武穴长江公路大桥斜拉索安装关键技术

□□ 张泽毅 (湖北省路桥集团有限公司，湖北 武汉 430056)

1 工程概况

武穴长江公路大桥主桥采用主跨为808 m双塔六跨不对称混合梁斜拉桥，桥跨布置为(80+290+808+75+75+75)mPK钢箱混合梁斜拉桥。15号主塔单侧索面共26对，共计104根斜拉索，分为八种规格，标准强度为1 770 MPa，详细参数见表1。斜拉索采用多重防腐系统，包括钢丝镀“锌-铝”合金层、高密度聚乙烯护套保护层以及护套表面缠包双层PVF氟化膜胶带，以保证斜拉索在其设计寿命期内免遭腐蚀。斜拉索两端均采用冷铸型锚具，锚具由固定端锚杯、锚板、连接筒、弯曲限制器、螺母、前后密封盖板及冷铸锚填料等部分组合而成。

表1 斜拉索规格数量统计表

斜拉索最短为WZ1号索，最小长度为138.08 m，重为6.496 t；最长为WZ26号索，最大长度为441.908 m，重为35.038 t。成桥恒载塔端最大索力为4 666.5 kN，梁端最大索力为4 521.1 kN。

所有斜拉索均按照“先塔后梁”的顺序进行挂设，张拉顺序为“梁端压锚，塔端张拉”。15号主塔104根斜拉索中除WB1～WB3，WZ1～WZ3共计12根斜拉索锚固在主塔内混凝土齿块上外，其余斜拉索均锚固在预埋于主塔内的钢锚梁上。平行钢丝斜拉索示意图如图1所示。

图1 平行钢丝斜拉索示意图

2 总体施工方案

斜拉索安装施工工序主要包括：索股转运吊装、展索、挂设、张拉、索力调整、临时减振与永久减振安装等。综合考虑斜拉索长度、质量、牵引力以及张拉空间等因素，选定合理的牵引、张拉方式，结合本桥情况与计算结果，将斜拉索安装施工工艺分为4类：

(1)前5对斜拉索(WB01～05，WZ01～05)质量≯10 t，长约170 m左右，带帽索力均<30 t，可直接由塔吊提升后塔端临时挂索固定，然后桥面由卷扬机直接牵引入锚就位，再由塔端安装张拉杆进行斜拉索张拉。

(2)第6～12号索(WB06～12，WZ06～12)相对较长，质量最大为14 t，采用在塔端安装1.7 m接长杆，塔端挂设锚固，然后梁端直接用卷扬机接钢丝绳牵引入锚(40 t)，塔端张拉。

(3)第13～20号索(WB13～20，WZ13～20)较长，质量最大约24 t，采用在塔端安装1.7 m接长杆，塔端挂设锚固，梁端安装15.2-15钢绞线接1.7 m长接长杆，牵引千斤顶将接长杆引出后(牵引力150 t)再利用接长杆将梁端入锚，最后进行塔端张拉。

(4)第21～26号索(WB21～26，WZ21～26)较长，最大质量为35 t，最长索长为442 m，即根据牵引挂索索力计算结果，在斜拉索塔端安装1.7 m接长杆后临时锚固，在梁端锚头处安装1.7 m接长杆及15.2-19钢绞线，牵引千斤顶将接长杆引出后(牵引力200 t)再利用接长杆将梁端入锚，最后进行塔端张拉。

斜拉索施工工艺流程如图2所示。

图2 斜拉索施工工艺流程图

3 关键施工技术

3.1 施工准备

为确保施工质量，在斜拉索进场前，需对其性能进行全面检测，质量合格后，方可进行后续施工。斜拉索到达现场后，需对塔、梁端的索套管进行全面检查，对索套管内的焊渣、毛刺等进行打平磨光，确保挂索时锚杯外丝扣和斜拉索PE保护套不受损伤。

3.2 索力计算

根据设计资料分别计算每对索张拉端的牵引力，根据计算结果，选定牵引钢绞线数量及控制方式；对每根索各牵引阶段的牵引力进行同步监控，牵引钢绞线长度根据牵引空间间距索力计算得到，斜拉索挂索索力按式(1)计算：

(1)

