山区悬索桥主缆架设施工方法技术创新

2021-06-04王汉玲

四川建筑 2021年2期

王汉玲

(西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031)

主缆作为悬索桥最重要的主受力构件，主缆索股架设后的线形决定了悬索桥成桥线形，因此主缆架设是悬索桥施工过程中最关键的施工步骤[1]，并且悬索桥主缆施工精度对全桥成桥状态的结构线形及受力均有决定性的影响，因此施工过程中需要格外重视主缆架设施工精度，提高主缆架设施工精度以保障全桥成桥线形及受力满足要求[2]。

对于山区悬索桥而言，架设环境非常恶劣，温度和风力变化较大，往往难以达到主缆索股垂度调整的气象要求，极端情况下会使得索架设施工延误数月，严重影响桥梁施工进度的安排，且多变的气象条件对主缆的架设精度和质量也将造成较大影响。如沿袭悬索桥主缆架设的常规方法，则可能导致施工进度的拖延以及施工经济性的恶化。为此需要针对性地采取一些创新技术，解决山区恶劣气候环境对主缆架设的影响。本文以赤水河大桥为工程背景，介绍在山区悬索桥主缆架设施工方法创新，可为类似工程提供一些参考。

1 主缆架设常规施工方法

主缆架设方法主要有空中编缆法(AS法)和预制平行丝股法(PPWS法)，我国近年修建的大跨径悬索桥大多采用了预制丝股法。采用预制丝股架设主缆，先根据主缆索股无应力下料长度在预制场提前制作主缆索股，预制索股进场后利用拽拉设施将预制索股通过猫道拽拉架设。牵引结束后，将索股从滚轮上提起并横移至鞍座上方，整形后入鞍。待晚上气温稳定时进行索股垂度调整，即对基准索股的跨中绝对标高和一般索股的跨中相对标高进行控制调整、锚固。

主缆索股分为基准索股和一般索股，所以主缆索股垂度调整分为基准索股和一般索股垂度调整2种[3]。基准索股采用绝对高程法来调整垂度；一般索股采用相对高程法进行垂度调整。索股垂度调整对气候条件有着较为严苛的要求。一般在夜间温度稳定且风力较小之后进行，温度稳定的要求是长度方向索股的温差ΔT≤2 ℃，断面方向索股的温差ΔT≤1 ℃[4]。若不具备温度稳定的条件、风力超过12 m/s(六级风)、存在雨雾，则要等条件成熟再进行调整。

通长索股垂度调整顺序是先中跨后边跨，最后调整锚跨。索股线形变化时，跨中某点的高程和里程都会发生变化，因此，可以多次测量索股实际展示出来的线形(垂度)，再根据实测线形去反算该跨的实际长度，与该跨所需理论长度对比后，将多余的索股长度调出去或者短了的索股长度从邻跨调进来，先调整中跨，将中跨误差调到边跨，再调整边跨，将边跨调到锚跨，最终所有的索股长度误差被赶往锚跨，而锚跨具有长度调节拉杆，最终通过锚跨张拉及锚跨拉杆工作长度的调整把误差消掉。锚跨则利用千斤顶张拉索股张力进行调整，垂度调整完成后，应作上标记，以便后续索股架设时检查有无滑移。且基准索股调整完成后，必须连续观测3个晚上，确认基准索股误差在允许范围内。

2 工程概况

赤水河大桥的主桥为主跨1 200 m的双塔单跨简支钢桁架加劲梁悬索桥，主缆计算跨径325 m+1 200 m+205 m，垂跨比 1∶9.6。结构整体布置图如图1所示。

图1 赤水河大桥整体布置(单位：cm)

全桥设两根通长主缆，主缆中心距为27 m，采用预制平行钢丝索股法(PPWS)制作。单根主缆由169股通长索股组成。每根预制索股由91根直径为φ5.35 mm的高强度镀锌铝钢丝组成。钢丝的公称抗拉强度1 860 MPa。主缆在架设时竖向排列成尖顶的近似正六边形，紧缆后主缆为圆形。索夹内孔隙率18 %，直径为φ733 mm，索夹外孔隙率20 %，直径为φ742 mm。

