工，将钢绞线张拉千斤顶、油泵、压力表进行检验，以上准备工作完成之后进行斜拉索施工。HDPE套管采用塔式起重机配合安装，然后对称、同步进行索塔两侧的钢绞线穿设、张拉工作，待全桥附属工程施工完成、竣工通车前调整斜拉索索力达到设计要求，进行锚具防腐处理、减震器安装等，完成斜拉桥拉索体系施工。

2 施工工艺流程

3 施工要点

3.1 HDPE管焊接

斜拉索采用单层PE防护单丝涂覆环氧涂层钢绞线斜拉索体系，单根钢绞线直径15.2mm，公称抗拉强度1860MPa，弹性模量Ep=1.95～2.05x105MPa。HDPE管焊接时，对段管编号、段管长度、焊接头预热温度、预热压力、加热时间、切换时间、焊接压力、冷却时间和焊接时间等进行记录。

3.1.1 焊接长度

L焊= L0-L6-A5-L7-L8-L9/2+L10

式中：

L0——两侧塔梁垫板间距（mm），该数据由设计院提供；

L6——梁端预埋管长度及钢垫板厚度之和（mm）；

A5——梁端防水罩HDPE管限位长度（mm）；

L7——塔端连接装置长度（mm）；

L8——塔端锚固筒长度（mm）；

L9——分丝管长度（mm）；

L10——HDPE外套管进入塔端连接装置长度（mm）。

通过以上计算公式，可计算出该桥HDPE外套管焊接长度。

3.1.2 焊接工艺

HDPE管结构如图所示，管节的连接采用专用发热式工具对焊方式。

HDPE管焊接时，根据管材规格，其焊接条件按照以下几方面进行控制：

1、管材规格、预热温度（℃）、卷边高度H=1mm时的预热压力、预热完成后加热时间、允许最大切换时间、焊接压力、冷却时间，参考焊接控制参数表5.2.3-3。

2、HDPE管焊接前，将管材旋转于夹紧装置内并将之夹紧，在压力作用下用平行机动旋刀削平两个管材的被焊端面。

3、在焊接过程中，无论如何焊接压力都必须保持至焊缝完全满足冷却时间且硬化后才能撤去。

3.2 HDPE护套管安装

HDPE套管吊装前，应先将按给定的长度焊好的套管运至中央分隔带上，然后将梁端整圆式防水罩、梁端防护钢管、塔端连接装置、塔端锚固筒组装并固定好。

采用塔式起重机辅助吊装安装，组装完成的HDPE护套管放置于小型自制轨道上。安装时，在套管两端头附近装上专用抱箍，专用抱箍垫上一块3～5mm橡胶板以增加摩擦。吊钩吊起塔端护套管上设置的专用抱箍，缓慢吊起后向塔端移动，通过抱箍的下卸扣用钢丝绳拉住塔外连接套管，然后用塔吊将套管一端吊至塔上分丝管口附近并用葫芦挂好。

3.3 斜拉索张拉及调索

每根索的钢绞线均逐根挂索后即用YDCS160千斤顶进行张拉。单根张拉时，要对张拉油压、张拉力、传感器读数、初值油压、测量初值、测量终值及回缩值等进行记录。

单根张拉顺序为：根据监控单位提供的索力值，首先张拉混凝土梁侧，然后张拉钢箱梁侧，张拉过程分张拉至施工控制索力50%、100%共2次进行，直至索力达到设计要求。

3.3.1 工艺要点

1、安装上YDCS160千斤顶；2、加载至单根钢绞线设计应力的15%时测钢绞线伸长初始值；3、用压力表读数控制最后一级张拉力，使之跟传感器显示变化值相同时，测终止伸长值，装上工作夹片，适度打紧，卸压至3MPa时测回缩值后锚固；4、在挂索结束后，即拆出传感器，并按传感器拆除时的读数再进行补张拉；5、在单根张拉完每一根鋼绞线后，应严格控制工作夹片的跟进平整度。

3.3.2 斜拉索张拉控制

1、控制每根斜拉索各股钢绞线的离散误差不大于理论值的3%；2、横桥向相同编号斜拉索之间差值不大于整索索力理论值的1%；3、斜拉索整索索力误差不大于理论索的2%。

3.3.3 索力均匀性控制

为使每根索中各钢绞线索力均匀，采用等值张拉法进行张拉，即每根钢绞线的拉力以控制压力表读数为准，传感器读数进行监测。挂索前，将监测传感器安装在一根不受外界影响的钢绞线上，安装顺序为：支座垫板——传感器——单孔工作锚。随后张拉时每根钢绞线的拉力是按当时传感器的显示变化值进行控制的。

通过以上索力控制，索力均匀性可控制在每根斜拉索的各股钢绞线的离散误差不大于理论值的±2%；

3.3.4 斜拉索索力调整

调索施工时，应对调索工况、设计调整索力、设计张拉油压、初动力、实际张拉油压、实际调整索力、回缩值等参数进行记录。调索过程中，钢绞线拉索张拉到位时，注意利用打紧器及时将夹片打紧。当索力调节至设计值时，调索完毕。