式中：ΔL——斜拉索锚头与锚垫板端部的中心距离；

L0——斜拉索锚板中心几何间距；

L——斜拉索长度；

ω——斜拉索单位长度质量；

Lλ——斜拉索水平投影长度；

T——斜拉索挂索牵引力；

A——斜拉索的横截面积；

E——斜拉索的弹性模量。

3.3 斜拉索挂设

利用塔顶门架上的卷扬机通过斜拉索锚头后端一定距离的夹具吊起，同时塔吊将斜拉索锚头起吊至塔端管道口附近。利用塔顶5 t卷扬机自塔内下放钢丝绳从对应斜拉索导管内穿出并与斜拉索锚头连接，当塔吊将锚头吊至索管口附近时，利用20 t手拉葫芦调整斜拉索至合适角度后，塔顶卷扬机通过转向滑轮将斜拉索拉出锚垫板，安装锚杯螺母与锚杯端部平齐。拆除塔内卷扬机钢丝绳与锚头连接，塔顶门架卷扬机下放斜拉索至桥面进行桥面展索，同时塔端锚头安装变径螺母、张拉杆、撑脚、千斤顶等，做好塔端牵引张拉准备工作。

斜拉索与钢箱梁之间的锚固形式为钢锚箱式，锚固点位于钢箱梁风嘴处的外腹板上，锚固点距离钢箱梁顶面1 100 mm，锚固点处设置一块80 mm厚的钢板与受力钢板之间通过加工措施保证密贴，斜拉索在箱梁外腹板平面内投影与外腹板顶面之间的夹角为82.673 9～27.402 8°，所有拉索锚固结构均由钢箱梁加工制造单位在工厂内加工焊接完成，然后运输至现场进行安装。

梁端压锚根据不同索长和牵引力值将斜拉索分为短索、中长索和长索三类：

(1)1～12号索设计牵引力均<400 kN，与梁端卷扬机设计牵引力匹配，即直接采用卷扬机牵引入锚。

(2)13～20号索设计牵引力为500～1 500 kN，计算确定每根索牵引时需要的钢绞线长度、数量、软牵引长度、牵引到位的理论力值，选用直径为15.24 mm，最大单根索钢绞线数量均为15根，下料长度为8～10 m，牵引长度为4～5 m，斜拉索锚具牵引至指定位置时，控制单根钢绞线的平均牵引力≯130 kN，以平均2倍的安全系数保障软牵引过程中的施工安全。

(3)21～26号索设计牵引力为1 500～2 000 kN，牵引时选用直径为15.24 mm，单根索钢绞线数量均为19根，下料长度为10～18 m，牵引长度为5～9 m，斜拉索锚具牵引至指定位置时，控制单根钢绞线的平均牵引力≯130 kN，以平均2倍的安全系数保障软牵引过程中的施工安全。斜拉索梁端挂设流程如图3所示，斜拉索梁端挂设示意如图4所示。

图3 斜拉索梁端挂设流程图

图4 斜拉索梁端挂设示意图

3.4 斜拉索张拉

斜拉索张拉按图5流程进行，主要有以下两个核心步骤：

图5 斜拉索张拉流程图

(1)静载试验。在斜拉索张拉设备进场后必须进行静载试验，包括张拉撑脚、连接套、变径螺母、张拉杆等，试验荷载为设计牵引力和张拉力的1.2倍。现场采用两根张拉杆通过连接套连接，在两端用千斤顶对拉至张拉荷载。

(2)张拉工艺。根据主塔塔内钢锚梁和塔内检修平台的位置，钢锚梁与检修平台标高基本一致，因此，斜拉索张拉利用塔爬梯和钢锚梁作为操作平台，进行张拉千斤顶、撑脚等。

斜拉索张拉在塔端进行，梁端挂索完成后即可开始塔端牵引与张拉。张拉采用应力应变双控措施，以控制拔出量为主，张拉力为辅。张拉时由施工监控单位测定索力，与油表读数相互校核，确保索力最终控制在2%以内。拉索张拉过程中必须同时进行高程、塔柱变形观测，并与设计变位值校核，索塔两侧对称的拉索应同步张拉。

3.5 索力调整

进行索力调整的目的是为了改善主梁和索塔结构的受力状态，将塔的变形量与偏移量控制在运行范围内，使索力终值误差以及高次超静定梁的受力状态精确度达到设计要求的98%以上。

4 结语

斜拉索施工所需拉力较大，所有使用的张拉杆、撑脚等均需进行荷载试验确保使用安全。软牵引、软硬结合牵引时，应加强钢绞线应力均匀控制，防止单根破坏形成连环效应。斜拉索锚头入索导管时应加强监控协调，防止斜拉索与索导管等发生剐碰。

斜拉索加扭或者退扭对施工及结构危害较大，尽可能采用较大索盘卷装斜拉索，斜拉索硬牵引与张拉阶段需采用防扭转装置，通过张拉杆螺母与承压板之间的摩擦力克服索扭转，承压板将扭转力传递给千斤顶。