索股两端设索股锚头，索股锚头采用热铸锚，在锚杯内浇注锌铜合金，使主缆钢丝与锚杯相连。锚杯内锚固锥体的锥角及锚固长度采用经验公式计算确定，锚固力及可靠性通过足尺试验验证。

3 基于多股多标准丝的悬索桥主缆索股标记点架设法

目前对于主缆索股的制造，采用单根标准丝标定长度，标准丝上的长度标记点即是索股上的长度标记点。若主缆架设时采用多标准丝来标定一根索股的长度，标准丝和主缆索股工艺制造工艺与现有工艺一致，但索股成股后，索股长度标记点取各标准丝位置的平均值，如此便可以提高索股长度的精度；采用多基准索股来进行架设，主缆索股工艺制造工艺与现有工艺一致，但多根基准索股架设后，对多基准索股相对标高进行测量和修正，如此便可以提高主缆的精度。当精度提高到一定程度后，索股架设就可以采用与索鞍上的标记点对位安装而不必进行复杂的索股垂度调整。

3.1 前期工作

首先为了防止上层索股挤压下层索股，也使已架索股在紧缆前能够通风散热，索股各层之间需留一些间隙，需要确定跨中截面最大层距Δ。

然后通过有限元建模计算，得到主缆索股无应力长度L，计算时应考虑索股各层之间预留间隙Δ的影响。每根索股的长度应分段给出，分段点为各索鞍IP位置、各跨跨中点、锚固点。以三跨主缆悬索桥为例，可分为8段9个标记点进行标记，标志位置如图2 所示分别是：m0为左岸锚头浇注时锚杯口与索股相对位置点；m1为左岸散索鞍竖弯切点(切断面)；m2为左岸跨跨中标记点；m3为左岸主索鞍标记点；m4为中跨跨中标记点；m5为右岸主索鞍标记点；m6为右岸跨跨中标记点；m7为右岸散索鞍竖弯切点(切断面)；m8为右岸锚头浇注时锚头与钢丝的相对位置标记点。

图2 三跨悬索桥标记点位置(单位：m)

最后根据索股长度与线形的一一对应关系、多标准丝和多索股对精度提升的关系式以及规范对主缆索股架设精度的要求确定出满足要求的标准丝根数以及基准索股根数。为便于测量，选出的多根标准丝建议排布于基准索股的顶部或侧面位置，基准索股位置建议选在各个角点索股、每列的第一根索股和端列的中心索股。

3.2 索股及鞍座制造

将检验合格的钢丝经牵引至标准丝生产线，利用室内基线分段法或者其它精度更高的方法将钢丝进行标记制造多根标准丝。每根标准丝应进行精确标记：在标记处沿钢丝长度方向，喷涂红和蓝两种油漆，各60 mm宽，红蓝分界线为标准丝标记控制截面。

图3 多标准丝索股标记点标记位置

桥梁鞍座在制造时，对索股在鞍座处的标记位置(索鞍IP点)进行索鞍标记，以便在进行主缆架设时进行索股的标记点对位架设。

3.3 索股架设

塔顶门架施工完成后，将主索鞍各个构件分次吊装至桥塔顶部并在设计位置进行安装。

由于桥塔施工过程中存在的桥塔施工偏差，索鞍位置偏差，以及索股的实际的弹性模量和膨胀系数与设计的偏差，使得实际的鞍座IP点与理论值存在定的偏差，因此在基准索按标记点架设前需通过锚塔联测，然后计算出索股长度变化值。上述误差因素引起的索股长度变化对于每根索股的影响大致相同，因此可以将索股长度变化转为主索鞍标记点修正，对索鞍处索股对位点进行修正并进行标记。

在索鞍处索股对位点进行修正之后，依据修正过的位置进行基准索股的架设，将基准索股的标记点与修正的索股对位点对位架设。

多根基准索股对位架设完毕后，测量多基准索股的相对高差并与理论值进行对比，若差值较大，则该基准索股制造误差较大，对其进行修正。一般索股架设与传统方法一致，以基准索股的位置为参考，或者选择另一根参考索股，用卡尺测量好索股层之间的层距后，进行正常的架设和锚固。建议边缘索股的参考索股选择基准索股，非边缘索股的参照索股选择边缘已架设的一般索股。