3.4 梁端紧索、减振器及管口索夹安装

斜拉索索力调整完成后应立即进行梁端紧索、减振器及索夹安装等工作：

（1）紧索时，在管口索夹旁相应的位置装上一套紧索器将索收紧，使之成型至设计断面；

（2）将组装好的减振器推入调整护管内，直至减振器端面与调整护管端口持平，再收紧螺栓，按内缩外涨原理，使其内外分别与索体和调整护管壁紧紧相贴；

（3）在成型的索体相应位置装上钢质索夹并收紧螺栓，使索与索夹之间紧密。

3.5 塔端防护罩及连接装置安装

将防护罩往塔端分丝管锚垫板上推，一直推到靠近钢垫板，并用螺杆将之与钢垫板连接、扭紧。塔端防护罩安装完成后，即可依次进行连接装置安装及锚头的防腐处理。

3.6 斜拉索防护

根据设计要求，锚具外露钢绞线的保护罩内填充防腐油脂，密封筒内灌注防腐材料。灌注时，为保证其密实度，除用专用的高压灌浆泵外，还要注意灌浆孔在下排气孔在上。灌注前检查进浆口与出浆口有没有堵塞，确保灌浆线路通畅。检查灌浆设备，确保性能良好。灌注过程注意做好防护措施，保护好现场环境不受污染。

4 质量措施

1、发现PE护套有破损之处，马上修补，若损坏严重难以修补，则要弃用此段钢绞线。为尽量减少人为损坏PE护套，下料人员严禁穿硬底鞋，同时下料场要进行封闭，以免非下料人员进入现场损坏PE护套层。

2、为了保证钢绞线下料长度准确，除保证钢绞线行走路线直线外，还要分组进行长度丈量、标识和复核。

3、断料应用砂轮切割机，严禁用气割等易产生高温的设备进行断料。

4、钢绞线PE层为易燃材料，下料场地要完善防火措施。

5、将钢绞线两端的PE剥掉一部分作为工作和锚固长度。剥皮时应注意刀具不能损伤钢绞线，清洗时应将钢绞线端头打散后并用清洗剂清洗干净。同时清洗后的光面钢绞线要进行防污保护。

6、钢绞线清洗完成后，在钢绞线固定端制作锚固键，在张拉端打散后端头约12cm长度范围内平齐切掉外圈6丝，保留中心丝，然后将钢绞线复原。复原后用LD10镦头器将张拉端的中心丝镦成半圆形镦头，供挂索牵引用。

7、对每种规格的PE管正式焊接之前进行试焊，确定焊接参数。

8、在冬天进行PE管焊接时要采取取暖措施，保障焊接温度在20℃左右，冷却时用棉纱头、挡风布对接头进行保暖。冷却接近室外温度时取出PE管，焊好的PE管堆放场地要平整，不能在PE管上堆放杂物，不能踩踏PE管，防止焊好的PE管变形。

9、严格按HDPE焊机操作规程焊接，作好详细记录，保证焊接质量。

10、HDPE套管计算长度，必要时考虑上下管口挂索操作空间及整体防护时热胀冷缩的影响长度。

5 总结

该型拉索锚固体系是一种新型拉索锚固体系，通过在非对称混合梁斜拉桥施工首次应用实践，验证了拉索施工阶段及后期运营整个生命周期更加安全可靠，该拉索体系施工方法对后续设计和施工的非对称斜拉桥具有很好的借鉴意义，对于促进非对称钢绞线群锚拉索体系的发展具有重大的意义。

参考文献

[1]王峰峰 四平市东丰路混合梁转体斜拉桥施工控制研究 [D].北京：北方工业大学，2018

[2] 支燕武 一种新型斜拉桥索 - 塔锚固结构的设计研究 [J].铁 道 工 程 学 报，2018（10）50-52.

[3]刘 涛 四平市东丰路跨铁路立交主桥设计 [J].城市道桥与防洪2019（1）69-71.

[4]李文献，赵靖钊，宋强，等. OVMAT 矮塔斜拉桥拉索体系的研究与应用[J]. 预应力技术，2006（1）：33 - 35.

[5]田山坡，支燕武，刘涛，等. 一种带索鞍分段式斜拉桥拉索体系：中国，ZL 2017 2 0665911. 5[P]. 2018 - 02 - 23.

作者简介：刘秉辉（1965.07-），男，本科，党员，中铁九局集团第二工程有限公司，总工程师，高级工程师，中国施工企业管理协会科技專家，主要从事企业科技、技术、节能减排及工程经济管理，主持开发多项关于斜拉桥施工应用的发明专利。

课题项目：本文系中国中铁重点课题项目，项目编号：2017-重点-11-01

（作者单位：中铁九局集团第二工程有限公司）